主頁(yè)（http://www.by236.com）：基于AT89S52單片機(jī)的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言
    計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，引發(fā)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控領(lǐng)域深刻的技術(shù)變革。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性方向發(fā)展將是技術(shù)發(fā)展的主要潮流。以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)，憑借其開(kāi)放性好、成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸率高等諸多優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。依靠以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，給辦公自動(dòng)化帶來(lái)很大的變革，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。本文以溫度控制為研究對(duì)象，以AT89S52單片機(jī)為核心，以ZNE-100T模塊為以太網(wǎng)接口，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)組成及原理
    基于AT89S52單片機(jī)的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路如圖l所示。

    系統(tǒng)工作原理：先由DSl8820單線數(shù)字溫度傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)，并把溫度信號(hào)直接以數(shù)字形式傳送給AT89S52單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)取得相應(yīng)的數(shù)值后經(jīng)主程序分析與設(shè)定值比較，根據(jù)實(shí)際情況輸出信號(hào)控制輸出電路各端口的電平，以驅(qū)動(dòng)外圍的控制電路工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的控制。同時(shí)單片機(jī)通過(guò)UART0串口連接到ZNE-100T，通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程通信。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)、溫度采集電路、顯示電路、告警電路、外圍控制電路和以太網(wǎng)接口模塊等。本系統(tǒng)AT89S52作為核心處理器。AT89S52是Atmel公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有8k字節(jié)的EPROM和256字節(jié)的RAM。具有ISP(在系統(tǒng)編程)功能。它具有靈活性高、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，該芯片在嵌入式控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)采用Dallas單線數(shù)字溫度傳感器DSl8820現(xiàn)場(chǎng)采集溫度數(shù)據(jù)，打破了傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶再通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換采集溫度的思路，用Atmel公司的Flash單片機(jī)AT89S52對(duì)數(shù)字進(jìn)行處理和控制，通過(guò)RS-232串口，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)傳到PC機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。利用AT89S52的ISP(在系統(tǒng)編程)功能，很方便地把編好的程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)中，并且調(diào)試、修改和升級(jí)很容易。本系統(tǒng)監(jiān)控的溫度范圍為0℃～+90℃，溫度值顯示的精度為0．0l，不但可以利用十進(jìn)制實(shí)時(shí)顯示溫度值，還可根據(jù)需要設(shè)置控制溫度的上、下限，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生告警指示。以下是各部分的電路功能：

(1)AT89S52單片機(jī)
    AT89S52是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理器，單片機(jī)首先把通過(guò)傳感器測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，如果大于或小于預(yù)先設(shè)置值，就輸出信號(hào)去控制加熱器的工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。AT89S52還負(fù)責(zé)液晶顯示、告警，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行通信等工作。

(2)溫度傳感器
    溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本文選用的是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DSl8820，它支持單總線接口，其內(nèi)部使用了在板(ON-BOARD)專(zhuān)利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。其測(cè)量溫度范圍為-55℃～+125℃，在一10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0．5C。溫度傳感器DSl8820采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以單總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品(世界上第一片支持單總線接口的DSl820溫度傳感器)不同，它支持3．0V～5．5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便，而且DSl8820價(jià)格更便宜，體積更小。DSl8820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有4部分：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其溫度檢測(cè)電路圖如圖2所示。DSl8820管腳GND為電源地，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端，VDO為外接供電電源接入端(用寄生電源方式時(shí)接地)。在本系統(tǒng)中用外接電源，DQ接到AT89852的P2．0端，Rl為信號(hào)和5V電源之間的上拉電阻。在實(shí)際中，若需要多點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，可在單總線上掛多個(gè)DSl8820。

    本系統(tǒng)是以爐溫作為溫度檢測(cè)對(duì)象，電阻爐的溫度變化范圍為30℃～150℃。系統(tǒng)設(shè)定溫度為35℃～80℃，溫度越限時(shí)產(chǎn)生告警。由于溫度變化慣性大，因此，系統(tǒng)選用固態(tài)繼電器作為溫控元件。固態(tài)繼電器是由固體元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，利用電子元件的開(kāi)關(guān)特點(diǎn)來(lái)控制電路的斷開(kāi)與接通，工作可靠、壽命長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)速度快，能實(shí)現(xiàn)較為理想的控溫較果。系統(tǒng)采用的固態(tài)繼電器是TOSHIBA的TSSl6J4lS。系統(tǒng)選用了PID調(diào)節(jié)器。當(dāng)電阻爐的溫度一旦越限，PID調(diào)節(jié)器使固態(tài)繼電器TSSl6J4lS接通或斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)控制加熱器，使電阻爐溫度被控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

(3)以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)的以太網(wǎng)功能是通過(guò)ZNE-100T模塊實(shí)現(xiàn)的。ZNE-100T是周立功公司開(kāi)發(fā)的一款嵌入式以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口模塊，它內(nèi)部集成了TCP／IP協(xié)議，配有32位ARM7CPU、16KB RAM、128KB FLASH和10M以太網(wǎng)接口，支持RS-232和RS-485接口，支持動(dòng)態(tài)或靜態(tài)獲取IP地址，有TCP Server，TCP Client，UDP，Real COM driver，Group Mode等多種工作方式，可使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器進(jìn)行配置，提供通用配置函數(shù)庫(kù)，方便用戶(hù)使用VC、VB、Delphi和C++Builder開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。由于ZNE一100T以太網(wǎng)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)串口設(shè)備和以太網(wǎng)設(shè)備之間數(shù)據(jù)的透明傳輸，利用它可以輕松完成嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能。ZNE-100T以太網(wǎng)模塊的波特率、開(kāi)始位、停止位以及工作方式通過(guò)配置軟件來(lái)設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，設(shè)置其波特率為9600b／s，開(kāi)始位為1位，停止位為1位，工作方式為T(mén)CP Sever。

    由于AT89S52單片機(jī)本身提供了一組全雙工串行傳輸口，由TXD引腳來(lái)傳送串行數(shù)據(jù)，而由RXD引腳來(lái)接收數(shù)據(jù)，可是其工作邏輯電平皆為T(mén)TL電平(0V，5V)。而ZNE-100T模塊配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，電平為(+12V，-12V)，二者的電氣規(guī)范不一致，因此要完成單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須對(duì)單片機(jī)輸出的TTL電平進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口通信。

(4)控制電路
    驅(qū)動(dòng)電路采用繼電器驅(qū)動(dòng)方式。通過(guò)控制繼電器在控制周期內(nèi)通斷的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的開(kāi)關(guān)控制。從而實(shí)現(xiàn)控制溫度。由單片機(jī)I／O口輸出的控制信號(hào)，經(jīng)NPN晶體管放大，驅(qū)動(dòng)繼電器工作。
(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)