基于單片機(jī)的溫度水位遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)

2．2．1水位測(cè)量
先用非對(duì)稱式多諧振蕩器電路把水位傳感器的阻值大小轉(zhuǎn)換為振蕩信號(hào)的頻率，再用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器測(cè)量信號(hào)的頻率來(lái)測(cè)量水位。如圖4所示，非對(duì)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]。可選用四個(gè)電阻相串聯(lián)，在電阻引線處引出5個(gè)水位探測(cè)電極，作為4水位測(cè)量傳感器。由于水有導(dǎo)電性，水位的變化引起水位探測(cè)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(hào)經(jīng)非門(mén)隔離后接單片機(jī)的引腳PB1，由Tmega16片內(nèi)16位計(jì)數(shù)器T1對(duì)振蕩信號(hào)的頻率f計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量水位高低。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)上述多諧振蕩器電路和參數(shù)，當(dāng)選用阻值分別為30、10、10、10 kΩ的4個(gè)電阻串聯(lián)組成測(cè)量水位傳感器時(shí)，振蕩信號(hào)的頻率f的值在60～415 Hz之間，用于水位測(cè)量，效果很好。

2．2．2溫度測(cè)量
四路測(cè)溫電路完全相同，選用NTC熱敏電阻器測(cè)溫傳感器，每一路都是用一個(gè)阻值固定的電阻(如R1)與一個(gè)熱敏電阻(如RT1)串聯(lián)，對(duì)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(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。在圖4中，四個(gè)熱敏電阻RT1～RT4上的電壓分別接到引腳AD0～AD3上。通過(guò)ATmega16內(nèi)置的多通道10位A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由程序讀取，分別用于測(cè)量?jī)?chǔ)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(yīng)速度快，能進(jìn)行精密溫度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是熱電特性非線性現(xiàn)象嚴(yán)重。如使用TG408503(25℃時(shí)，阻值50kΩ，B值4050K，玻璃封裝)NTC熱敏電阻，在0～99℃范圍內(nèi)，電阻的靈敏度約為8500～100Ω／℃。因此使用時(shí)一般要進(jìn)行線性補(bǔ)償。通過(guò)計(jì)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(shí)，測(cè)溫精度可達(dá)±1℃。
2．2．3 控制電路
從機(jī)通過(guò)PB0、PB2～PB4控制4路繼電器，分別用來(lái)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(jī)按“上水”鍵，主機(jī)將把信號(hào)發(fā)給從機(jī)，從機(jī)再將PB4置高，啟動(dòng)手動(dòng)上水，再次按“上水”鍵，程序使PB4輸出低電平口，手動(dòng)關(guān)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(shè)計(jì)
測(cè)控系統(tǒng)的程序用C語(yǔ)言編寫(xiě)，程序并不復(fù)雜，主要包含有LCD顯示，RS-485通信，行列鍵盤(pán)輸入，A／D數(shù)據(jù)處理，繼電器控制等幾個(gè)程序模塊。在該設(shè)計(jì)中雖然只是雙機(jī)通信，但是為了將來(lái)擴(kuò)展的需要，通信采用輪詢方式。首先主機(jī)發(fā)送指令，從機(jī)接收指令，根據(jù)指令，判斷執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)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(shè)置參數(shù)，02為手動(dòng)指令傳輸。485通信流程如下：主機(jī)隔
50 ms發(fā)查詢幀一>從機(jī)返回傳感器數(shù)值數(shù)據(jù)幀；設(shè)置參數(shù)、狀態(tài)等：主機(jī)發(fā)設(shè)置參數(shù)幀，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)20 ms一>從機(jī)返回設(shè)置確認(rèn)幀；若在定時(shí)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到從機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)，則重新發(fā)送，一直等到從機(jī)返回正確數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論
太陽(yáng)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(chǎng)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(jī)和從機(jī)之間通信距離可達(dá)1 km以上。系統(tǒng)采用NTC熱敏電阻和A／D轉(zhuǎn)換測(cè)溫的方案，電路簡(jiǎn)單，能滿足太陽(yáng)能集熱熱水工程中多路測(cè)溫的精度要求。用非對(duì)稱多諧振蕩器電路測(cè)量水位的辦法，水位傳感器制作容易，成本低，可以實(shí)現(xiàn)水位的可靠測(cè)量。本系統(tǒng)功能實(shí)用，人機(jī)對(duì)話界面直觀，操作簡(jiǎn)便，測(cè)控可靠，較好地解決了太陽(yáng)能熱水工程或其它一些場(chǎng)合對(duì)水位、溫度的遠(yuǎn)距離測(cè)控的問(wèn)題。