用单片机实现温度远程显示.DOC

1、 www.sf- 盛方整理1用单片机实现温度远程显示作者：刘楚浩 *发表于 单片机与嵌入式系统应用 2002 年第 9 期 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 RS485 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 RS485 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 RS485 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

2、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

3、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

4、了成功，现将设计方案简述如下： www.sf- 盛方整理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 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

5、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RS485 通讯端口的智

6、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。 发送器接收器接收发送器 www.sf- 盛方整理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

7、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

8、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） www.sf- 盛方整理44、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

9、 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,0

10、D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，内置看门狗。与看门

11、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 www.sf- 盛方整理52、按键设计：为方便使用，设计了三个按键，分别为巡回/定点切

12、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

13、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 Gn

14、d上热水温度远程显示器A B Gnd120XJ-08S 巡回检测仪 AA B Gnd120XJ-08S 巡回检测仪 B7 6 5 定时值0 0 0 16ms0 0 1 32ms0 1 0 64ms0 1 1 128ms1 0 0 256ms1 0 1 512ms1 1 0 1024ms1 1 1 2048ms看门狗溢出时间表 www.sf- 盛方整理 www.sf- 盛方整理六、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（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，

15、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 0.5Hz 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

16、度时显示-199.9 度。主模块流程图见下页： www.sf- 盛方整理YD_N100=仪表地址TD_N=通道号YN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?YN送显示并延时 3 秒Td_n+1=td_nTd_n=8?YN0=Td_nNYYd_n100+1=yd_n100Yd_n100=10h?0ah=yd_n100startTd_n=0?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？NNNYYY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YNNY7=td_n

17、Yd_n100-1=yd_100Yd_n100=9?0fh=yd_100NNYYTd_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NYYN送显示、置 2S 定时初值上键处理流程与下键相似，此处从略。NY www.sf- 盛方整理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 BCD 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

18、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 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； asci

19、i4_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、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

20、存 R6BCD 码超过5 位吗？ 该通道数据为0X0ffff 吗？返回该通道未用信息YYNN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 - www.sf- 盛方整理入口: 以 disp_buf 为首地址依次存放从个位至十万位待显示数据，以 disp_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

21、 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 =dptrDisp_s_c 取反Disp_c+1=disp_cDisp_c=R0Disp_s-1=disp_s,Disp_s=0?YN个位数据及闪烁信息 =A,Ca闪闪烁 NR0=1? Y十位数据及闪烁信息 =A,Ca闪闪烁 百位数据及闪烁信息 =A,Ca闪闪烁 千位数据及闪烁信息 =A,Ca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 NR0=2? YNR0=3? YNR0=4? YNR0=5? YNR0=6? YNR0=7? YNR0=8? Y输出处理a闪闪烁 Disp_c=10? NY0=disp_c20ms 计数处理软看门狗计数溢出YN跳至 0000Ha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