【摘要】温度是工业对象中的主要被控参数之一，本文介绍了多点温度检测控制系统，基于高性能的加强型8位MCS-51系列单片机AT89C51RC，采用数字温度传感器DS18B20进行单总线式多点测温，具有一定的智能化，既可进行现场自动控制，也可通过全双工RS-232通信接口实现联网通信，以便于对参数进行设置及获得更高点数的控制。同时为了现场及远程调试的方便，本系统还具有手动、自动切换功能，现场设置有一个小键盘，可方便进行各种参数的输入处理，系统能够同时控制8路设备的加热或降温。
【关键词】多路测控仪；在线实时控制；串行通信；Proteus；单片机
自二十世纪七十年代单片机问世以来，以其具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠的特点，在智能仪表、家用电器和实时工业控制等控制应用领域得到广泛应用。特别是单片机在线控制应用，不仅仅限于其广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的还在于从根本上改变着传统控制系统设计思想和设计方法。随着社会经济的发展，我国的传统农业也向设施农业转变，温室大棚也向着自动化、智能化转变。本文以温室大棚的温度检测控制为研究对象，实现8点温度监测、温度范围为-30℃～+128℃的可调可控，同时可选择手动或自动操作来进行现场或远程在线的实时测控及8点设备的加热或降温，以达到温度适宜、均匀。
一、总体设计方案的选择
1.系统的总体结构框图（见图1）
2.功能主件的选择
1）AT89C51RC单片机
如图2，该微处理器采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容80C51和80C52芯片，32k Bytes Flash只读程序存储器（ROM），512 Bytes内部数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，内置时钟振荡器及可反复擦写1000次的常规烧写的Flash存储器；AT89C51RC单片机功能强大，开发成本低，可为多种高性能低价位的系统控制开发应用提供保障。
2）DS18B20可组网数字温度传感器
DS18B20（图3）的温度检测与数字数据输出集成在一个芯片之上，内有64位激光ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL等三个主要数字部件，封装形如一只三极管，三个端口分别为地线GND、单数据总线DQ、电源电压VDD，每一个DS18B20固化了一个唯一的64位序列号，外围电路简单，易识别控制，抗干扰力强，测温范围从-55℃到+125℃，精度可达0.5℃，广泛应用于温度测控工作系统中。本文设计开发的温度与输出数据对应关系如表1。
3）I2C总线及AT24C02C传送信息通道
I2C总线是通过SDA（串行数据）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息的二线制总线，数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，在快速方式下，最高传送速率可达400kbit/s；SDA和SCL均为双向I/O线，和AT24C02C存储器协同完成上位机（远程计算机）与现场控制系统的数据传送，实现总线上的每一个器件既是主器件（发送器）又是从器件（接收器），主器件用于启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件，经程序指令被寻址的器件均被认为是从器件，AT24C02C内部地址分配见表2。
4）R232
R232是串行通信接口标准，其电器接口是单端的、双极性电源供电电路，传送速率最高为19.2kbps，最大距离为15m。
二、控制系统程序软件设计及调试
系统控制软件采用MCS-51汇编语言设计编写，控制程序采用模块化结构设计，主要分数据采集、数据处理、数据显示和实时控制四部分，如图4。
系统在进入主程序前，对系统进行初始化，清除存储芯片里无用的信息，为保证信息的传输速率和准确性，采用4800bps作为波特率，用AT89C51RC中的定时器2作为波特率发生器；其余两个定时器用作超限报警输出和测温值信息传送。
按键中断的设计是整个设计过程的重点，采用4×4矩阵小键盘和专用的键盘电路实现中断触发，来完成如参数修改、现场控制、现场调试等各项功能操作。
本设计特增加了手动控制继电器功能，可以方便地开启或关闭任意一个继电器，便于现场调试或检查维修。
控制系统的调试：利用Keil uVision3软件开发平台和Proteus系统设计仿真平台来完成系统的软硬件的调试。uVision3集C编译器、宏汇编程序、连接/定位器、HEX文件生成器于一体；Proteus设有原理图输入系统ISIS、带扩展的（下转第159页）（上接第116页）ProSpice混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块和处理器虚拟系统仿真模型VSM，VSM CPU模型能完整仿真I/O口、中断、定时器、通用外设口等信息，通过对整个系统进行远程在线控制仿真和现场仿真等调试，控制系统能完成如下功能：
（1）8点温度实时检测，并传输给上位机。
（2）现场能够用LCD（20×2）实时显示各点测量温度值以及上、下限报警值。
（3）现场可通过键盘直接修改各种参数值。
（4）远程控制通过RS-232串口修改现场的各种参数。
（5）能够远程控制现场的8路加热和8路降温设备。
（6）能够进行现场调试、更换温度传感器（DS18B20）和存储设备（AT24C02）。
（7）能够进行远程和现场的手动和自动控制，并具有手动和自动切换功能。
（8）提供现场报警功能以及远程报警功能，并能进行自保护。
（9）要求尽量降低功耗。
三、结论
单个控制器可以实现8组16点加热（降温）器的控制，通过RS-232与上位机通信，可以实现多通道温度的控制，该控制系统有以下优点：
1.温度控制精度高，响应较快
现场自控控制可以实现±1℃的控制精度，远程在线实时控制采用模糊控制算法，控制精度为±0.5℃。
2.参数设置方便
可以通过现场小键盘或者通过与上位机的实时通信可对诸如设定温度、上/下限温度、存储芯片的内容、输出继电器的开合、存储芯片的擦写与更新以及现场轮流显示各点温度值等进行实时操作。
3.操作简便
参数设置完成后控制自动进行，并可以在上位机的显示中观察到各点的实时温度。
4.系统扩展方便
通过升级到RS-485网络可以实现几十甚至上百点的温度控制，适用于复杂机器及多台机器的集中控制。
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