基于單片機(jī)的溫度水位遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
遠(yuǎn)距離溫度和水位測控系統(tǒng)用于選擇功能，設(shè)置參數(shù)，測量和顯示太陽能熱水工程儲水箱中的水溫和水位、集熱器的溫度、溫差循環(huán)管道溫度和出水溫度，控制上水、溫差循環(huán)換能、輔助電加熱、管道防凍等。系統(tǒng)主要由主機(jī)、從機(jī)、溫度和水位傳感器及電氣控制部分組成，遠(yuǎn)程溫度和水位測控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主機(jī)以ATmega16單片機(jī)為控制芯片，通過RS-485與從機(jī)通信，完成基本功能設(shè)置，用LCD顯示工作狀態(tài)、水位、多路溫度等數(shù)據(jù)，并把設(shè)置的參數(shù)和控制信息傳送給從機(jī)。從機(jī)也是以ATmega16為控制芯片，主要負(fù)責(zé)完成水位、溫度等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和電氣控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
ATmega16單片機(jī)內(nèi)置10位A／D模塊，可直接實(shí)現(xiàn)多達(dá)8個(gè)通道模擬信號的A／D轉(zhuǎn)換輸入，有兩個(gè)8位和一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，帶有512的E2PROM，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電保護(hù)，ATmega16還帶有串行接口，可以接485轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)RS-485通信。

．1 主機(jī)電路
主機(jī)的主要功能是接收從機(jī)采集的儲水箱水位、4路溫度數(shù)據(jù)、在128x64的液晶上顯示水位、溫度和工作狀態(tài)。主機(jī)的另外一個(gè)功能是完成參數(shù)的設(shè)置，然后把設(shè)置的參數(shù)發(fā)送給從機(jī)。圖2是主機(jī)的電路圖，其主要由RS-485通信、鍵盤輸入和LCD顯示等幾個(gè)部分組成。

2．1．1RS-485通信
RS-485總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于樓宇控制、監(jiān)控報(bào)警等領(lǐng)域。但RS-485總線存在自適應(yīng)、自保護(hù)功能差等缺點(diǎn)，如一些細(xì)節(jié)處理不好，常會出現(xiàn)通信失敗等故障，因此提高RS-485總線的可靠性十分重要。在該電路中使用的接口芯片MAX485是Maxim公司的一種RS-485芯片，采用單+5 V電源工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通訊方式，它的結(jié)構(gòu)和引腳簡單，內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動器和接收器。RO和DI端分別是接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別是接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)，當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳PD2控制這兩個(gè)引腳即可。A端和B端分別是接收和發(fā)送的差分信號端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1，當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻R9，一般可選120 Ω的電阻。在圖2中使用四位一體的光電耦合器TLP521讓單片機(jī)與MAX485之間實(shí)現(xiàn)了完全的電隔離，消除了相互干擾，提高了電路的可靠性。
2．1．2 鍵盤輸入和輸出顯示電路
液晶顯示選用的OCM128x64是128x64點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可顯示四行漢字，滿足本設(shè)計(jì)的要求，可與單片機(jī)直接接口，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線。鍵盤輸入和顯示輸出電路如圖2中所示，LCD與單片機(jī)的連接使用數(shù)據(jù)串行輸入方法，數(shù)據(jù)通過PA7和LCD串行輸入端輸入，PA4、PA5為片選信號，PA6為讀寫使能信號。輸入按鍵為8個(gè)，用2x4鍵盤接PC0～PC5實(shí)現(xiàn)。