1 系统功能及特点

    本系统用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、体积小、功耗低、使用电子元件较少,内部配线少,成本低,制造、安装、调试及维修方便。该系统中单片机作为下位机,完成测温任务,测量结果可在本地显示,也可通过下位机与上位机(PC机)通讯,给出结果和提示信息。而上位机与下位机大多是通过PC机的RS-232串行接口实现通信。Visual BasIC是可视化面向对象的采用事件驱动技术的结构化程序设计语言,本系统上位机是在Windows环境下利用Visual basic开发微机通信程序。

    2 系统基本原理

    系统结构如图1所示，其中，计算机要求能够运行Windows98或更高版本)操作系统和开发环境VB6.0，具有标准的RS232串口，主要功能为数据采集处理和系统控制，是人机交互的平台。

    现场温度采集点共有4路,采用AD590采集温度送到单片机的A/D转换器转入端,测量范围最大值为50度,单片机定时采集温度信号，并按串行通信协议打包构成数据帧。在微机中采用VB6.0编程，并选用MSCOMM控件进行串行口通讯。MSComm控件是MicroSOFt提供的扩展控件,用于支持VB程序对串口的访问,同时支持查询方法和事件驱动通讯的机制。事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方法,特别适合Windows程序的编写。因此用其实现微机串口的数据通讯相当简单,以很少的程序代码就可以轻松实现串口的访问和数据通讯。

    3 硬件设计

    3.1 测量电路设计

    AD590将温度转换成相应的电流后，需要有电流电压转换电路(如图2)，其中电容C起滤波作用。该电路中，考虑到测温范围是0度—50度，而ADC0809输出电压范围为0-5V，故电阻R2取3.3千欧，R3取15千欧，其中R2是滑动变阻器，精度高于R3，电阻R4取100，R5取50千欧，R4是滑动变阻器，精度高于R5，电阻R6取33千欧。运放是温度电压变换电路，为了测试方便，设计时将0度时的输出电压定为0V，每升高一度输出电压上升100mV，与电压之间的关系为：U=K(T-T0)V式中，K为比例系数，K=0.98V/度，T为环境温度，单位为度，T0—测温下限0度。当T=+50度和T=0度时，变换电路输出电压上限为Umax=5V,电压下限为Umin=0V,实现的办法是:首先调整R2，使得I1=273.2uA，当温度为0度时，通过AD590的电流I2=273.2uA，此时I3=0uA，R4、R5上无压降，即输出电压为0V；当环境温度为50度时，流过AD590的电流为323.2uA，此时,I3=I2-I1=50uA，调整R4，使R4+R5=98千欧，有(R4+R5)*I3=4.9V。同样，可以计算出其余各温度所对应的输出电压。

      3.2 模数转换接口电路设计

      本系统以89C51芯片作为主芯片,管理和控制整个系统。该芯片集成度高,兼容8051单处机,不同的是片内有4KB的ROM,为PEROM(FLASH存储器)。A/D转换器的种类很多,目前应用较广泛的有:逐次逼近式A/D转换双积分式A/D转换器、V/F变换式A/D转换器。本系统所使用的单片机89C51是8位,因此采用8位A/D转换器,其接口电路简单。绝大部分集成A/D转换器的数据输出都具有TTL电平,数据输出寄存器具有可控三态输出功能,可直接挂在数据总线上,否则,就要加缓冲器接口,数据分两次读出,比较麻烦。根据系统所要求的测量分辨力,采用8位A/D转换器时,其分辨力为50/250=0.2,已经高于规定值。温度是一个缓慢变化的物理量,测量它时不需要高速A/D转换器,通道上也不需要加采样保持器。逐次逼近型A/D转换器属于中速A/D转换器,常用于工业多通道单片机控制系统。基于以上原因,本系统采用ADC0809作为模数转换器。其结构框图如图3。该芯片是8位逐次比较式A/D转换芯片,具有地址锁存控制的8路模拟开关,最大非线性误差小于+1LSB,应用单一+5V电源,其模拟量输入电压的范围为0 +5V,对应的数字量输出为00H FFH,可锁存三态输出,输出与TTL兼容,功耗为15mW,转换时间为100 S,无需调零或调整满量程。有28个引脚,其中:IN0、IN1、IN2、…、IN7接8路模拟量输入；AD-DA、ADDB、ADDC接地址线,用以选定8路输入中的一路。

