1、 1 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
2、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
3、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： 2 三、控制要求及解决方案选
4、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 45oC 至 65oC 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
5、，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
6、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。 发送器 接收器 接收发送器 120 120 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-08
7、S 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
8、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） 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
9、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
10、 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:/ 256 字节 RAM， 32 根可编程 I/O 线，可编程串行口，内置看
11、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 5 2、按键设计： 为方便使用，设计了三个按键，
12、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
13、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 120 、 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
14、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 120 XJ-08S 巡回检测仪 A A B Gnd 120 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 6 六、单片机软件设计说明及程序流程图 为方便调试，采用模块化编程，共分 1 个主模块及 5 个子模块，各模块功能说明及流程图如下
15、（源程序见附录）： 1、 主模块（ rand_main.a51） 上电后 程序显示初始化标志并等待 3 秒，然后进入巡回模式，自动检测地址为 A（ 10）至 F（ 15）的智能仪表，对在线的仪表及已使用通道以 3 秒为周期自动巡回读取实时温度并送数码管显示，仪表未在线或未用通道则自动跳过；定点模式时根据上、下按键情况自动向前或向后移动一个通道后等待下一次按键（向上至最高通道号时跳到上一个仪表的最低在用通道，向下至最低通道号时跳到下一个仪表的最高在用通道）；等待期间以 3 秒为周期读取当前仪表当前通道实时温度并送数码管显示，另外，为了区分巡回、定点工作模式，定点工作模式时最低位数码管以约 0.5
16、Hz 的频 率闪烁显示。当检测到巡回 /定点切换键按下时自动在巡回及定点模式间转换，当检测到温度值低于 199.9 度时显示 -199.9 度。 主模块流程图见下页： YD_N100=仪表地址 TD_N=通道号 Y N 开始 上电初始化 置 SP 巡回 /定点标志 =1? #0ah=yd_n100,#0=td_n 清闪烁、调用命令发送模块 接收正确吗 ? 调用数据转换程序 正常吗 ? Y N 送显示并延时 3 秒 Td_n+1=td_n Td_n=8? Y N 0=Td_n N Y Yd_n100+1=yd_n100 Yd_n100=10h? 0ah=yd_n100 start Td_n=0?
17、 开外部中断 1 并置最低位闪烁 清软硬看门狗 2 秒定时到？ 下键 ？ 上键？ N N N Y Y Y 调用命令发送程序 调用数据转换程序 正确吗？ 正确吗？ 送显示 Y N N Y 7=td_n Yd_n100-1=yd_100 Yd_n100=9? 0fh=yd_100 N N Y Y Td_n-1=td_n 调用命令发送程序 正确吗？ 正确吗 ？ 调用数据转换程序 N Y Y N 送显示、置 2S 定时初值 上键处理流程与下键相似，此处从略。 N Y 2、数据转换子模块（ rand_data.a51） 功能： 本模块先将 ASCII 码转换成 BIN 码，然后将 BIN 码转换成 BC
18、D 码并将数据转换成可直接显示的格式 入口： a=通道号 出口 : r1=个位 ,r2=十位 ,r3=百位 ,r4=千位（显示数据） a=非 0 表示该通道未用 注： 本子模块中直接将小数点信息加到相应位数据上，如需在某位显示小数点，则将该位数据加 10H，显示子模块根据此信息显示小数点 。 各子程序功能介绍： bcd2_bcd1：将 r3,r4 中的 4 位 bcd 码由低至高分别存入 r1,r2,r3,r4中； ascii4_bcd3：将 (r0)为首地址的字节 ascii 码转换成 bcd 码并将 bcd 码由低至高依次存放在 r3,r4,r5 中， r3,r4 中各存放 2 位 bcd
19、 码， r5 中存放一位bcd 码； bin_bcd：将 r1,r2 中的 bin 码转换成 bcd 码并将 bcd 码由低至高依次存放在r3,r4,r5 中， r3,r4 中各存放 2 位 bcd 码， r5 中存放一位 bcd 码； ascii4_bin2：将 (r0)为首地址的字节 ascii 码转换成 2 位 bin 码存放在r1（低字节） ,r2(高字节）中； 注： （ r0）指 r0 中内容 ascii_bin：将（ r0）为地址的一位 ascii 码转换成 bin 码存中。 （高级子程序调用低级子程序以实现更强的功能，源程序中对各子程序有较详细的注释，故此处仅画出主流程图） 3、
20、显示、软件看门狗、 20ms 定时器子程序（ rand_disp.a51） 功能： 通过定时器 0 以 1MS 为周期动态显示缓冲区中的内容；同时完成 20ms定时器及软件看门狗计数；当软件看门狗定时器溢出 时自动复位。 开始 计算通道数据首地址 调用数据转换程序 还原小数位数存 R6 BCD 码超过 5位吗？ 该通道数据为0X0ffff 吗？ 返回该通道未用信息 Y Y N N 退出 转换成可显示数 据存R1-R4 有效位前的零消除处理 返回数据正确信息 负数处理，当数据小于 -199.9时显示 -199.9 入口 : 以 disp_buf 为首地址依次存放从个位至十万位待显示数据，以 di
21、sp_wc为首地址（位地址）依次存放个位至千位闪烁控制位信息，为 0常亮 ,为 1闪烁 . 出口 : wdt 中存放软件看门狗计数值， time_20ms 中存放 20ms 的计数值。 Wdt溢出时跳至程序存储器 0000单元 将定时器 0 设定为模式 1 定时工作，每 ms产生一次中断，即显示一位，每 10ms 6 位数据轮流显示 1ms；为进一步提高可靠性，在该模块中设计了软件看门狗，实现方法见源程序。 模块流程图如本页所示： T0 中断入口 保护现场 显示码表地址 =dptr Disp_s_c 取反 Disp_c+1=disp_c Disp_c=R0 Disp_s-1=disp_s,Di
22、sp_s=0? Y N 个位数据及闪烁信息 =A,C a 闪闪烁 N R0=1? Y 十位数据及闪烁信息 =A,C a 闪闪烁 百位数据及闪烁信息 =A,C a 闪闪烁 千位数据及闪烁信息 =A,C a 闪闪烁 万位数据 =A a 闪闪烁 十万位数据 =A a 闪闪烁 百万位数据 =A （未用） a 闪闪烁 千万位数据 =A （未用） a 闪闪烁 N R0=2? Y N R0=3? Y N R0=4? Y N R0=5? Y N R0=6? Y N R0=7? Y N R0=8? Y 输出处理 a 闪闪烁 Disp_c=10? N Y 0=disp_c 20ms 计数处理 软看门狗计数溢出 Y N 跳至 0000H a 闪闪烁 恢复现场 闪闪烁 T0 中断返回 Disp_s：闪烁控制计数器 Disp_s_c：闪烁控制标志 Disp_c：显示控制计数器
