基于PIC单片机的测温网络的开发

　　本测温网络应用在磁致伸缩液位传感器上,利用附在不锈钢管内壁的不同位置上的三个DS18B20,测量不同液位层的温度[1]。

　　1　硬件设计

　　整个系统由上位机和下位机组成。上位机用PC机,下位机用PIC16C63(原理框图见图1)。系统硬件部分主要有PIC16C63、AT24C01、DS18B20、显示电路、电源电路、时钟电路和通信电路。用户需要时可通过上位机下达测量命令,下位机进行测量并把结果送给上位机或显示在液晶显示模块上。三个温度点任何一路发生故障,都会传给上位机一个默认值,用户可以据此在线更换新的温度传感器,系统能够自动找到并启用它。用户每次开机都通过上位机给下位机下达命令,对通信、AT24C01、DS18B20进行自检,自检失败会给上位机返回警告信号。系统具有掉电保护功能,当掉电时,参数的设定值可以保存在AT24C01中。上下位机之间采用RS-485串行总线进行通信。

　　1.1　微处理器电路

　　PIC16C63A单片机有可编程编码(加密)保护功能,采用宽字单周期指令、哈佛双总线和RISC结构,其数据吞吐率最高可达6MIPS。数据输入线允许有25mA的倒灌电流,可以直接驱动LED。片内有可直接寻址的4K个字的程序存贮器、192个8位数据寄存器、3个8位I/O口、2个8位和1个16位的定时器/计数器、2个捕捉/比较/脉宽调制(CCP)部件、同步串行口(SSP)部件、串行通信接口(SCI)部件。可选择振荡器类别:RC型、XT型、HS型和LP型。有多级中断功能,可编程ID标识码,在线串行编程。PIC单片机主要完成掉电保护电路、温度测量电路的操作控制,并对信号进行加工处理和最终输出。

　　1.2　温度测量电路

　　DS18B20是可组网数字式温度传感器,测量范围为-55℃~125℃,精度达到0.0625℃。DS18B20有3个引脚分别接地、电源和信号。每个DS18B20包括一个唯一的64位长的ROM编码(表1),因此多个DS18B20和一个主控单元可以组成1-WIRE网络。图2为DS18B20内部存储器结构,它包括一个暂存RAM和一个非易失性电可擦除EERAM。暂存存储器作用是在单线通信时确保数据的完整性,它包括9个字节,头两个字节表示测得的温度数,温度/数据对应关系为+125℃→7D0H,0℃→000H,-55℃→FC90H。用户可自设定非易失性温度报警上下限值TH和TL(掉电后依然存在),DS18B20在完成温度变换后,所测温度值将自动与贮存在TH和TL内的报警值相比较,如果高于TH或低于TL,DS18B20内部的告警标志就会被置位。DS18B20内部暂存存储器的第5个字节是结构寄存器,它的第5位R0和第6位R1主要用于确定温度值的数字转换分辨率。

　　1.3　掉电保护电路

　　AT24C01是电可擦除的串口存储器,其内部组合为128*8位,并有多种工作电压可供不同用户选择。只要把它的地线、电源线、数据线和时钟线分别接主控单元的地、电源和两个I/O引脚,主控单元就可以通过两条I/O线采用I2C总线的操作时序来操作它。