利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多路溫度測量

　　在孵化設(shè)備的科研過程中，常常用多路溫度測試儀來對孵化機(jī)器內(nèi)部的溫度場進(jìn)行測量，而我們以前用的多路溫度測試儀是用兩片16選1的模擬開關(guān)來完成對32路溫度的測量, 溫度的采樣時間受模擬開關(guān)開通關(guān)斷時間的限制，開關(guān)信號對溫度采樣也造成了一定的干擾。在實(shí)際使用過程中還常受到溫度采樣路數(shù)(如8路、20路、64路、70路，128路等)的限制，為能更靈活的應(yīng)用該多路溫度測試儀，我們采用了主從機(jī)RS-485通訊的模式來完成多路溫度的測量。每個從機(jī)采樣8路溫度并作為一個模塊，每個從機(jī)有獨(dú)立的地址，這樣我們就可以在主機(jī)通訊負(fù)載能力范圍內(nèi)靈活的配置從機(jī)模塊的數(shù)量，并且能提高溫度采集的及時性和準(zhǔn)確性，為科研實(shí)驗(yàn)提供便利工具。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　總線式主從機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

　　主機(jī)我們采用Atmel公司的高性能8位處理器ATMEG128L-8AI，該芯片具有128k的ISP-FLASH、4k的EEPROM、4k的SRAM，該芯片容量大、可重復(fù)在系統(tǒng)編程、指令豐富并且執(zhí)行速度快。

　　主機(jī)主要完成以下功能：從機(jī)地址識別、與從機(jī)的通訊、實(shí)時溫度顯示、按鍵處理、溫度軟校準(zhǔn)以及從機(jī)擴(kuò)張選擇，主機(jī)功能框圖如圖2。實(shí)時溫度顯示采用19264單色點(diǎn)陣液晶，該液晶沒有背光時仍能正常查看，只是為了在夜間查看，我們增加了液晶背光功能。溫度軟校準(zhǔn)功能是為了保證多路溫度測量的準(zhǔn)確性，消除系統(tǒng)誤差。在實(shí)際測量過程中，很難保證用來測量的不同的溫度探頭的一致性，電路結(jié)構(gòu)、探頭線長度、以及每個溫度傳感元件本身的不一致性都最終影響溫度測量的準(zhǔn)確性。為了方便校準(zhǔn)，我們可利用軟件對單個溫度探頭或全部溫度探頭進(jìn)行軟件校準(zhǔn)。這樣盡量減小各個溫度探頭的不一致而帶來的測量差值。為保證主機(jī)的可靠工作，在電路中還增加了處理器監(jiān)控芯片MAX706，用來監(jiān)控電源電壓和系統(tǒng)是否正常工作，否則發(fā)出復(fù)位信號使系統(tǒng)恢復(fù)正常。從機(jī)擴(kuò)展功能主要是用來選擇從機(jī)模塊的數(shù)量，如果從機(jī)數(shù)量為1，則在該功能選項(xiàng)中選擇“1路采樣模塊”，依次類推，考慮到實(shí)際應(yīng)用過程中對溫度探頭數(shù)量的要求，本系統(tǒng)中最大的從機(jī)模塊配置數(shù)量為8，也就是最多可以測量64路溫度信號。

　　從機(jī)采用Atmel公司的ATMEG16L-8AI作為處理器，該芯片具有16k的ISP-FLASH、512B的EEPROM、1k的SRAM，該芯片同樣可以在系統(tǒng)編程，該芯片具有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)采樣的基準(zhǔn)電壓為5V時，系統(tǒng)的采樣精度可達(dá)到5毫伏每字，即基準(zhǔn)電壓變化5毫伏，采樣的數(shù)字量變化1個字。

　　從機(jī)模塊主要完成8路溫度采樣、與主機(jī)的通訊、硬件地址編碼，從機(jī)功能框圖如圖3。每個從機(jī)模塊有個地址編碼跳線器，由硬件完成對該模塊的地址編碼。這樣在擴(kuò)張時，將每個模塊的地址唯一確定，不會由于通訊地址的重復(fù)造成通訊的不成功。我們采用的RS-485芯片最多可以負(fù)載32個從機(jī)模塊，RS-485芯片采用Maxim公司的MAX483CPA。不同的RS-485芯片，其負(fù)載能力不同，有的RS-485芯片如MAX487可以帶120個負(fù)載，MAX1487能夠?qū)⒇?fù)載數(shù)量擴(kuò)大到230個。

　　RS-485串行通訊

　　在工程實(shí)踐當(dāng)中，多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎每偩€方式，傳送數(shù)據(jù)采用主從機(jī)結(jié)構(gòu)的方法。

　　RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果以10kb/s速率傳輸數(shù)據(jù)時傳輸距離可達(dá)12m，而用100kb/s時傳輸距離可達(dá)1.2km。如果降低波特率，傳輸距離還可進(jìn)一步提高。本系統(tǒng)的波特率設(shè)置為2400b/s。