1 系統功能及特點

本系統用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統智能化、體積小、功耗低、使用電子元件較少，內部配線少，成本低，制造、安裝、調試及維修方便。該系統中單片機作為下位機，完成測溫任務，測量結果可在本地顯示，也可通過下位機與上位機（PC機）通訊，給出結果和提示信息。而上位機與下位機大多是通過PC機的RS-232串行接口實現通信。Visual Basic是可視化面向對象的采用事件驅動技術的結構化程序設計語言，本系統上位機是在Windows環境下利用Visual basic開發微機通信程序。

2 系統基本原理

系統結構如圖1所示，其中，計算機要求能夠運行Windows98或更高版本）操作系統和開發環境VB6.0，具有標準的RS232串口，主要功能為數據采集處理和系統控制，是人機交互的平臺。

現場溫度采集點共有4路，采用AD590采集溫度送到單片機的A/D轉換器轉入端，測量范圍最大值為50度，單片機定時采集溫度信號，并按串行通信協議打包構成數據幀。在微機中采用VB6.0編程，并選用MSCOMM控件進行串行口通訊。MSComm控件是Microsoft提供的擴展控件，用于支持VB程序對串口的訪問，同時支持查詢方法和事件驅動通訊的機制。事件驅動通訊是交互方式處理串口事務的一種非常有效的方法，特別適合Windows程序的編寫。因此用其實現微機串口的數據通訊相當簡單，以很少的程序代碼就可以輕松實現串口的訪問和數據通訊。

3 硬件設計

3.1 測量電路設計

AD590將溫度轉換成相應的電流后，需要有電流電壓轉換電路（如圖2），其中電容C起濾波作用。該電路中，考慮到測溫范圍是0度—50度，而ADC0809輸出電壓范圍為0-5V，故電阻R2取3.3千歐，R3取15千歐，其中R2是滑動變阻器，精度高于R3，電阻R4取100，R5取50千歐，R4是滑動變阻器，精度高于R5，電阻R6取33千歐。運放是溫度電壓變換電路，為了測試方便，設計時將0度時的輸出電壓定為0V，每升高一度輸出電壓上升100mV，與電壓之間的關系為：U=K（T-T0）V式中，K為比例系數，K=0.98V/度，T為環境溫度，單位為度，T0—測溫下限0度。當T=+50度和T=0度時，變換電路輸出電壓上限為Umax=5V，電壓下限為Umin=0V，實現的辦法是：首先調整R2，使得I1=273.2uA，當溫度為0度時，通過AD590的電流I2=273.2uA，此時I3=0uA，R4、R5上無壓降，即輸出電壓為0V；當環境溫度為50度時，流過AD590的電流為323.2uA，此時，I3=I2-I1=50uA，調整R4，使R4+R5=98千歐，有（R4+R5）*I3=4.9V。同樣，可以計算出其余各溫度所對應的輸出電壓。

3.2 模數轉換接口電路設計

本系統以89C51芯片作為主芯片，管理和控制整個系統。該芯片集成度高，兼容8051單處機，不同的是片內有4KB的ROM，為PEROM（FLASH存儲器）。A/D轉換器的種類很多，目前應用較廣泛的有：逐次逼近式A/D轉換雙積分式A/D轉換器、V/F變換式A/D轉換器。本系統所使用的單片機89C51是8位，因此采用8位A/D轉換器，其接口電路簡單。絕大部分集成A/D轉換器的數據輸出都具有TTL電平，數據輸出寄存器具有可控三態輸出功能，可直接掛在數據總線上，否則，就要加緩沖器接口，數據分兩次讀出，比較麻煩。根據系統所要求的測量分辨力，采用8位A/D轉換器時，其分辨力為50/250=0.2，已經高于規定值。溫度是一個緩慢變化的物理量，測量它時不需要高速A/D轉換器，通道上也不需要加采樣保持器。逐次逼近型A/D轉換器屬于中速A/D轉換器，常用于工業多通道單片機控制系統。基于以上原因，本系統采用ADC0809作為模數轉換器。其結構框圖如圖3。該芯片是8位逐次比較式A/D轉換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關，最大非線性誤差小于+1LSB，應用單一+5V電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0 +5V，對應的數字量輸出為00H FFH，可鎖存三態輸出，輸出與TTL兼容，功耗為15mW，轉換時間為100 S，無需調零或調整滿量程。有28個引腳，其中：IN0、IN1、IN2、…、IN7接8路模擬量輸入；AD-DA、ADDB、ADDC接地址線，用以選定8路輸入中的一路。

