基于单片机温度远程显示的实现

目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器。这种传感器至仪表之间一般都要用专用的温度补偿导线；而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处（1 km左右）的温度信号进行监视。现有的解决方案有很多，例如：① 在现场用智能仪表对温度信号进行测量，用计算机作上位机与智能仪表进行通信来实现远程温度监测。采用这种方案要增加计算机设备及相关计算机软件。② NCU+DDC实现远程温度监测。用2个DDC，一个安装在现场测量温度，另一个安装在监视地，2个DDC通过NCU进行通信，从而实现远程温度监测。

但以上方案都存在成本高的问题。有没有低成本的解决方案呢？其实，在单片机应用日益广泛的今天，完全可以用单片机以极低的成本来实现远程温度监测。

1 问题的提出

我单位管理的锅炉房同时给2栋建筑物内的2家酒店供应蒸汽，由安装在2栋建筑物地下室的热交换器进行热交换后产生热水送给客房。从锅炉房至2个热交换站的距离分别约600 m，值班人员要不停地奔波于2个热交换站与锅炉房之间进行设备巡视，检查热水温度是否控制在规定的范围。这样不仅增加了值班人员的劳动强度，同时也使锅炉房经常无人(因每班1人值班)。如果能在锅炉房显示2个热交换站内各热交换器的热水温度，则值班人员仅在热水温度异常时才需到热交换站检查设备，这样便可解决上述问题。经过分析，本人用单片机+智能仪表以低成本实现温度远程显示，并且经过实验取得了成功。

2 控制要求及解决方案选择

① 2个热交换站分高低区共安装有8个热交换器，正常水温在45~65℃之间；2个热交换站与锅炉房的距离分别为500 m和600 m左右。

② 要求在锅炉房内能以巡回及定点2种方式显示8个热交换器的热水温度：巡回方式以3 s为周期轮流更新及显示各热交换器热水温度；定点方式时，每按上键或下键1次则显示上或下1个热交换器热水温度，每3 s自动更新数据1次。

③ 根据控制要求选择单片机+智能仪表的解决方案：用带通信接口的智能仪表安装在现场测量温度，设计制作1个单片机装置完成与智能仪表的通信及数据显示。

3 通信协议、智能仪表选择及其参数介绍

因热水温度信号变化较慢，因而对通信的速度要求不高。对于这种低速率、远距离的通信选用RS485总线适宜。RS485是EIA（美国电子工业联合会）在1983年公布的新的平衡传输标准，是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标准接口。它以半双工方式通信，支持多点连接，传统驱动器允许创建多达32 个节点的网络，且其具有传输距离远（最大传输距离为1200 m），传输速度快（1200 m时为100 Kbps）等优点，连接方法如图1所示。

为了满足现场温度检测及与单片机装置通信的要求，必须选择至少有5个温度检测点及具有RS485通信端口的智能仪表。经过对市场上常用的温度检测仪进行分析，选择由重庆川仪十八厂生产的XJ-08S型巡回检测仪作现场测量仪表。

3.1 XJ-08S主要特点

　　① 多量程方式，热电偶、热电阻，1~5 V标准信号混合输入，可通过键盘进行设置；
　　② 最多8个测量通道（能测量8个温度信号）；
　　③ 采用RS485通信标准，可将各通道最新数据向上位机传送。

重要的是，该仪表的说明书详细介绍了与该仪表进行数据交换的命令及格式，其通信协议也相对较简单，这给我们用单片机实现温度远程显示降低了难度（虽然有RS485端口的仪表很多，但大多没有通信命令的详细说明。

3.2 XJ-08S巡回检测仪通信协议

（1） 通信口设置
　　◇ 通信方式：RS485标准电平。
　　◇ 同步方式：起停同步方式。
　　◇ 波特率：9600 bps。
　　◇ 通信距离：不大于1200 m。
　　◇ 通信线：2线。
　　◇ 数据代码：ASCII码。
　　◇ 数据格式：每字符10位，即1个起始位，8个数据位，1个停止位。

（2）数据传输格式
　　◇ 地址：2字节（高字节在前，低字节在后）。
　　◇ 数据：按地址顺序，仪表数据传输格式为十六进制2字节定点数。
　　2字节定点数 = 低字节高4位+低字节低4位
　　　　　　　　　（ASCII码） （ASCII码）
　　　　　　　　　高字节高4位+高字节低4位
　　　　　　　　　（ASCII码） （ASCII码）
　　若数据为负数，则采用补码方式传输。

