裴勇+袁家厚+劉洋

摘要：介紹基于DS18B20的糧倉(cāng)無線檢溫系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)。該測(cè)溫系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C58RD為控制核心，采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、滿足精度要求，具有較高的性價(jià)比，適宜在糧倉(cāng)溫度檢測(cè)中應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞：無線檢溫系統(tǒng)；模塊化結(jié)構(gòu)；硬件；軟件

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）12-0014-04

糧食溫度檢測(cè)是糧食日常保管的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有糧食檢溫系統(tǒng)復(fù)雜，接點(diǎn)連線多，安裝調(diào)試?yán)щy，急需一種廉價(jià)、穩(wěn)定、可靠、高質(zhì)、簡(jiǎn)單易用的檢溫系統(tǒng)，以徹底解決糧庫(kù)的檢溫難題。為此，采用單總線數(shù)字測(cè)溫元件，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)接線少，組合方便，并可把檢溫結(jié)果實(shí)時(shí)地傳送到遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和打印。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

該測(cè)溫系統(tǒng)主要由測(cè)溫電纜（含傳感器）、測(cè)溫終端和微機(jī)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。

1.2 工作原理

控制室由計(jì)算機(jī)經(jīng)USB-RS485轉(zhuǎn)換器通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)器向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布命令，由現(xiàn)場(chǎng)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器傳送給單片機(jī)，單片機(jī)接到命令后進(jìn)行處理。單片機(jī)與測(cè)溫元件DS18B20進(jìn)行雙向通訊，可以進(jìn)行溫度的單點(diǎn)檢測(cè)、單線纜檢測(cè)、單倉(cāng)檢測(cè)與全部檢測(cè)，也可以進(jìn)行狀態(tài)傳輸、數(shù)據(jù)維護(hù)等，現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)終端都具有各自獨(dú)立的地址。傳輸方式更加靈活，在不便于施工架線或儲(chǔ)糧現(xiàn)場(chǎng)與管理部門距離較遠(yuǎn)時(shí)，可以使用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，若干個(gè)終端電路共用一個(gè)RS485無線模塊。

2 硬件設(shè)計(jì)

該測(cè)溫系統(tǒng)的所有元件均采用耐-40 ℃低溫的元件，各電路均采用模塊化設(shè)計(jì)。檢測(cè)裝置在保證功能可靠的前提下，盡量利用單片機(jī)本身的資源，以軟代硬。單片機(jī)處理電路選用STC89C58RD，其最高時(shí)鐘頻率可達(dá)85 MHz，60 Kflash存儲(chǔ)器，1 280 Byte RAM，16 K E2PROM，4 kV ESD保護(hù)，在系統(tǒng)可編程，這些特點(diǎn)決定了幾乎不需要額外擴(kuò)展接口電路，就可以完全滿足要求。該系統(tǒng)采用11.059 2 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，這樣可充分發(fā)揮STC89C58RD的資源優(yōu)勢(shì)，降低成本。

2.1 主電路

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中各終端可能相距較遠(yuǎn)，因此采用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信，采用光電耦合器與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行隔離，以保證通訊的可靠性。為降低成本，現(xiàn)場(chǎng)的若干個(gè)單元電路共用一個(gè)RS485無線模塊。為防止現(xiàn)場(chǎng)各種干擾造成通訊差錯(cuò)，在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用CRC校驗(yàn)，以便在通訊錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并予以更正。

2.2 傳感器模塊

溫度傳感器采用Maxim公司的1-wire數(shù)字測(cè)溫元件DS18B20，克服了引線長(zhǎng)短不同造成的測(cè)量誤差，并且使應(yīng)用設(shè)計(jì)上省略了信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、濾波等電路，一致性好，無需調(diào)試。其特點(diǎn)是：1） 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍3.0～5.5 V； 2） 測(cè)溫范圍

-55.0～125.0 ℃，在-10.0～85.0 ℃時(shí)精度為±0.5 ℃；3） 可編程的分辨率為9～12位，12位分辨率時(shí)可在750 ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字；4） 每一個(gè)元件都具有全球唯一的64位序列號(hào)。

DS18B20的外形及引腳說明如圖2所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。DS18B20接線少，只用3根引線就可以掛接十幾個(gè)測(cè)溫元件，通過序列號(hào)對(duì)這十幾個(gè)測(cè)溫元件準(zhǔn)確完整無誤地管理，能夠分辨出每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的位置。

檢測(cè)電路如圖4所示。U2是具有光電隔離的RS485模塊，采用隔離電源以減少干擾，直接連在通訊總線上或者連接在無線通訊模塊上。P0，P2口外接16路檢溫電纜，傳輸距離為50 m，每根電纜可掛接20個(gè)DS18B20。SW1為8位地址選設(shè)置開關(guān)。

3 軟件設(shè)計(jì)

該測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用程序在結(jié)構(gòu)上與硬件配置相適應(yīng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)。主程序調(diào)用不同的子程序組成完整的系統(tǒng)程序。計(jì)算機(jī)管理程序以VB編寫，具有檢測(cè)、查詢、管理、打印功能。

檢測(cè)終端電路由初始化程序、主程序、DS18B20單字節(jié)讀寫子程序、序列號(hào)匹配子程序、通訊子程序、數(shù)據(jù)校驗(yàn)子程序、故障代碼處理子程序等構(gòu)成，能完成單點(diǎn)檢測(cè)、單線纜檢測(cè)、單倉(cāng)檢測(cè)、巡回采集等。終端電路主程序框圖如圖 5 所示。

在各種子程序設(shè)計(jì)中，單總線器件DS18B20難度較大，時(shí)序配合嚴(yán)密，否則極易造成通訊失敗，下面給出了調(diào)試通過的DS18B20單字節(jié)讀/寫子程序及延時(shí)子程序清單。

4 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性

為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須采取有效的抗干擾措施。在硬件方面，將測(cè)量與控制電路電源分開，采用光電耦合器隔離。在軟件方面，采用程序陷阱技術(shù)、CRC校驗(yàn)、程序冗余技術(shù)和看門狗技術(shù)（watchdog），保證當(dāng)程序跑飛時(shí)能有效復(fù)位。

5 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況

某糧倉(cāng)有5根電纜，每根電纜10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果見表1。

由表1的檢測(cè)結(jié)果可以看出，同一電纜的溫度環(huán)境基本相同，重復(fù)性相當(dāng)好。

目前該測(cè)溫系統(tǒng)已投入應(yīng)用，工作溫度為-35.0～70.0 ℃，在-30.0～70.0 ℃的范圍內(nèi)無修正時(shí)精度可達(dá)±0.5 ℃。實(shí)際使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)，檢溫精度高，溫度反應(yīng)靈敏。

6 結(jié)語

可靠有效的糧食溫度監(jiān)測(cè)是安全儲(chǔ)糧的關(guān)鍵。本文研發(fā)的測(cè)溫系統(tǒng)，以數(shù)字測(cè)檢溫元件取代模擬測(cè)溫元件，將常見的主機(jī)—分機(jī)—分線器的3級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為單級(jí)結(jié)構(gòu)并行檢測(cè)終端，軟硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單可靠，數(shù)據(jù)傳輸方式靈活，安裝調(diào)試方便，具有較高的性價(jià)比，能滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。