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基于Matlab的一種小型溫度檢測系統(tǒng)的設計

作者: 時間:2010-01-02 來源:網(wǎng)絡 收藏

  1 前言

  溫度是表征環(huán)境的一個重要的參數(shù)。在工程領域,尤其像工程熱力學等,溫度檢測非常普遍,對溫度精確測量以便實時控制也顯得尤為重要。

  在控制系統(tǒng)中,上位機與下位機之間實現(xiàn)通信的方法和應用平臺很多。目前,以VB和VC開發(fā)的通信軟件較多,然而,這類軟件雖然功能完善,但是數(shù)據(jù)采集到計算機后要進行各種處理(例如濾波,系統(tǒng)辨識,曲線擬合等)就顯得不方便,編程比較復雜。具有強大的數(shù)據(jù)處理能力及功能豐富的工具箱,被廣泛的應用于信號處理、自動控制等領域[1]。它編程語言簡單易學,利用簡單的命令就可以代替復雜的代碼,極大地提高了開發(fā)效率。

  本實驗基于環(huán)境下設計了一個小型,下位機使用AT89S51單片機和DS18B20完成溫度數(shù)據(jù)采集,上位機在環(huán)境下,調(diào)用設備控制箱serial類操作RS-232串口,用串行通信方式交換數(shù)據(jù),進而借助Matlab對數(shù)據(jù)進行分析和處理,得到了溫度隨時間變化的函數(shù)解析式,同時介紹了基于Matlab環(huán)境下PC機與單片機串行通信的實時數(shù)據(jù)處理的實現(xiàn)方法。

  2 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

  
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

  的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。PC機串口與單片機USART口通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片相連,構(gòu)成一個主從式通信系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時,單片機對串口和DS18B20初始化,在讀取溫度的同時等待中斷。PC機通過調(diào)用Matlab設備控制工具箱中的serial類及相關函數(shù)來創(chuàng)建串口設備對象,并以讀寫文件的方式實現(xiàn)對PC機串行口的訪問,PC機通過Matlab向串行口發(fā)送特殊指令從而觸發(fā)單片機中斷系統(tǒng),單片機調(diào)用中斷服務例程,讀取即使溫度并將采集的數(shù)據(jù)通過串行口回送給PC機。此時,Matlab通過查詢的方式,實時接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù),并完成對數(shù)據(jù)的分析處理及圖形顯示。

  3 下位機部分

  下位機部分由AT89S51單片機和DS18B20溫度傳感器構(gòu)成,主要負責溫度數(shù)據(jù)的采集工作,并通過串行通信實時地將數(shù)據(jù)傳送到上位機進行處理,PC機與MUC串口通信技術相對而言已經(jīng)比較成熟。

  3.1串行通信協(xié)議

  串口通信協(xié)議SPCP(Serial Port Communication Protocol)設計思想是基于幀傳輸方式,在本實驗中,設定字符格式為1個起始位,8個數(shù)據(jù)位和一個停止位,無奇偶校驗,中間8位即為有效數(shù)據(jù),波特率設置為9600,為保證數(shù)據(jù)可靠傳輸,在傳送數(shù)據(jù)前通過握手建立連接,軟件握手協(xié)議規(guī)定如下:

  上位機發(fā)送握手信號0xff給下位機,下位機如果接受到上位機的信號為握手信號,則回送數(shù)據(jù)包給上位機,其中第一個數(shù)據(jù)為握手信號,以二個數(shù)據(jù)為溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù),此時,上位機如果接受到的第一個數(shù)據(jù)不是握手信號,則丟棄該數(shù)據(jù)包,若是,則表示握手成功,直接存儲第二個數(shù)據(jù)。

  3.2溫度數(shù)據(jù)采集(DS18B20)

  本系統(tǒng)中采用DALLAS生產(chǎn)的“一線總線”可編程數(shù)字化溫度傳感器DS18B20,與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊,在使用中不需要任何外圍元件,設計可用數(shù)據(jù)線供電,簡化系統(tǒng)的硬件,同時支持多點組網(wǎng)功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實現(xiàn)多點測溫,使用起來非常方便。盡管如此,DS18B20是以犧牲軟件資源換取硬件資源的,由于采用單總線數(shù)據(jù)出數(shù)方式,DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一根線完成,因此,對讀寫的操作時序要求非常嚴格。

  根據(jù)DTASHEET,對DS18B20的編程主要注意以下幾個方面:

  1,精確延時問題[2]:為了保證DS18B20的嚴格時序,可以將延時分為2種:10us以下的短延時和10us以上的長延時。短延時可以使用C51提供的內(nèi)部函數(shù)_nop_()來實現(xiàn),一個nop()函數(shù)相當于一條DJNZ匯編指令,約2us;長延時主要有15us,90us,270us,540us等,這些延時均為15us的整數(shù)倍,一次可以使用nop()函數(shù)編寫一個延時15us的函數(shù)delay15(n)。


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