摘要： 本文介紹了以臺式計算機為上位機和89C51單片機為前置機的集散式糧庫溫度自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計，闡述了利用單片機控制多個模擬開關(guān)構(gòu)成的電子矩陣并進(jìn)行多點溫度實時檢測的方法。
　　關(guān)鍵詞: 計算機 89C51單片機 電子矩陣
　　大型糧庫如何更好地保存糧食，防止糧食變質(zhì)發(fā)霉，對糧食溫度的檢測是重要環(huán)節(jié)之一。由于大型糧庫每個庫房的體積大，存放的糧食多，不同位置的糧食溫度是不同的，因此在糧溫檢測過程中，必須進(jìn)行多點測量，及時發(fā)現(xiàn)問題。因為隨著測量點的增加，測量費用會大幅增加。為降低系統(tǒng)總的造價，筆者采用了模擬開關(guān)構(gòu)成的電子矩陣并進(jìn)行多點溫度實時檢測，以最大限度地降低多點溫度檢測的成本，下面分硬、軟件兩部分介紹本系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)成。
　　1.硬件系統(tǒng)設(shè)計
　　本系統(tǒng)設(shè)計采用了一臺臺式計算機作為該集散系統(tǒng)的上位機，通過RS-485串行通信總線與多臺由89C51單片機為控制核心的前置機相連，每臺前置機是一個獨立的智能多點溫度檢測系統(tǒng)，通過單片機控制電子矩陣模擬開關(guān)的切換，可分時檢測64個點的溫度。每個前置機上的撥碼開關(guān)定義了本機的號碼，實際應(yīng)用中可以根據(jù)需求量，靈活配置前置機的個數(shù)，本系統(tǒng)最多可帶32個。即整個系統(tǒng)由一臺上位機最多可以檢測2048個點的溫度。硬件系統(tǒng)主要由溫度傳感器、電子矩陣開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、電源電壓和程序看門狗、串行通信接口等電路組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　?。?）溫度傳感器電路的設(shè)計
　　本系統(tǒng)使用的溫度傳感器是DS18B20半導(dǎo)體溫度傳感器，它以PN結(jié)作為敏感元件，具有反應(yīng)快、價格低等特點。在正常工作時輸入端必須設(shè)置為恒流偏置，其工作電流在200uA左右。由于傳感器中PN結(jié)兩端的電壓隨溫度變化而變化，因此在系統(tǒng)中只需檢測這個PN結(jié)兩端的電壓，再將其轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的溫度數(shù)值即可。
　?。?）電子矩陣開關(guān)輸入電路的設(shè)計
　　為了完成對64個檢測點溫度的動態(tài)檢測，系統(tǒng)中設(shè)計了由4片CD4052雙四選一模擬開關(guān)組成的電子矩陣開關(guān)。每片模擬開關(guān)可用來切換四條支路，設(shè)計中用兩片CD4052模擬開關(guān)完成對8個支路的行切換，分時將傳感器供電支路的正極和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，當(dāng)8個支路中某個支路被唯一接通時，另外兩片模擬開關(guān)控制的8個支路列開關(guān)再分時輪流接通，依次將傳感覺器輸出的電壓值送入A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號輸入端，這樣組合出8×8的矩陣
　　開關(guān)電路。其工作原理如圖2所示。
　　（4）電源電壓與程序看門狗電路的設(shè)計
　　為預(yù)防和減少因電源電壓的變化和程序跳飛造成死機所帶來的破壞和影響，本系統(tǒng)設(shè)計了由電源電壓監(jiān)測器TL7705和雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123構(gòu)成的電源電壓和程序的看門狗電路。系統(tǒng)工作時由于電源電壓的波動可能影響89C51的正常運行，此時負(fù)責(zé)監(jiān)測電源電壓的TL7705將發(fā)出觸發(fā)信號到89C51的第9腳，強迫89C51復(fù)位，使其重新初始化開始正常工作。由于TL7705自身功耗低，上電時可自動發(fā)出復(fù)位信號，因此本設(shè)計將其作為89C51的上電復(fù)位電路。另外設(shè)計還選用了74LS123雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，作為89C51單片機自動復(fù)位電路，通過對單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)置適當(dāng)?shù)腞C時間常數(shù)，當(dāng)程序跳飛造成死機時，使89C51單片機不能給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸送小于該時間常數(shù)的觸發(fā)信號時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將因超過該時間常數(shù)所規(guī)定的時間，使其輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，強迫89C51單片機復(fù)位，并使其重新回到初始狀態(tài)開始正常工作。其電路如圖3所示。
　?。?）上位機與前置機串行通信接口電路的設(shè)計
　　由于RS-232通信協(xié)議只允許點對點的通信，且最大通信距離為15米，本系統(tǒng)要求用一臺計算機作為上位機管理多臺前置機，由于實際應(yīng)用時通信線路距離不等，最長達(dá)幾百米。根據(jù)RS-232通信要求，系統(tǒng)設(shè)計了專用通信電路板，利用臺式計算機的串口，將RS-232串行通信接口轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行多點通信的RS-485串行通信接口方式。這樣，在上位計算機軟件編程時，仍可直接使用串口管理多臺前置機。能實現(xiàn)RS-485通信功能的芯片很多，本系統(tǒng)選用了抗干擾能力強、功耗小、傳輸距離遠(yuǎn)的SN75176半雙工差動輸出芯片，在數(shù)字信號傳輸過程中，自動完成TTL電平與EIA電平之間的轉(zhuǎn)換。89C51單片機構(gòu)成的前置機與SN75176通信接口電路，如圖4所示。
　　2.軟件系統(tǒng)設(shè)計
　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計分為兩大部分，即上位計算機軟件和前置機軟件。
　?。?）上位計算機軟件設(shè)計
　　上位計算機軟件采用C++完成界面設(shè)計，其控制程序完成對各個分布在糧庫不同位置的傳感器的實時溫度檢測，并對糧庫中各點溫度進(jìn)行記錄、分析和打印，等等。流程圖如圖5所示。
　?。?）前置機軟件設(shè)計
　　前置機軟件主要包括電子矩陣開關(guān)切換的控制、A/D轉(zhuǎn)換啟動及讀取結(jié)果和與上位計算機的串行通信。前置機軟件設(shè)計了電子開關(guān)切換后的延時，以確保A/D轉(zhuǎn)換時輸入端有穩(wěn)定的電壓。由于AD574A是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間較短，因而本系統(tǒng)對多點溫度檢測速度較快，是完全可以滿足大型糧庫對糧食溫度的檢測要求的。89C51單片機與上位計算機通信設(shè)定為串口工作模式二的多機通信方式，并以中斷方式完成。下面給出了該主程序和電子矩陣控制程序的流程圖，如圖6所示。
　　3.結(jié)語
　　本系統(tǒng)用DS18B20溫度傳感器、89C51單片機構(gòu)成的多點溫度測量前置機，使用普通臺式計算機為多臺前置機管理的上位計算機，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，人機界面友好，方便實用。經(jīng)過多家糧庫使用性能穩(wěn)定可靠，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益。
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