王建珍

本文給出了一種基于RS-485總線的遠程溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，不僅可以在本地顯示溫度測量值，還能通過RS-485總線把測量值發(fā)送給主機端，實現(xiàn)遠程通信。

【關(guān)鍵詞】單片機 溫度 RS-485總線

在倉庫管理、蔬菜大棚等行業(yè)，往往需要對各點溫度進行測量和控制，而傳統(tǒng)的用溫度計逐一測量的方法存在測量誤差大、隨機性強及效率低下的缺點。所以，有必要設(shè)計一個高效、高精度、使用方便的溫度控制系統(tǒng)。本文提出了一種遠程溫控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)χ匾獢?shù)據(jù)進行保存，在主機端顯示當前時間，設(shè)定溫度上限值并發(fā)送給從機，各從機通過溫度傳感器自動測出當前溫度并發(fā)送給主機，當溫度超過上限值時，通過蜂鳴器報警并啟動相應的風扇進行降溫。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

如圖1所示，遠程溫控系統(tǒng)由主機端、RS-485總線和各個從機端組成。主機端可置于主控室，各個從機端可置于需測量溫度的各個點，如各倉庫。本文以兩個測量點為例說明。

主機端包括主機、按鍵鍵盤、液晶LCD2002、繼電器1、繼電器2、風扇1、風扇2、時鐘芯片DS1302、存儲芯片AT24C02及總線接口MAX487組成。其主機采用單片機AT89C52，通過按鍵鍵盤設(shè)置溫度上限值和時間，將設(shè)置的溫度上限值發(fā)送給從機端，接收從機端發(fā)來的當前溫度測量值，如果從機1所在測量點當前溫度測量值超出上限值時，閉合繼電器1，啟動風扇1。類似地，如果從機2所在測量點當前溫度測量值超出上限值時，閉合繼電器2，啟動風扇2。

從機端由從機、液晶LCD1602、溫度傳感器DS18B20及總線接口MAX487等組成。從機也采用單片機AT89C52，接收主控機系統(tǒng)發(fā)來的溫度上限值，通過溫度傳感器DS18B20測出當前溫度顯示在液晶LCD1602上并發(fā)送給主機。

主機和從機均采用AT89C52單片機，AT89C52有32個I/O口，內(nèi)含8kB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。單片機晶振頻率設(shè)為11.0592MHZ。主機端采用查詢的方式，從機端采用中斷方式。

主機端與從機端通過RS-485總線進行通信。RS-485總線工作方式為半雙工方式。網(wǎng)絡(luò)的傳輸線是雙絞線。

RS-485接口芯片選用Maxim公司的MAX487，這是一款半雙工收發(fā)器件。在某一時刻，一個發(fā)送，一個接收。采用差分信號進行數(shù)據(jù)傳輸，在同一個RS-485總線系統(tǒng)中，其發(fā)送器只能為一個，接收器最多可達32個，最大傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為400英尺。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 主機端

如圖2所示，主機端電路主要由單片機、液晶顯示模塊、按鍵鍵盤、蜂鳴器、時鐘DS1302、存儲器AT24C02、繼電器等組成。液晶顯示模塊用于顯示當前時間和溫度值。按鍵鍵盤由SET、UP、DOWN和OUT四個按鍵組成，這四個按鍵一端分別和單片機的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相連，另一端接地。繼電器RL1、RL2分別和單片機的P2.0、P2.1相連（圖2中未畫出RL2），接插件J1連接風扇電路。當主機接收到從機1發(fā)來的溫度測量值大于設(shè)定的溫度上限值時，RL1線圈得電，啟動相應的風扇1電路，以達到降溫的目的。類似地，當主機接收到從機2發(fā)來的溫度測量值大于設(shè)定的溫度上限值時，RL2線圈得電，啟動相應的風扇2電路。

2.2 從機端

如圖3所示，從機端包括單片機、溫度傳感器DS18B20、液晶顯示模塊、MAX487和蜂鳴器組成。單片機AT89C52的RXD與TXD分別與MAX487的RO與DI相連，進行串行數(shù)據(jù)通信。P3.4與P3.5分別與MAX487的/RE、DE相連，以控制接收器與驅(qū)動器使能。采用串行中斷方式。從機通過DS18B20進行溫度采集，然后通過LCD1602進行顯示，主機發(fā)來的溫度上限值顯示于第一行，從機所在位置的溫度值顯示于第二行。

3 軟件設(shè)計

3.1 RS-485總線通信協(xié)議

（1）主機把查詢地址發(fā)送給從機。

（2）從機接收查詢地址，并與本從機地址進行比較，如兩地址相同則發(fā)送從機地址，采集溫度十位、個位、小數(shù)位，并進行累加和校驗。

（3）主機接收從機發(fā)來的數(shù)據(jù)。

（4）主機發(fā)送溫度上限值十位、個位。

（5）從機接收溫度上限值命令。

（6）主機如果未查詢完所有的從機，就返回（1）繼續(xù)查詢下一個從機

（7）通信速率為9600bps，數(shù)據(jù)幀格式：1位起始位，9位數(shù)據(jù)位，1位停止位，即串行口工作方式為方式3。

（8）主機發(fā)送從機地址和溫度上限值的校驗方式均為偶校驗（每幀數(shù)據(jù)的第8位即D7為偶校驗位），主機接收從機發(fā)送的匹配地址和采集到的溫度值時的校驗方式為累加和校驗。

（9）從機接收主機發(fā)送的從機地址和溫度上限值時的校驗方式為偶校驗（（每幀數(shù)據(jù)的第8位即D7為偶校驗位），從機發(fā)送匹配地址和采集到的溫度值時的校驗方式為累加和校驗。

3.2 主機端程序設(shè)計

主機端程序包括主程序、液晶顯示功能程序、DS1302實時時鐘功能子程序、AT24C02掉電存儲功能子程序、蜂鳴器報警功能子程序、繼電器輸出控制子程序、按鍵鍵盤子程序及主機通信子程序。其主程序流程如圖4所示。

首先，進行液晶初始化、時鐘芯片初始化、串行口和T0初始化，然后判斷狀態(tài)標志是否為0，如不為0，則進入時間調(diào)整模式；如為0，則進入正常工作模式；當進入正常工作狀態(tài)時，先調(diào)液晶顯示溫度和時間函數(shù)，使顯示溫度和時間，再調(diào)鍵掃描函數(shù)，掃描各功能鍵，設(shè)定溫度上限值。然后調(diào)串行通信函數(shù)，串行發(fā)送溫度上限值，最后對接收到的溫度測量值進行判斷，如從機1的溫度測量值大于溫度上限值，則蜂鳴器響1聲報警；如從機2的溫度測量值大于溫度上限值，則蜂鳴器響2聲報警。

主機通信子程序流程如圖5所示。

3.3 從機端程序設(shè)計

從機端程序包括從機主程序和從機通信中斷服務子程序。從機主程序流程如圖6所示。

從機通信中斷服務子程序流程如圖7所示。

4 結(jié)束語

基于RS485總線的遠程溫度控制系統(tǒng)具有靈敏度高、精度高、體積小、功耗低的特點。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)成本低，具有較高的性價比。

參考文獻

[1]張志良.單片機原理與控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]甕嘉民等.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計與制作實例解析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

作者單位

蘇州信息職業(yè)技術(shù)學院 江蘇省蘇州市 215200