基于單片機和FPGA的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)
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溫度對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防事業(yè)均有不同程度的影響。電力設備的故障有多種多樣，但大多數(shù)都伴有發(fā)熱的現(xiàn)象，一次事故損失巨大；紡織、食品、煙草等工業(yè)中，溫度過高容易使產(chǎn)品變質，電子儀器也容易出故障；溫室栽培和工業(yè)生產(chǎn)中，若不控制溫度，將嚴重影響產(chǎn)量和質量。還有很多領域的溫度可能較高或較低，人無法靠近或現(xiàn)場無需人力來監(jiān)控。傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長，不能實時監(jiān)測，而且測量員必須到現(xiàn)場進行測量和啟動功率設備來調整溫度，工作效率非常低，且不便于管理。為此設計了這套遠程測控系統(tǒng)，坐在辦公室里就可以對現(xiàn)場進行監(jiān)控，又方便又節(jié)省人力。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/173754.htm1 系統(tǒng)的總體設計
本設計是基于單片機和NiosⅡ軟核的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用Dallas單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)，打破了傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶再通過A／D轉換采集溫度的思路。用Atmel公司的FLASH單片機AT89S51對數(shù)字信號進行處理和控制，通過RS 232串口傳到以NiosⅡ構成的嵌入式處理機中對溫度進行監(jiān)視與報警。Nios II的嵌入式Web服務器使用戶可以通過IE瀏覽器瀏覽存儲在FLASH芯片中的網(wǎng)頁，由于CPU本身是以軟核的方式實現(xiàn)，其功能可根據(jù)需要進行定制，非常靈活。
2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設計
2.1 對DS18B20的簡單介紹和使用說明
DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS18B20都有惟一的產(chǎn)品號并可存入其ROM中，在構成大型溫度測控系統(tǒng)時單線上可掛多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出或寫入DS18B20信息僅需要一根口線，共讀寫及溫度變換的功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20能提供9位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟。測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。單片機控制DS18B20完成溫度的采集過程必須經(jīng)過初始化、寫操作、讀操作3個步驟，而且必須有嚴格的時間間隙。
2.2 NiosⅡ處理器的說明
Altera公司的NiosⅡ處理器是一種用戶可隨時配置和構建的32位指令集和數(shù)據(jù)通道的嵌入式系統(tǒng)微處理器IP核，采用Avalon總線結構通信接口，帶有增強的內(nèi)存調試和軟件功能。LWIP是一種專門針對嵌入式系統(tǒng)應用而設計的網(wǎng)絡通信協(xié)議，支持因特網(wǎng)信息控制協(xié)議(ICMP)，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)，動態(tài)主機分配協(xié)議(DHCP)，地址解析協(xié)議(ARP)以及對應用程序提供的標準Socket接口，因而可以完成傳統(tǒng)的TCP／IP協(xié)議的大部分功能，資源占用卻比TCP／IP協(xié)議小，所以非常適合以NiosⅡ處理器為核心的系統(tǒng)。基于以上考慮，嵌入式Web服務器以NiosⅡ處理器為核心，LWIP為網(wǎng)絡通信協(xié)議，實現(xiàn)簡單的網(wǎng)頁瀏覽功能。用戶可以通過網(wǎng)絡瀏覽存儲在FLASH中的網(wǎng)頁。
2.3 硬件電路設計說明
本系統(tǒng)硬件電路包括單片機溫度采集電路、電平轉換電路及基于NiosⅡ嵌入式上位機系統(tǒng)。
2.3.1 溫度采集電路
溫度采集電路主要由DS18B20和單片機構成，如圖2所示。系統(tǒng)以8051單片機(U1)作為核心；C1，C2和Y1組成時鐘電路，晶振為12 MHz；S1，C12和R3組成復位電路；U1的P1.0接一個發(fā)光二極管，用于程序執(zhí)行指示燈；R5為限流電阻；DQ接到8051的P2.1端；R1為信號和5 V電源之間的上拉電阻。
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