    该系统中ADDC接地,AD-DA、ADDB分别接89C51的P3.3和P3.4,构成4路输入;ALE是地址锁存允许,START是芯片的起动引脚,其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换,一起接入P3.7;EOC是转换结束信号,与P362相接,向单片机申请中断；OE是输出允许端,直接接+5V；CLK是时钟端,因芯片的时钟频率最高只工作于640KHz,故通常由单片机的ALE经分频后接向该引脚；DB0 DB7是数字量输出,与PO相接，LSB表示最低位,MSB表示最高位。

    3.3 串行接口电路设计

    下位机(单片机)通过串行口(RXD和TXD)与上位机(PC机)进行异步通信,采用RS—232标准接口。RS—232规定了自己的电气标准,而此标准并不能满足TTL电平(MCS—51单片机串行口电平为TTL电平)传送要求。因此当RS232电平与TTL电平接口时,必须进行电平转换。目前RS232与TTL的电平转换最常用的芯片是传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489,其作用除了电平转换外,还实现正负逻辑电平的转换。

    4 软件设计

    系统软件主要是用VB6.0对RS232串口编程。实现硬件之间的通讯。MSComm是Microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的ActiveX控件。ActiveX控件包括一系列的属性、方法和事件，应用程序通过ActiveX控件提供的接口来访问控件的功能。通信控件把许多复杂的操作都留给了VB和Windows处理，编程人员编程时只需设置其中的一些属性。

    系统的关键代码如下:

Coast CMDconfig = "%0101210600" ’设置端口命令字符，0--100度，科学单位
Coast CMDdataInl = "#O1" ‘读串口1数据命令字符
Coast CMDdataIn2 = "#02" ‘读串口2数据命令字符
Coast CMDSPanCalibration = "$010" ‘校准命令字符
Coast CMDoffsetCalibration = "$011" ‘偏移量校准命令字符
Coast CMDconfigStatus = "$012"‘读端口信息命令字符
Coast CMDmoduleName = "$OlM"‘读模块名命令字符
Private Sub CmdStart_onClick( )‘开始命令子程序
    MSComml.CommPor = COMnum‘设置申口号
    If MSComml.PortOpen = False Then‘打开串口
        MSComml.PorOpen = True
    End If
    If COMnum = 1 Then
          CMDdataln = CMIMataInl
      Else
          CMDdataln = CMDdataIn2
      End If
    MSComml.Outpu t= CStr(CMDdataIn)&vbCr‘发出读数命令
      TimeDelay 500‘延时500 ms
      Picturel.CurrentX = 0‘绘制曲线坐标起点
      Picturel. CurrentY = temperature
    Timer1.EnabLED = True‘开始计时
End Sub
Private Sub MSComml_OnComm( ) ‘事件响应子程序
  Select Case MSComml.CommEvent‘判断MSComml通讯事件
      Case comEvReceive‘收到Rthreshold个字节产生的接收事件
        MSComml.RThreshold = 0‘关闭OnComm事件接收
        TimeDelay 20‘延时20ms
    temperatureShow = Right(MSComml.Input.7) ‘读取第一个数据字节(BCD码高位字节)
        temperature = VaI(temperature5how ) ‘数值组合，标定小数点
        MSComml.Output = CStr(CMDdataIn)&vbCr‘发送读命令
        MSComml.InBufferCount = 0‘清空缓存
        MSComml.RThreshold = 1‘关闭OnComm事件接收
      Case comEventBreak‘收到Break
…
      Case Else
  End Select
End Sub

    系统时钟最小可以设为1ms，在使用中需要注意，由于串口速度有限，系统运行速度有限，ADAM4013模块的采样率也有限，所以设置串口采样间隔一般不能小于50ms，否则会出现延时错误。其实对于温度采集来说，20次/s的采样率已经够用，大的采样率并无太大意义。

    5 结束语

    系统中没有对温度超过测温范围时情况的处理,可在系统改进中增加一个报警电路。将单片机的一个口与一个发光二极管相接,所测温度超过规定温度时,发光二极管点亮,提醒用户。本系统由于进行了实时显示和数据存储的设计，便于直观地观察温度变化和数据处理。本系统最大的特点就是容易实现，不需要数据采集卡，不需要硬件驱动程序，硬件连接方便，软件编制也比较容易掌握，特别适合短期的测温系统开发。