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单片机实现温度远程显示.doc
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1
(整理)用单片机实现温度远程显示
摘 要:文章介绍了用 AT89S8252 单片机的串行接口与智能温度巡回检测仪(XJ-08S)通过
RS—485 总线相互通讯实现热水温度远程显示的一种低成本解决方案,内容涉及 RS—485 总线通
讯、单片机驱动数码管显示、数据转换以及键盘处理软硬件设计等内容。
关键词:单片机 RS—485 总线 数码管显示 数据转换 键盘处理
一、前 言
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(1KM 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讯来实现
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。用两个 DDC,一个安装在现场测量温度,另一个安装在
监视地,两个 DDC 通过 NCU 进行通讯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。
二、问题的提出
我单位管理的锅炉房同时给两栋建筑物内的两家酒店供应蒸汽,由安装在两栋建筑物地下室
的热交换器进行热交换后产生热水送给客房。从锅炉房至两个热交换站的距离分别约 600 米,值
班人员要不停地奔波于两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
果能在锅炉房显示两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
到各热交换站检查设备,这样便可解决上述问题。我公司曾就此问题找专业公司作过方案,其报
价在人民币10万元左右,后因种种原因该项目未实施。经过分析,本人发现可以用单片机+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,现将设计方案简述如下:
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89346977/bg2.jpg)
2
三、控制要求及解决方案选择
1、 两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
o
C 至 65
o
C 之间;两个热
交换站与锅炉房的距离分别为 500 米和 600 米左右。
2、 要求在锅炉房能以巡回及定点两种方式显示 8 个热交换器的热水温度,巡回方式以 3 秒
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一次则显示上
或下一个热交换器热水温度,每 3 秒自动更新数据一次。
3、 根据控制要求选择单片机+智能仪表的解决方案:用带通讯接口的智能仪表安装在现场测
量温度,设计制作一个单片机装置完成与智能仪表的通讯及数据显示。
四、通讯协议、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讯选用
RS-485 总线适宜。RS-485 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 1200M),传输
速度快(1200M 时为 100KBPS)等优点。其连接方法如下图所示。
为了满足现场温度检测及与单片机装置通讯的要求,必须选择至少有 5 个温度检测点及具有
RS—485 通讯端口的智能仪表。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。
(一)该仪表主要特点如下:
1、 多量程方式,热电偶、热电阻,1-5V 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 RS-485 通讯标准,可将各通道最新数据向上位机传送。
D
T
R
R
T
D
D-发送器
R-接收器
T-接收/发送器
120Ω
120Ω
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89346977/bg3.jpg)
3
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,其通讯协议也
相对较简单,这给我们用单片机实现温度远程显示降减低了难度(虽然有 RS-485 端口的仪表很多,
但大多没有通讯命令的详细说明,给我们用单片机编程增加了难度)。
(二)XJ-08S 巡回检测仪通讯协议
1、通讯口设置
通讯方式:RS-485 标准电平
同步方式:起停同步方式
波特率:9600BPS
通讯距离:不大于 1200M
通讯线:二线
数据代码:ASCII 码
数据格式:每字符 10 位,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(ASCII 码)+低字节低 4 位(ASCII 码)
高字节高 4 位(ASCII 码)+高字节低 4 位(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 位为小数点位数。
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、 仪表通讯格式:
@ DE 帧类型 帧数据 CRC CR
@ :通讯起始符
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 之前的其他几个字节的异或值)
CR :结束符(回车符)
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89346977/bg4.jpg)
4
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 0d)
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 XXXX XXXX XXXX XXXX
第 0 通道 第 1 通道 第 2 通道
XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX
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
五、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(其引脚图见原理图)
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,下载软件可从网上下载,这样可节省购买编程器的费用;)。
注:笔者现已制作成了 ISP2000 三合一烧写器,详情见 http://www.mcudiy.com
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
第 0、1、5、6、7 位,第 5、6、7 位用于设置看门狗定时时间(具体见第 5 页表格),
本应用中第 5、6、7 位均置 1,设置看门狗溢出时间为 2048ms,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 2048ms:ORL 96H, #0E1H;
b,看门狗定时器清 0:ORL 96H, #2
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/89346977/bg5.jpg)
5
2、按键设计:
为方便使用,设计了三个按键,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,选用三个二位共阳级 8 段数码显示管(TOD5201AE)动态显示,一位显示
仪表地址(从 A 至 F),一位显示通道号(从 0 至 7 通道),其余四位用来显示实时温度
值;用单片机 P1 口驱动一片 74HC244 以吸收电流的方式控制段码,用单片机 P0.0 至
P0.5 引脚驱动六个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、 根据智能仪表通讯协议的要求,串行口定义为方式 1 工作,一帧 10 位:1 个起始位、8
个数据位、一个停止位;用一片 75176 完成数据的发送与接收,由于 RS-485 为半双工,
故用单片机 P3.2 引脚控制发送与接收的切换;两个智能仪表处于 RS-485 总线的两个端
点,为提高可靠性,在 RS-485 总线的两个端点上分别并联一个 120Ω、1/4W 终端电阻。
系统方框图如右示:
单 片 机装 置 电 原 理 图 见 下 页:
巡回/定点
下
仪表
地址
通道
号
实时温度
巡回/定点
下
仪表
地址
通道
号
实时温度
A B Gnd
上
热水温度远程显示器
A B Gnd
120Ω
XJ-08S 巡回检测仪 A
A B Gnd
120Ω
XJ-08S 巡回检测仪 B
7 6 5 定时值
0 0 0 16ms
0 0 1 32ms
0 1 0 64ms
0 1 1 128ms
1 0 0 256ms
1 0 1 512ms
1 1 0 1024ms
1 1 1 2048ms
看门狗溢出时间表
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