基于RS-485通信的温度水位远程测控系统

　　目前，与太阳能集热热水工程配套的控制器基本上都是单机工作，需要安装在离太阳能热水工程现场较近的位置，而太阳能热水工程一般是安装在工厂、宾馆和居民楼的楼顶上，因此管理人员必须爬上楼顶才能完成信息查看和功能操作，管理和操作十分便。为满足太阳能热水工程远距离测控的需求，本设计采用ATmega16单片机，利用RS-485通信技术、NTC热敏传感器和多谐振荡器测量水位方法，研制开发了温度水位远距离测控系统，解决了太阳能热水工程需要远距离测控的问题。

　　1 系统结构和工作原理

　　远距离温度和水位测控系统用于选择功能，设置参数，测量和显示太阳能热水工程储水箱中的水温和水位、集热器的温度、温差循环管道温度和出水温度，控制上水、温差循环换能、辅助电加热、管道防冻等。系统主要由主机、从机、温度和水位传感器及电气控制部分组成，远程温度和水位测控系统的总体结构如图1所示。主机以ATmega16单片机为控制芯片，通过RS-485与从机通信，完成基本功能设置，用LCD显示工作状态、水位、多路温度等数据，并把设置的参数和控制信息传送给从机。从机也是以ATmega16为控制芯片，主要负责完成水位、温度等现场数据的采集和电气控制。

　　2 系统硬件设计

　　ATmega16单片机内置10位A/D模块，可直接实现多达8个通道模拟信号的A/D转换输入，有两个8位和一个16位的计数器，带有512的E2PROM，可以实现数据掉电保护，ATmega16还带有串行接口，可以接485转换芯片实现RS-485通信。

　　2.1 主机电路

　　主机的主要功能是接收从机采集的储水箱水位、4路温度数据、在128x64的液晶上显示水位、温度和工作状态。主机的另外一个功能是完成参数的设置，然后把设置的参数发送给从机。图2是主机的电路图，其主要由RS-485通信、键盘输入和LCD显示等几个部分组成。

　　2.1.1 RS-485通信

　　RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低、通信距离和数据传输速率适当的优点而被广泛应用于楼宇控制、监控报警等领域。但RS-485总线存在自适应、自保护功能差等缺点，如一些细节处理不好，常会出现通信失败等故障，因此提高RS-485总线的可靠性十分重要。在该电路中使用的接口芯片MAX485是Maxim公司的一种RS-485芯片，采用单+5 V电源工作，额定电流为300 μA，采用半双工通讯方式，它的结构和引脚简单，内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别是接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可。RE和DE端分别是接收和发送的使能端，当RE为逻辑0时，器件处于接收状态，当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚PD2控制这两个引脚即可。A端和B端分别是接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1，当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。同时将A和B端之间加匹配电阻R9，一般可选120 Ω的电阻。在图2中使用四位一体的光电耦合器TLP521让单片机与MAX485之间实现了完全的电隔离，消除了相互干扰，提高了电路的可靠性。