1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    整個(gè)遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分：
    上位機(jī)為遠(yuǎn)端監(jiān)控模塊，含PC機(jī)內(nèi)人機(jī)交互界面、聲光報(bào)警系統(tǒng)和打印機(jī)等。主要是在Windows環(huán)境下通過(guò)VB開(kāi)發(fā)上位機(jī)以太網(wǎng)通信軟件，具有以下功能：
    數(shù)據(jù)采集及分析：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度數(shù)據(jù)并繪制溫度變化曲線圖，以便對(duì)溫度變化進(jìn)行直觀分析。
    系統(tǒng)設(shè)置 在線設(shè)置溫度上下限值。
    溫度報(bào)警可根據(jù)設(shè)定好的溫度上下限值判斷是否觸發(fā)聲光報(bào)警。
    遠(yuǎn)程控制 根據(jù)已設(shè)溫度上下限值判斷是否遠(yuǎn)控空調(diào)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度調(diào)節(jié)。
    下位機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，包括測(cè)溫模塊、處理控制模塊和Internet通信模塊三大部分。
    整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，下面對(duì)各模塊作分別介紹。
    (1)測(cè)溫模塊。該模塊使用6片Dallas最新數(shù)字溫度傳感器DS1825構(gòu)建多點(diǎn)溫度測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)單總線連接到MCU通用I／O口。由于每片DS1825都有其單獨(dú)的識(shí)別碼，MCU通過(guò)單總線規(guī)定的時(shí)序要求就能與溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，獲取每片DS1825內(nèi)的溫度信息。DS1825是美國(guó)Dallas半異體公司繼DS18820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式；可以分別在93．75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量采集；從DS1825讀出信息或?qū)懭胄畔H需要1根口線(單線接口)；溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可向所掛接的DS1825供電，而無(wú)需額外電源。使用DS1825可使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。在此設(shè)定的DS1825分辨率為12位模式，即0．062 5℃。
    實(shí)際溫度=溫度整數(shù)部分+溫度小數(shù)部分×0．062 5

    (2)處理控制模塊。處理控制模塊由MCU控制器、1602 LCD液晶顯示器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24C04、穩(wěn)壓電源、時(shí)鐘振蕩電路、蜂鳴器、鍵盤矩陣和由繼電器控制的空調(diào)機(jī)等組成。MCU采用美國(guó)Atmel公司的8位C51單片機(jī)AT89S52，片內(nèi)含8 KB的E2PROM和256 B的RAM。該處理控制模塊的工作過(guò)程為：上電完成初始化后，MCU讀取存儲(chǔ)在外存24C04中的上次已設(shè)置好的溫度上下限值和保存的采樣間隔值，然后進(jìn)入主循環(huán)。根據(jù)采樣間隔時(shí)間，MCU讀取各數(shù)字溫度傳感器DS1825內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)點(diǎn)亮LCD以便顯示當(dāng)前所測(cè)溫度值，并根據(jù)已設(shè)置好的溫度上下限值來(lái)確定是否驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警且控制空調(diào)機(jī)工作進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。本模塊有良好的交互性能，利用鍵盤中斷可在線隨時(shí)設(shè)置溫度上下限值、采樣間隔時(shí)間值并可將這些數(shù)據(jù)保存至外存中。該模塊電路圖如圖2所示。

    (3)Internet網(wǎng)絡(luò)通信模塊。要使單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)接入Internel網(wǎng)絡(luò)，必須解決以太網(wǎng)的接入問(wèn)題，就要用到專門的以太網(wǎng)控制器。本系統(tǒng)采用MCU+TCP／IP協(xié)議芯片相結(jié)合的Internet接入方案。具體來(lái)說(shuō)：采用RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片，利用10Base-T布線標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)雙絞線進(jìn)行和上位機(jī)的以太網(wǎng)通信。RTL8019AS芯片是臺(tái)灣Realtek公司的基于ISA總線的10Mb／s以太網(wǎng)控制器芯片，它集成了介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MAC)和物理層的功能，可以方便地設(shè)計(jì)基于ISA總線的通信系統(tǒng)，也可以比較簡(jiǎn)單地與單片機(jī)進(jìn)行接口。RTL8019AS內(nèi)嵌TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，具有耗電量低、接口簡(jiǎn)單、程序設(shè)計(jì)量少的優(yōu)點(diǎn)，是用來(lái)進(jìn)行以太網(wǎng)接入Internet通信的理想芯片。系統(tǒng)上電后，MCU對(duì)RTL8019AS內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置和控制，完成復(fù)位和初始化后，就能正常地通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