該系統中ADDC接地，AD-DA、ADDB分別接89C51的P3.3和P3.4，構成4路輸入;ALE是地址鎖存允許，START是芯片的起動引腳，其上脈沖的下降沿起動一次新的A/D轉換，一起接入P3.7;EOC是轉換結束信號，與P362相接，向單片機申請中斷；OE是輸出允許端，直接接+5V；CLK是時鐘端，因芯片的時鐘頻率最高只工作于640KHZ，故通常由單片機的ALE經分頻后接向該引腳；DB0 DB7是數字量輸出，與PO相接，LSB表示最低位，MSB表示最高位。

3.3 串行接口電路設計

下位機（單片機）通過串行口（RXD和TXD）與上位機（PC機）進行異步通信，采用RS—232標準接口。RS—232規定了自己的電氣標準，而此標準并不能滿足TTL電平（MCS—51單片機串行口電平為TTL電平）傳送要求。因此當RS232電平與TTL電平接口時，必須進行電平轉換。目前RS232與TTL的電平轉換最常用的芯片是傳輸線驅動器MC1488和傳輸線接收器MC1489，其作用除了電平轉換外，還實現正負邏輯電平的轉換。

4 軟件設計

系統軟件主要是用VB6.0對RS232串口編程。實現硬件之間的通訊。MSComm是Microsoft公司提供的主要用于串行通信編程的ActiveX控件。ActiveX控件包括一系列的屬性、方法和事件，應用程序通過ActiveX控件提供的接口來訪問控件的功能。通信控件把許多復雜的操作都留給了VB和Windows處理，編程人員編程時只需設置其中的一些屬性。

系統的關鍵代碼如下：

Coast CMDconfig = “%0101210600” ’設置端口命令字符，0--100度，科學單位

Coast CMDdataInl = “#O1” ‘讀串口1數據命令字符

Coast CMDdataIn2 = “#02” ‘讀串口2數據命令字符

Coast CMDspanCalibration = “$010” ‘校準命令字符

Coast CMDoffsetCalibration = “$011” ‘偏移量校準命令字符

Coast CMDconfigStatus = “$012”‘讀端口信息命令字符

Coast CMDmoduleName = “$OlM”‘讀模塊名命令字符

Private Sub CmdStart_onClick（ ）‘開始命令子程序

MSComml.CommPor = COMnum‘設置申口號

If MSComml.PortOpen = False Then‘打開串口

MSComml.PorOpen = True

End If

If COMnum = 1 Then

CMDdataln = CMIMataInl

Else

CMDdataln = CMDdataIn2

End If

MSComml.Outpu t= CStr（CMDdataIn）&vbCr‘發出讀數命令

TimeDelay 500‘延時500 ms

Picturel.CurrentX = 0‘繪制曲線坐標起點

Picturel. CurrentY = temperature

Timer1.Enabled = True‘開始計時

End Sub

Private Sub MSComml_OnComm（ ） ‘事件響應子程序

Select Case MSComml.CommEvent‘判斷MSComml通訊事件

Case comEvReceive‘收到Rthreshold個字節產生的接收事件

MSComml.RThreshold = 0‘關閉OnComm事件接收

TimeDelay 20‘延時20ms

temperatureShow = Right（MSComml.Input.7） ‘讀取第一個數據字節（BCD碼高位字節）

temperature = VaI（temperature5how ） ‘數值組合，標定小數點

MSComml.Output = CStr（CMDdataIn）&vbCr‘發送讀命令

MSComml.InBufferCount = 0‘清空緩存

MSComml.RThreshold = 1‘關閉OnComm事件接收

Case comEventBreak‘收到Break

…

Case Else

End Select

End Sub

系統時鐘最小可以設為1ms，在使用中需要注意，由于串口速度有限，系統運行速度有限，ADAM4013模塊的采樣率也有限，所以設置串口采樣間隔一般不能小于50ms，否則會出現延時錯誤。其實對于溫度采集來說，20次/s的采樣率已經夠用，大的采樣率并無太大意義。

5 結束語

系統中沒有對溫度超過測溫范圍時情況的處理，可在系統改進中增加一個報警電路。將單片機的一個口與一個發光二極管相接，所測溫度超過規定溫度時，發光二極管點亮，提醒用戶。本系統由于進行了實時顯示和數據存儲的設計，便于直觀地觀察溫度變化和數據處理。本系統最大的特點就是容易實現，不需要數據采集卡，不需要硬件驅動程序，硬件連接方便，軟件編制也比較容易掌握，特別適合短期的測溫系統開發。

責任編輯：gt