AT89C51单片机机车轴温的监控系统设计(2)
1.2课题发展现状和趋势
1.3课题研究任务
本课题主要是实现对机车轴温进行多点同时测量并准确显示。整个系统由单片机控制，要能够接收传感器的数据并显示出来，从键盘输入命令，系统根据命令，选择对应的传感器，并由驱动电路驱动温度显示。且能设置温度的上下限值，当温度超过了限定值时，系统能发出报警信号。
2 总体结构设计
2.1总体结构分析及工作原理
系统分为现场温度数据采集和上位监控计算机两部分。图2-1为系统的结构图。下位机主要由微处理器AT89C51、采集温度的16组温度传感器、键盘、显示电路、存储器、报警电路、RS-485通信接口组成，并且下位机可以脱离上位计算机而独立工作，微处理器AT89C51把16组温度传感器所采集到的数据存放在存储器中，通过对采集到的数据进行分析处理实现控制。系统中设计上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理，上位机与下位机的数据传送接口采用RS-485接口，通过计算机可进行全面的管理和控制，完成数据记录，打印报表等工作。电路设计方框图如图2-1所示。
图2-1 系统整体结构
2.2主要环节方案设计
2.2.1测温方案的分析与选择
方案一
测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
方案二
考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，温度传感器的选择，采用温度芯片DS18B20测量温度，该芯片的物理化学性能很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线性较好。在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。本制作的最大特点之一是直接采用温度芯片对为温度进行测量，使数据传输和处理简单化，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。
比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。
2.2.2 多个DS18B20传感器与单片机AT89C51连接方式的选择
方案一
如下图2-2-1所示，将所有传感器的数据线接在一起，形成单总线结构，与单片机的一个双向口相连。24C02 为非易失性存储器，其中建立一个序列号表，按顺序存放各路传感器的序列号。由于每一个DS18B20 都与一个唯一的标识码对应，对特定传感器的操作只有在发送该传感器的序列号来选通该传感器之后才能进行。因此，发送标识码的顺序也就决定了读取温度值的顺序，程序运行时首先向所有传感器发送温度转换命令，再按顺序从24C02中读取序列号，匹配ROM，选中该路传感器，读出温度，这样就可以完成多路的顺序采集。如果更换某一个传感器或增加传感器，就需要搜索ROM程序来查出新传感器的序列号，并写入到24C02的对应位置上。如果要删去某一路传感器，也需要删去24C02中对应的序列号。
图2-2 方案一：单总线结构
该方案的优点是:结构简洁，远距离测量时，布线简单；由于可以同时对所有传感器发启动转换的命令，然后逐路读取，采集时间间隔较小（1s左右）；系统扩展时也不需要添加其他硬件。缺点是:程序编制复杂，需要搜索传感器序列号的程序。
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