[!--empirenews.page--]2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    這里主要介紹關(guān)于多個(gè)DS1825的自動(dòng)搜索算法，由于系統(tǒng)中使用了多片DS1825構(gòu)成溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此，如何準(zhǔn)確、有效地對(duì)每一溫度傳感器進(jìn)行尋址成為該系統(tǒng)的一個(gè)核心問(wèn)題。結(jié)合DS1825的實(shí)際特點(diǎn)和系統(tǒng)需要，提出如下解決方案：首先利用DS1825內(nèi)部報(bào)警上限寄存器(TH寄存器)存放溫度傳感器的編號(hào)，并將其編號(hào)貼在溫度傳感器表面。由于TH寄存器具有掉電不丟失數(shù)據(jù)功能，因此，便把每片DS1825的惟一64位注冊(cè)碼及其編號(hào)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。這一過(guò)程需要對(duì)DS1825進(jìn)行單獨(dú)編程。然后，將確定好編號(hào)的DS1825接入單線網(wǎng)絡(luò)，利用DS1825特有的單線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)搜索功能，即可搜尋到每片DS1825的注冊(cè)碼，再利用該注冊(cè)碼和相應(yīng)的ROM操作指令，即可從每片DS1825的TH寄存器中讀出相應(yīng)的設(shè)定編號(hào)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)DS1825的尋址功能。
    每片DS1825有惟一的64位注冊(cè)碼，存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器ROM中，其中低8位是產(chǎn)品的工廠代碼，接著是每個(gè)器件的惟一序號(hào)，共48位，最高8位是前56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。這就準(zhǔn)許總線主機(jī)對(duì)總線上特定的DS1825進(jìn)行尋址。只有與64位注冊(cè)碼嚴(yán)格相符的DS1825，才能對(duì)后續(xù)的操作做出反應(yīng)，所有與64位注冊(cè)碼不符的DS1825將等待復(fù)位脈沖。搜索算法首先通過(guò)復(fù)位和在線應(yīng)答時(shí)隙將單線總線上所有DS1825復(fù)位。成功地執(zhí)行該操作后發(fā)送1 B的搜索命令，使所有連接到單總線的DS1825準(zhǔn)備就緒，開(kāi)始進(jìn)行搜索操作。搜索命令發(fā)出之后，開(kāi)始實(shí)際的搜索過(guò)程。首先，總線上所有DS1825同時(shí)發(fā)送注冊(cè)碼的第1位，按照單線總線特性，當(dāng)所有DS1825同時(shí)應(yīng)答主機(jī)時(shí)，結(jié)果相當(dāng)于全部被發(fā)送數(shù)據(jù)位的邏輯“與”。DS1825發(fā)送其注冊(cè)碼的第1位后，主機(jī)啟動(dòng)下一位操作，接著DS1825發(fā)送第1位數(shù)據(jù)的補(bǔ)碼。從兩次讀到的數(shù)據(jù)位可以對(duì)注冊(cè)碼的第1位做出幾種判斷，如表1所列。

    然后，主機(jī)向總線上的所有器件發(fā)回一個(gè)指定位。如果DS1825注冊(cè)碼的當(dāng)前位的值與該數(shù)據(jù)位匹配，則繼續(xù)參與搜索過(guò)程；若DS1825的當(dāng)前位與這不匹配，則該器件轉(zhuǎn)換到等待狀態(tài)并保持等待狀態(tài)，直到下一個(gè)復(fù)位信號(hào)到來(lái)。其余63位注冊(cè)碼的搜索依然按照這種讀2位寫1位的模式進(jìn)行重復(fù)操作。按照這種搜索算法進(jìn)行下去，最終除了惟一一個(gè)DS1825外，所有DS1825將等待狀態(tài)，經(jīng)過(guò)最后一輪檢測(cè)就可得到最后保留未進(jìn)入等待狀態(tài)的DS1825的注冊(cè)碼。在后續(xù)搜索過(guò)程中選用不同的路徑或分支來(lái)查找其他器件的注冊(cè)碼，即可完成所有器件注冊(cè)碼的識(shí)別。
    下位機(jī)軟件采用MCS51匯編語(yǔ)言編寫，在中斷服務(wù)程序中，實(shí)現(xiàn)用戶輸入以及和以太網(wǎng)控制器的通信功能；在主程序中，實(shí)現(xiàn)溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)搜索、編號(hào)排序、獲取溫度信息等，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度上下限值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警功能。由于設(shè)計(jì)中使用傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)搜索算法，因此，當(dāng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的溫度傳感器作出調(diào)整(如更換、添加、刪除等操作)時(shí)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力。下位機(jī)軟件程序流程圖如圖4所示。

3 測(cè)量結(jié)果
    網(wǎng)絡(luò)化多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)對(duì)被測(cè)對(duì)象溫度的監(jiān)控結(jié)果在PC機(jī)的顯示如圖5所示，由圖可清楚觀察到溫度數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化而變化的趨勢(shì)。

4 結(jié) 語(yǔ)
    基于Internet的嵌入式多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)靈活性高、交互性強(qiáng)，可在線根據(jù)需要隨時(shí)修改溫度上下限值，系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分利用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與多點(diǎn)溫度監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的方法及軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思想，采用模塊化設(shè)計(jì)，稍加裁剪改造可適用于多種不同場(chǎng)合的分布式遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)且充分利用了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，利于傳統(tǒng)的基于RS 485溫度監(jiān)控系統(tǒng)快速改造為以太網(wǎng)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，取得更好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。