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摘  要：文章介紹了用AT89S8252單片機的串行接口與智能溫度巡回檢測儀（XJ-08S）通過RS—485總線相互通訊實現(xiàn)熱水溫度遠程顯示的一種低成本解決方案，內(nèi)容涉及RS—485總線通訊、單片機驅(qū)動數(shù)碼管顯示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及鍵盤處理軟硬件設(shè)計等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：單片機  RS—485總線  數(shù)碼管顯示  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換  鍵盤處理

一、前  言
         目前檢測溫度一般采用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器，這種傳感器至儀表之間一般都要用專用的溫度補償導(dǎo)線，而溫度補償導(dǎo)線價格很貴，并且線路太長也會影響測量精度。在實際應(yīng)用中往往需要對較遠處（1KM左右）的溫度信號進行****。現(xiàn)有的解決方案有很多，例如：
1、 在現(xiàn)場用智能儀表對溫度信號進行測量，用計算機作上位機與智能儀表進行通訊來實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)測（采用這種方案要增加計算機設(shè)備及相關(guān)計算機軟件）。
2、 NCU+DDC實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)測。用兩個DDC，一個安裝在現(xiàn)場測量溫度，另一個安裝在****地，兩個DDC通過NCU進行通訊從而實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)測。
但以上方案都存在成本高的問題，有沒有低成本的解決方案呢？其實，在單片機應(yīng)用日益廣泛的今天，完全可以用單片機以極低的成本來實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)測。

二、問題的提出
        我單位管理的鍋爐房同時給兩棟建筑物內(nèi)的兩家酒店供應(yīng)蒸汽，由安裝在兩棟建筑物地下室的熱交換器進行熱交換后產(chǎn)生熱水送給客房。從鍋爐房至兩個熱交換站的距離分別約600米，值班人員要不停地奔波于兩個熱交換站與鍋爐房之間進行設(shè)備巡視，檢查熱水溫度是否控制在規(guī)定的范圍，這樣不僅增加了值班人員的勞動強度，同時也使鍋爐房經(jīng)常無人(因每班1人值班)。如果能在鍋爐房顯示兩個熱交換站內(nèi)各熱交換器的熱水溫度，則值班人員僅在熱水溫度異常時才需到各熱交換站檢查設(shè)備，這樣便可解決上述問題。我公司曾就此問題找專業(yè)公司作過方案，其報價在人民幣１０萬元左右，后因種種原因該項目未實施。經(jīng)過分析，本人發(fā)現(xiàn)可以用單片機+智能儀表以低成本實現(xiàn)溫度遠程顯示，并且經(jīng)過實驗取得了成功，現(xiàn)將設(shè)計方案簡述如下：

三、控制要求及解決方案選擇
1、 兩個熱交換站分高低區(qū)共安裝有8個熱交換器，正常水溫在45oC至65oC之間；兩個熱交換站與鍋爐房的距離分別為500米和600米左右。
2、 要求在鍋爐房能以巡回及定點兩種方式顯示8個熱交換器的熱水溫度，巡回方式以3秒為周期輪流更新及顯示各熱交換器熱水溫度。定點方式時每按上鍵或下鍵一次則顯示上或下一個熱交換器熱水溫度，每3秒自動更新數(shù)據(jù)一次。
3、 根據(jù)控制要求選擇單片機+智能儀表的解決方案：用帶通訊接口的智能儀表安裝在現(xiàn)場測量溫度，設(shè)計制作一個單片機裝置完成與智能儀表的通訊及數(shù)據(jù)顯示。

四、通訊協(xié)議、智能儀表選擇及其參數(shù)介紹
        因熱水溫度信號變化較慢，因而對通信的速度要求不高，對于這種低速率遠距離的通訊選用RS-485總線適宜。RS-485是EIA（美國電子工業(yè)聯(lián)合會）在1983年公布的新的平衡傳輸標準，是工業(yè)界使用最為廣泛的雙向、平衡傳輸線標準接口，它以半雙工方式通信，支持多點連接，傳統(tǒng)驅(qū)動器允許創(chuàng)建多達32個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，且其具有傳輸距離遠（最大傳輸距離為1200M），傳輸速度快（1200M時為100KBPS）等優(yōu)點。其連接方法如下圖所示。
 
