基于单总线的冷库温度监控系统设计

摘要：单总线技术以其线路简单、硬件数量少、软件设计简单优势而有着无可比拟的应用前景。文中设计的冷库温度采集使用单总线器件DS18B20，通过单片机AT89C52对DS18B20进行温度数据采集，设计了温度检测电路和温度检测接口电路。本设计能检测不少于30个温度测量点，传输距离约1 200m。
关键词：单总线；冷库；温度检测；RS-485；AT89C52；DS18B20；delphi

    随着时代的进步，人们对冷藏、冷冻食品质量的要求在不断提高。而食品外观及营养成分的变化与冷藏、冷冻温度密切相关。不同的食品有其相应的最佳冷藏或冷冻温度；不同的保存时间则要求设置不同的保存温度。因此，研制一个切合实际需要的冷库温度监控系统显得十分必要。
    本文以单总线技术为基础，采用计算机串口、单总线和串口的协议转换芯片DS2480B、单总线数字化温度传感器DS18B20，设计了单总线温度检测网络。该系统能满足各类冷藏、冷冻食品的实际需要，节省电力和人力，并具有温度报警、数据存储、绘制动态和历史温度曲线、修改传感器数据等功能，能有效提高冷库运行效率，具有较高的实用价值。

1 冷库温度监控系统组成
    系统主要由DS18B20数字式温度传感器模块、单片机模块、RS-485传输总线模块、RS-485／RS-232转换接口模块、上位PC机显示和控制模块五个部分组成，如图1所示。温度数据由DS18B20采集后送入下位机AT89C52，变换成RS-485格式后用485总线进行远距离传送，上位机通过RS-232接口接收温度数据。控制信息也通过同一通道进行反向传送。

2 冷库温度采集系统硬件设计
2．1 冷库温度检测采集电路的设计
    AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程
Flash，相当的灵活有效。
    DS18B20采用直接VCC供电方式。电源电压和单片机电源相同。其中DS18B20采集到的数据经过一根数据线传输到单片机，单片机对DS18-B20进行的读／写操作也通过该引脚实现。由于设计需求每个冷库要放置5个温度测量点，所以一根单总线上接5个温度传感器，测出5个温度数据，由PC上位机软件部分求出平均值作为冷库的温度。如图2所示。

2．2 RS-485总线及其与单片机的接口电路的设计
    在下位单片机和上位PC机之间加入了485总线，在单片机系统中使用MAX485芯片，完成单片机TTL电平到RS-485电平之间的转换。在总线
末端接一个匹配电阻。吸收总线上的反射信号，使得正常传输信号无毛刺。只要在RS-485总线上同时并联上多个冷库温度测量系统电路，就能同时对多个冷库进行实时监控。
2．3 RS-232／RS-485转换器电路的设计
    本系统采用的是将RS-232接口转换成RS-485接口，再在单片机和PC机之间加入RS-485总线。采用RS-485进行长距离、高速的串行异步通信。只需要将TTL电平的串行接口通过芯片转换为RS-485串行接口。本系统采用MAX485芯片来完成这种转换。对于PC机现有的RS-232接口，系统中利用一片MAX485芯片和MAX232芯片组成的转换电路来实现RS-485电平与RS-232之间的转换。此转换电路一边与RS-232标准9针接口相连，另一边与RS-485总线相连。如图3所示。从而使得数据可以很好的传到上位机。

3 冷库温度采集子软件设计
    本系统采用单总线器件设计，虽然硬件电路设计简单，但要以复杂的软件作为代价，软件的编写要严格遵守单总线协议，否则易错误。温度采集子程序流程图如图4所示。

4 结束语
    冷库温度监控系统采用DS18B20进行测温，利用单片机AT89C52进行温度控制，能够实现温度控制在-55～+125℃之间，从而实现温度的实时采集、显示与控制功能，是一种比较理想的智能化控制系统。适合通信距离为几十米到上千米RS-485串行总线采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。同时，系统扩展性强，温度监测点增加时，无论是在系统中添加温度传感器、还是添加数据采集器均可以直接挂接。而且系统测温更加精确，多点测温避免了局部温度当成整体温度的错误。总之，系统以图形方式显示各库房以及各监测点的实时温度，便于与现场对应，具有较高的使用价值。