摘 要： 介紹用AT89S8252單片機的串行接口與智能溫度巡回檢測儀（XJ-08S）通過RS485總線相互通信實現(xiàn)熱水溫度遠(yuǎn)程顯示的一種低成本解決方案。內(nèi)容涉及RS485總線通信、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 RS485總線 數(shù)碼管顯示 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 鍵盤處理

引 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(yuǎn)處（1 km左右）的溫度信號進行監(jiān)視�，F(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信來實現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)程溫度監(jiān)測。用2個DDC,一個安裝在現(xiàn)場測量溫度,另一個安裝在監(jiān)視地,2個DDC通過NCU進行通信,從而實現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)程溫度監(jiān)測。

1 問題的提出

　　我單位管理的鍋爐房同時給2棟建筑物內(nèi)的2家酒店供應(yīng)蒸汽,由安裝在2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2個熱交換站的距離分別約600 m,值班人員要不停地奔波于2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2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熱交換站檢查設(shè)備,這樣便可解決上述問題。經(jīng)過分析,本人用單片機+智能儀表以低成本實現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示,并且經(jīng)過實驗取得了成功。

2 控制要求及解決方案選擇

① 2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45~65℃之間;2個熱交換站與鍋爐房的距離分別為500 m和600 m左右。

② 要求在鍋爐房內(nèi)能以巡回及定點2種方式顯示8個熱交換器的熱水溫度：巡回方式以3 s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1次則顯示上或下1個熱交換器熱水溫度,每3 s自動更新數(shù)據(jù)1次。

③ 根據(jù)控制要求選擇單片機+智能儀表的解決方案：用帶通信接口的智能儀表安裝在現(xiàn)場測量溫度,設(shè)計制作1個單片機裝置完成與智能儀表的通信及數(shù)據(jù)顯示。

3 通信協(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(yuǎn)距離的通信選用RS485總線適宜。RS485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(biāo)準(zhǔn),是工業(yè)界使用最為廣泛的雙向、平衡傳輸線標(biāo)準(zhǔn)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(dá)32個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò),且其具有傳輸距離遠(yuǎn)（最大傳輸距離為1200 m）,傳輸速度快（1200 m時為100 Kbps）等優(yōu)點,連接方法如圖1所示。

　　為了滿足現(xiàn)場溫度檢測及與單片機裝置通信的要求,必須選擇至少有5個溫度檢測點及具有RS485通信端口的智能儀表。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。

3.1 XJ-08S主要特點

　�、� 多量程方式,熱電偶、熱電阻,1~5 V標(biāo)準(zhǔn)信號混合輸入,可通過鍵盤進行設(shè)置;
　�、� 最多8個測量通道（能測量8個溫度信號）;
　�、� 采用RS485通信標(biāo)準(zhǔn),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(xì)介紹了與該儀表進行數(shù)據(jù)交換的命令及格式,其通信協(xié)議也相對較簡單,這給我們用單片機實現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程顯示降低了難度（雖然有RS485端口的儀表很多,但大多沒有通信命令的詳細(xì)說明。

3.2 XJ-08S巡回檢測儀通信協(xié)議

　�。�1） 通信口設(shè)置
　　◇ 通信方式：RS485標(biāo)準(zhǔn)電平。
　　◇ 同步方式：起停同步方式。
　　◇ 波特率：9600 bps。
　　◇ 通信距離：不大于1200 m。
　　◇ 通信線：2線。
　　◇ 數(shù)據(jù)代碼：ASCII碼。
　　◇ 數(shù)據(jù)格式：每字符10位,即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+低字節(jié)低4位
　　　　　　　　�。ˋSCII碼） （ASCII碼）
　　　　　　　　　高字節(jié)高4位+高字節(jié)低4位
　　　　　　　　�。ˋSCII碼） （ASCII碼）
　　若數(shù)據(jù)為負(fù)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)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）儀表通信格式

　　@ DE 幀類型 幀數(shù)據(jù) CRC CR
　　◇ @：通信起始符。
　　◇ 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之前的其它幾個字節(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 d)　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
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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 　　　 校驗

4 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。
　　◇ 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,軟件可從網(wǎng)上下載,這樣可節(jié)省購買編程器的費用;如果用1片AT89C2051自編1個小程序可制成1個燒寫式仿真器,不占用單片機任何資源,并且燒寫完可自動運行程序,非常方便。本文介紹的遠(yuǎn)程溫度顯示裝置就是用這種方法開發(fā)完成的）。
　　◇ 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中的第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2048 ms,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2048 ms：ORL 96H, #0E1H;
　　b. 看門狗定時器清0：ORL 96H, #2。

　�、� 按鍵設(shè)計。為方便使用,設(shè)計了3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(biāo)志取反后直接跳到主程序中巡回/定點標(biāo)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。

　�、� 顯示電路設(shè)計。為方便觀察,選用3個2位共陽級8段數(shù)碼顯示管（TOD5201AE）動態(tài)顯示,1位顯示儀表地址（A~F）,1位顯示通道號（0~7通道）,其余4位用來顯示實時溫度值;用單片機P1口驅(qū)動1片74HC244以吸收電流的方式控制段碼,用單片機P0.0~P0.5引腳驅(qū)動6個ＰＮＰ三極管（9012）控制位選。

　�、� 電源選用5V/1A市售成品開關(guān)電源。

　�、� 根據(jù)智能儀表通信協(xié)議的要求,串行口定義為方式1工作,1幀10位：1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位;用1片75176完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收,由于RS485為半雙工,故用單片機P3.2引腳控制發(fā)送與接收的切換;2個智能儀表處于RS485總線的2個端點,為提高可靠性,在RS485總線的2個端點上分別并聯(lián)1個120Ω、1/4W終端電阻。

　　看門狗溢出時間表如表1所列。系統(tǒng)方框圖如圖2所示。