        為了滿足現(xiàn)場溫度檢測及與單片機裝置通訊的要求，必須選擇至少有5個溫度檢測點及具有RS—485通訊端口的智能儀表。經(jīng)過對市場上常用的溫度檢測儀進行分析，選擇由重慶川儀十八廠生產(chǎn)的XJ-08S型巡回檢測儀作現(xiàn)場測量儀表。
（一）該儀表主要特點如下：
1、 多量程方式，熱電偶、熱電阻，1-5V標準信號混合輸入，可通過鍵盤進行設(shè)置；
2、 最多8個測量通道（能測量8個溫度信號）；
3、 采用RS-485通訊標準，可將各通道最新數(shù)據(jù)向上位機傳送。
        重要的是，該儀表的說明書詳細介紹了與該儀表進行數(shù)據(jù)交換的命令及格式，其通訊協(xié)議也相對較簡單，這給我們用單片機實現(xiàn)溫度遠程顯示降減低了難度（雖然有RS-485端口的儀表很多，但大多沒有通訊命令的詳細說明，給我們用單片機編程增加了難度）。
（二）XJ-08S巡回檢測儀通訊協(xié)議
1、通訊口設(shè)置
 通訊方式：RS-485標準電平
 同步方式：起停同步方式
 波特率：9600BPS
 通訊距離：不大于1200M
 通訊線：二線
 數(shù)據(jù)代碼：ASCII碼
 數(shù)據(jù)格式：每字符10位，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位
2、 數(shù)據(jù)傳輸格式
 地址：2字節(jié)（高字節(jié)在前，低字節(jié)在后）；
 數(shù)據(jù)：按地址順序，儀表數(shù)據(jù)傳輸格式為十六進制2字節(jié)定點數(shù)；
  2字節(jié)定點數(shù)=低字節(jié)高4位（ASCII碼）+低字節(jié)低4位（ASCII碼）
高字節(jié)高4位（ASCII碼）+高字節(jié)低4位（ASCII碼）
  若數(shù)據(jù)為負數(shù)，則采用補碼方式傳輸；
 在傳輸實時測量值時，傳輸完2字節(jié)定點數(shù)后，緊接著又傳輸2字節(jié)定點數(shù)，其中高字節(jié)低4位為小數(shù)點位數(shù)。
例 ：（50.0）10 表示為 46  34  30  31  30  30  30  31
                                                低字節(jié)  高字節(jié)   小數(shù)位數(shù)
3、 儀表通訊格式：
    @  DE  幀類型  幀數(shù)據(jù)  CRC  CR
 @  ：通訊起始符
 DE  ：儀表設(shè)備號（地址）
 幀類型 ：操作命令
 幀數(shù)據(jù) ：各種操作命令所對應(yīng)的命令及數(shù)據(jù)
 CRC ：校驗字節(jié)（除@外CRC之前的其他幾個字節(jié)的異或值）
 CR  ：結(jié)束符（回車符）
4、應(yīng)用中用到的命令及數(shù)據(jù)格式：
 讀儀表全部動態(tài)數(shù)據(jù)命令幀 @ DE RD CRC CR
 命令回送幀  正確 @DE RD 幀數(shù)據(jù)  CRC CR
       錯誤 @DE * * CRC CR
   例：讀28號儀表的全部動態(tài)數(shù)據(jù)
    命令：’@1CRD64’,0D(ASCII碼40 31 43 52 44 36 34 0d)
   錯誤返回碼 ‘@1C**72’,0D(ASCII碼40 31 43 2A 2A 37 32 0D)
   正確返回數(shù)據(jù)’@ 1C RD XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX
                                                    第0通道     第1通道 第2通道
XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX  XXXX
第3通道  第4通道  第5通道  第6通道
XXXX  XXXX  XX’,0D
第7通道 校驗

五、單片機選擇及硬件電路設(shè)計
1、 選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S8252-24PC單片機，其主要參數(shù)及特點如下：
 與MCS-51產(chǎn)品兼容（其引腳圖見原理圖）
 具有8K字節(jié)可擦寫的FLASH內(nèi)部程序存儲器，可擦寫1000次；2K字節(jié)EEPROM，可擦寫100，000次，SPI口（用PC機的并口連接５條線即可通過SPI口下載程序，下載軟件可從網(wǎng)上下載，這樣可節(jié)省購買編程器的費用；）。
 256字節(jié)RAM，32根可編程I/O線，可編程串行口，內(nèi)置看門狗。
 
與看門狗有關(guān)的特殊功能寄存器WMCON 地址= 96H，與看門狗有關(guān)的控制位為96h第0、1、5、6、7位，第5、6、7位用于設(shè)置看門狗定時時間，本應(yīng)用中第5、6、7位均置1，設(shè)置看門狗溢出時間為2048ms，第0位為看門狗使能控制位，該位置1將使能看門狗，其第1位為復(fù)用位，向第1位寫1將復(fù)位看門狗定時器，具體操作如下：
a,使能看門狗，并將其溢出時間設(shè)定為2048ms：ORL  96H, #0E1H;
b,看門狗定時器清0：ORL  96H, #2

2、按鍵設(shè)計：
        為方便使用，設(shè)計了三個按鍵，分別為巡回/定點切換鍵、上鍵、下鍵。切換鍵用于巡檢與定點模式的切換，上鍵向上切換通道，下鍵向下切換通道；其中巡檢/定點切換鍵通過外部中斷1以中斷方式工作，中斷程序?qū)⒀不?定點標志取反后直接跳到主程序中巡回/定點標志判斷程序前運行，由判斷程序完成巡回/定點的切換。按鍵信號由單片機P3.3，P3.4，P3.5引腳輸入。

3、顯示電路設(shè)計
        為方便觀察，選用三個二位共陽級8段數(shù)碼顯示管（TOD5201AE）動態(tài)顯示，一位顯示儀表地址（從A至F），一位顯示通道號（從0至7通道），其余四位用來顯示實時溫度值；用單片機P1口驅(qū)動一片74HC244以吸收電流的方式控制段碼，用單片機P0.0至P0.5引腳驅(qū)動六個ＰＮＰ三極管（9012）控制位選。

4、電源選用5V/1A市售成品開關(guān)電源。

5、 根據(jù)智能儀表通訊協(xié)議的要求，串行口定義為方式1工作，一幀10位：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、一個停止位；用一片75176完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，由于RS-485為半雙工，故用單片機P3.2引腳控制發(fā)送與接收的切換；兩個智能儀表處于RS-485總線的兩個端點，為提高可靠性，在RS-485總線的兩個端點上分別并聯(lián)一個120Ω、1/4W終端電阻。
 系統(tǒng)方框圖如右示：
 
 單片機裝置電原理圖見下頁：