智能溫度巡檢儀的研制

曹紅艷

阿城繼電器股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150302

在工業(yè)生產過程中，溫度檢測和控制都直接和安全生產、產品質量、生產效率、節(jié)約能源等重大技術經濟指標相聯(lián)系。溫度檢測類儀表作為溫度計量工具，也因此得到廣泛應用。隨著生產力的發(fā)展，生產規(guī)模的擴大和對生產管理的自動化水平的要求越來越高，在很多場合，諸如啤酒、飲料、食品、白酒發(fā)酵生產線，中頻熱處理行業(yè)的水路溫度保護，提升機、通訊機、發(fā)電廠等軸溫記錄，變電所各電節(jié)點的溫度檢測，農業(yè)大棚、雞舍等，不僅要求溫度巡檢儀能自動巡檢，而且要求更加智能化，以達到無人看守，溫度自動巡檢的目的，因此，研制智能溫度巡檢儀前景廣闊。

1 系統(tǒng)原理

該智能溫度巡檢儀由AT89S52單片機進行控制，以實現(xiàn)對不同測溫點的溫度采集、顯示、超限報警功能。同時此巡檢儀通過鍵盤設定實現(xiàn)了溫度的定點跟蹤/自動巡檢、溫度報警上下限值的設定和精度的選擇；除此之外，還增加了串口通信功能，以便智能溫度巡檢儀能夠與單片機進行通信。采用增強型單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來構架溫度采集系統(tǒng)，實現(xiàn)多點溫度檢測。溫度顯示、報警電路：用74LS373來驅動LED數(shù)碼管進行測試點的溫度靜態(tài)顯示；當系統(tǒng)測得溫度超過設定的溫度值范圍時，報警系統(tǒng)開始工作。用算法軟件編程的方法來自動修正測量誤差以提高測量精度；通過選擇精度，以適合不同環(huán)境。通過進入鍵和退出鍵實現(xiàn)手動跟蹤和自動巡檢。系統(tǒng)以AT89S52為核心，利用4個DS18B20通過單總線與單片機連接構成溫度采集部分；智能溫度巡檢儀的人機界面由5個高亮LED和一個5個按鍵的鍵盤，外加指示燈組成。同時系統(tǒng)擁有溫度上下限報警電路，看門狗電路及時鐘電路，系統(tǒng)還設計了一個RS232通信模塊，能將實時測量數(shù)據(jù)提供給任何支持RS232通信的設備。

2 系統(tǒng)的硬件構成

2.1 溫度采集電路設計

本部分采用將DS18B20的I/O數(shù)據(jù)線與AT89S52單片機的P1.6口線相連，用4只DS18B20同時測量4路溫度。DS18B20 只有3個引腳，其中兩根是電源線和GND，另外一根用作總線DQ與微處理器直接進行接口。

2.2 溫度顯示電路設計

溫度顯示電路采用靜態(tài)顯示方式，設計亮度高，適合工作人員在3m內清晰查看。5個74HC573分別與5個數(shù)碼管連接，5個74HC573的LE鎖存使能輸入端分別與AT89S52的I/O口P2.3-P2.7連接，三態(tài)輸出使能輸入端全部接地。

2.3 溫度報警電路的設計

系統(tǒng)設置了上下限溫度值報警系統(tǒng)，如果測量的溫度超過系統(tǒng)設置的溫度值的范圍，則報警系統(tǒng)開始發(fā)出提示，為了雙重保險，我們在電路中進行發(fā)光和蜂鳴報警，這樣可以通過視覺和聽覺兩種方式發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)報警。

2.4 鍵盤電路的設計

由于鍵盤直接接到單片機I/O口，小按鍵抖動極大，必須做硬件上的消抖處理，一般在設計的時候都使用4*4鍵盤，在這里使用5個按鍵，節(jié)省了硬件開銷。5個按鍵分別是“進入”、“確定”、“△”、“▽”和“返回”。5個按鍵分別接入P3.2、P1.0-P1.3I/O口。有鍵按下時，輸入口被置為高電平（TTL），無按鍵事件發(fā)生時，輸入口為低電平（TTL）。1.0μF電容用于鍵盤消抖。綠、黃兩個指示燈分別指示溫度源的狀態(tài)：自動、手動。高電平有效（TTL），分別接入單片機P1.4、P1.5I/O口。

3 系統(tǒng)的軟件設計

軟件設計采用C語言編程，運用模塊化程序設計思想，對不同功能模塊的程序進行分別編程，以便移植或調用，這樣使軟件層次結構清晰，有利于軟件的調試與修改。本設計借鑒操作系統(tǒng)的思想，設計了一個基于交互式菜單的軟件框架，盡管系統(tǒng)沒有商用操作系統(tǒng)的高效實時機制和安全性能，但這個框架代碼精簡，運行穩(wěn)定，成功地將軟件分為若干個“前后臺”子系統(tǒng)模塊。并借鑒了可視化操作的思想，菜單選擇執(zhí)行使得交互界面更加友好，進一步提高了儀表的性能。軟件模塊基本分為：主程序菜單系統(tǒng)模塊、系統(tǒng)初始化模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度報警模塊、鍵盤設置模塊、串口通信模塊。

4 結論

本系統(tǒng)基于DS18B20測溫原理，以AT89S52為控制核心，利用4個數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20通過單總線與單片機連接構成溫度采集電路，同時系統(tǒng)具有溫度上下限報警電路，看門狗電路及時鐘電路。系統(tǒng)溫度采集測量實用性強，能夠很好地巡回采集多路溫度信號，結構較為簡單，成本低，外接元件少。在實際應用中工作性能穩(wěn)定，測量溫度準確。系統(tǒng)在硬件設計上充分考慮到了可擴展性，經過一定的添加或改造，很容易增加功能，如在總線上多掛接幾個DS18B20可實現(xiàn)更多點的溫度巡檢。適用范圍廣泛，可以單獨使用作為監(jiān)測儀，應用于農業(yè)溫室大棚監(jiān)測植物生長的環(huán)境變化，工業(yè)廠房測量各部分的工作溫度等等。也可以作為智能檢測系統(tǒng)的一部分，與其它設備協(xié)同工作。

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