　　◇ 在传输实时测量值时，传输完2字节定点数后，紧接着又传输2字节定点数，其中高字节低4位为小数位数。

　　例：（50.0）10 表示为 46 34 　30 31　30 30　30 31
　　　　　　　　　　　　　低字节 高字节 　　　小数位数

（3）仪表通信格式
　　@ DE 帧类型 帧数据 CRC CR
　　◇ @：通信起始符。
　　◇ DE：仪表设备号（地址）。
　　◇ 帧类型：操作命令。
　　◇ 帧数据：各种操作命令所对应的命令及数据。
　　◇ CRC：校验字节（除@外CRC之前的其它几个字节的异或值）。
　　◇ CR：结束符（回车符）。

（4）应用中用到的命令及数据格式
　　◇ 读仪表全部动态数据命令帧
　　@ DE RD CRC CR
　　◇ 命令回送帧 　　正确 @DE RD 帧数据 CRC CR
　　　　　　　　　　　错误 @DE * * CRC CR

例：读28号仪表的全部动态数据
命令：
'@1CRD64',0D(ASCII码40 31 43 52 44 36 34 d)　错误返回码
'@1C**72',0D(ASCII码40 31 43 2A 2A 37 32 0D)　正确返回数据　'@ 1C RD XXXX XXXX
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第0通道
XXXX XXXX　　XXXX XXXX　　XXXX XXXX 　XXXX XXXX　　XXXX XXXX 　XXXX XXXX
第1通道 　　　第2通道 　　第3通道　　第4通道 　　　　第5通道 　　第6通道

XXXX XXXX XX'　,0D
第7通道 　　　 校验

4单片机选择及硬件电路设计

① 选用Atmel公司生产的AT89S8252-24PC单片机，其主要参数及特点如下。
　　◇ 与MCS-51产品兼容。
　　◇ 具有8K字节可擦写的Flash内部程序存储器，可擦写1000次；2K字节EEPROM，可擦写 100 000次；SPI口（用PC机的并口连接５条线即可通过SPI口下载程序，软件可从网上下载，这样可节省购买编程器的费用；如果用1片AT89C2051 自编1个小程序可制成1个烧写式仿真器，不占用单片机任何资源，并且烧写完可自动运行程序，非常方便。本文介绍的远程温度显示装置就是用这种方法开发完成的）。
　　◇ 256字节RAM，32根可编程I/O线，可编程串行口，内置看门狗。

与看门狗有关的特殊功能寄存器WMCON 地址= 96H，与看门狗有关的控制位为96H中的第0、1、5、6、7位。第5、6、7位用于设置看门狗定时时间。本应用中第5、6、7位均置1，设置看门狗溢出时间为2048 ms，第0位为看门狗使能控制位。该位置1将使能看门狗，其第1位为复用位，向第1位写1将复位看门狗定时器，具体操作如下：
　　a. 使能看门狗，并将其溢出时间设定为2048 ms：ORL 96H, #0E1H;
　　b. 看门狗定时器清0：ORL 96H, #2。

② 按键设计。为方便使用，设计了3个按键，分别为巡回/定点切换键、上键、下键。切换键用于巡检与定点模式的切换，上键向上切换通道，下键向下切换通道。其中巡检/定点切换键通过外部中断1以中断方式工作，中断程序将巡回/定点标志取反后直接跳到主程序中巡回/定点标志判断程序前运行，由判断程序完成巡回 /定点的切换。按键信号由单片机P3.3、P3.4、P3.5引脚输入。

③ 显示电路设计。为方便观察，选用3个2位共阳级8段数码显示管（TOD5201AE）动态显示，1位显示仪表地址（A~F），1位显示通道号（0~7通道），其余4位用来显示实时温度值；用单片机P1口驱动1片74HC244以吸收电流的方式控制段码，用单片机P0.0~P0.5引脚驱动6个ＰＮＰ三极管（9012）控制位选。

④电源选用5V/1A市售成品开关电源。

⑤ 根据智能仪表通信协议的要求，串行口定义为方式1工作，1帧10位：1个起始位、8个数据位、1个停止位；用1片75176完成数据的发送与接收，由于 RS485为半双工，故用单片机P3.2引脚控制发送与接收的切换；2个智能仪表处于RS485总线的2个端点，为提高可靠性，在RS485总线的2个端点上分别并联1个120Ω、1/4W终端电阻。

看门狗溢出时间表如表1所列。系统方框图如图2所示。

5单片机软件设计说明及程序流程图

见http://www.dpj.com.cn

6 调试及运行情况

调试步骤如下。

◇ 硬件连接：将各芯片插在面包板上并用导线按原理图连接。

◇ 软件开发环境：Keil uVision2 forWindows。该软件的模拟调试器支持C语言及汇编语言源代码调试，其汇编程序支持宏汇编及模块化编程，使用方便。

◇ 首先在模拟调试器中调试各子模块，各子模块调