基于單片機的溫度水位遠程測控系統(tǒng)

2．2．1水位測量
先用非對稱式多諧振蕩器電路把水位傳感器的阻值大小轉換為振蕩信號的頻率，再用單片機內部的計數(shù)器測量信號的頻率來測量水位。如圖4所示，非對稱式多諧振蕩器電路由74HC04、C1、R5～R7和水位傳感器的電阻Rw組成。該振蕩器的振蕩頻率為f=1／[2．2(R5+R6+Rw)C1]?？蛇x用四個電阻相串聯(lián)，在電阻引線處引出5個水位探測電極，作為4水位測量傳感器。由于水有導電性，水位的變化引起水位探測電極間的短路，改變水位傳感器的電阻Rw的阻值，使振蕩頻率f發(fā)生變化。該振蕩信號經非門隔離后接單片機的引腳PB1，由Tmega16片內16位計數(shù)器T1對振蕩信號的頻率f計數(shù)來測量水位高低。通過大量實驗，對上述多諧振蕩器電路和參數(shù)，當選用阻值分別為30、10、10、10 kΩ的4個電阻串聯(lián)組成測量水位傳感器時，振蕩信號的頻率f的值在60～415 Hz之間，用于水位測量，效果很好。

2．2．2溫度測量
四路測溫電路完全相同，選用NTC熱敏電阻器測溫傳感器，每一路都是用一個阻值固定的電阻(如R1)與一個熱敏電阻(如RT1)串聯(lián)，對5 V電源電壓分壓，利用熱敏電阻上的壓降隨溫度變化而變化實現(xiàn)溫度的測量。在圖4中，四個熱敏電阻RT1～RT4上的電壓分別接到引腳AD0～AD3上。通過ATmega16內置的多通道10位A／D轉換器轉換為數(shù)字信號后由程序讀取，分別用于測量儲水箱水溫、集熱器溫度、溫差循環(huán)管道溫度和供水溫度。NTC熱敏電阻具有電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，體積小，響應速度快，能進行精密溫度測量的優(yōu)點，缺點是熱電特性非線性現(xiàn)象嚴重。如使用TG408503(25℃時，阻值50kΩ，B值4050K，玻璃封裝)NTC熱敏電阻，在0～99℃范圍內，電阻的靈敏度約為8500～100Ω／℃。因此使用時一般要進行線性補償。通過計算和分析，在RT1～RT4選用玻璃封裝。精度為50 kΩ±0．5％，B值為4 050K±1％的NTC熱敏電阻，電阻R1～R4選用精度為20 kΩ±0．5％的金屬膜電阻時，測溫精度可達±1℃。
2．2．3 控制電路
從機通過PB0、PB2～PB4控制4路繼電器，分別用來控制溫差循環(huán)泵、輔助電加熱、防凍電伴熱帶、上水電磁閥等。如在主機按“上水”鍵，主機將把信號發(fā)給從機，從機再將PB4置高，啟動手動上水，再次按“上水”鍵，程序使PB4輸出低電平口，手動關閉上水。其它功能和“上水”，基本相同。在PB0、PB2～PB4與繼電器之間加入光電耦合器TLP521，用于隔離繼電器的干擾。

3系統(tǒng)軟件設計
測控系統(tǒng)的程序用C語言編寫，程序并不復雜，主要包含有LCD顯示，RS-485通信，行列鍵盤輸入，A／D數(shù)據(jù)處理，繼電器控制等幾個程序模塊。在該設計中雖然只是雙機通信，但是為了將來擴展的需要，通信采用輪詢方式。首先主機發(fā)送指令，從機接收指令，根據(jù)指令，判斷執(zhí)行相應動作。指令總共3種，所以用兩位二值代碼，代碼有：00為查詢，01為設置參數(shù)，02為手動指令傳輸。485通信流程如下：主機隔
50 ms發(fā)查詢幀一>從機返回傳感器數(shù)值數(shù)據(jù)幀；設置參數(shù)、狀態(tài)等：主機發(fā)設置參數(shù)幀，啟動定時器定時20 ms一>從機返回設置確認幀；若在定時時間內沒有收到從機返回數(shù)據(jù)，則重新發(fā)送，一直等到從機返回正確數(shù)據(jù)。

4 結論
太陽能集熱熱水工程現(xiàn)已大量安裝于工廠、賓館、居民樓等需要提供大量熱水的場所，與其配套使用的控制系統(tǒng)是不可缺少的部分。本系統(tǒng)以ATmega16為控制芯片，使用RS-485通信，主機和從機之間通信距離可達1 km以上。系統(tǒng)采用NTC熱敏電阻和A／D轉換測溫的方案，電路簡單，能滿足太陽能集熱熱水工程中多路測溫的精度要求。用非對稱多諧振蕩器電路測量水位的辦法，水位傳感器制作容易，成本低，可以實現(xiàn)水位的可靠測量。本系統(tǒng)功能實用，人機對話界面直觀，操作簡便，測控可靠，較好地解決了太陽能熱水工程或其它一些場合對水位、溫度的遠距離測控的問題。