電池溫度智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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1．2 DS18B20的控制時(shí)序
DS18B20與微處理器間采用的是串行數(shù)據(jù)傳送，在對其進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。DS18B20控制時(shí)序主要包括初始化時(shí)序、讀操作時(shí)序和寫操作時(shí)序，如圖2所示。
(1)初始化時(shí)序。時(shí)序見圖2(a)，主機(jī)總線t0時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480μs的低電平信號)接著在t1時(shí)刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測到總線的上升沿之后等待15～60μs，接著DS18B20在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60～240 μs)，如圖中虛線所示。
(2)寫操作時(shí)序。當(dāng)主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，就產(chǎn)生寫時(shí)間隙。從t0時(shí)刻開始15μs之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DS18B20在t0后15～60μs間對總線采樣，若低電平寫入的位是0，若高電平寫入的位是1，連續(xù)寫2位的間隙應(yīng)大于1 μs，見圖2(b)。
(3)讀操作時(shí)序。當(dāng)主機(jī)總線t0。時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線只需保持低電平6～10μs之后，在t1時(shí)刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時(shí)間隙，讀時(shí)間隙在t1時(shí)刻后到t2時(shí)刻前有效，t2～t0為15μs，也就是說，在t2時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位，并在t0后的60～120μs內(nèi)釋放總線，見圖2(c)。
2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、主控單元和上位機(jī)等3部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)分布在蓄電池組的各個(gè)單體電池上，采集各單體電池的溫度信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給主控單元；主控單元與所有監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，接收上位機(jī)的命令和來自監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的溫度信息，并將溫度信息上報(bào)上位機(jī)；上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示蓄電池的溫度信息，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)設(shè)定的報(bào)警門限啟動(dòng)告警程序，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常電池。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/178358.htm
2．1 溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的功能是完成對單體電池的溫度信息采集、處理和無線數(shù)據(jù)傳輸。采用單片機(jī)控制無線收發(fā)芯片nRF2401和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)溫度的智能測量，主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、溫度采集電路、無線收發(fā)電路、顯示電路、告警電路和電源等組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
DS18B20測溫電路如圖1所示，用熱傳導(dǎo)的粘合劑將DS18B20粘附在蓄電池的表明，管芯溫度與表面溫度之差大約在0．2℃之內(nèi)。利用nRF2401無線收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)無線傳輸，nRF2401是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片，工作頻率范圍為全球開放的2．4 GHz頻段。它內(nèi)置了先入先出堆棧區(qū)、地址解碼器、解調(diào)處理器、GFSK濾波器、時(shí)鐘處理器、頻率合成器，低噪聲放大器、功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，使用起來非常方便。在本系統(tǒng)中nRf2401通過P2口與單片機(jī)進(jìn)行通信，AT89S51的P2．0和P2．1口分別與nRF2401的CLK1，DATA相連接。nRf2401的CS是片選端，CE是發(fā)送或接收控制端，PWR_UP是電源控制端，分別由單片機(jī)的P2．3，P2．4和P2．5引腳控制。nRF2401的DR1為高時(shí)表明在接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，接單片機(jī)的P2．2。
由于nRF2401的供電電壓范圍為1．9～3．6 V，而AT89S51單片機(jī)的供電電壓是5 V，為了使芯片正常工作，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和分壓處理，設(shè)計(jì)采用MAXIM公司的MAX884芯片進(jìn)行5 V到3．3 V電平轉(zhuǎn)換，如圖5所示。
2．2 主控單元設(shè)計(jì)
主控單元和監(jiān)測節(jié)點(diǎn)組成無線網(wǎng)路，通過主控單元實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)通信。主控單元的基本結(jié)構(gòu)和監(jiān)測單元類似，主要由單片機(jī)系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、顯示電路、串行通信電路及電源等組成。
串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含2個(gè)基于RS 232的串口，PC的串行口是RS 232C電平，而單片機(jī)的串行口是TTL電平，兩者之間通過串口通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)運(yùn)用MAX232A芯片完成單片機(jī)與PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，硬件連接電路如圖6所示。
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