基于MSP430单片机和DS18B20的多分支多通道温度测量系统远程监控软件设计

　　温度测量是现代控制系统中的一个重要内容。在加速器控制领域和工业过程控制方面都需要对温度进行精确测量与控制,比如在兰州重离子加速器———冷却存储环(HIFRL—CSR)大科学工程中,要对磁铁温度进行精确测量,磁铁产生的磁场是约束离子束行为的唯一手段,带电粒子束在磁场中被聚焦和传输,磁铁温度直接影响着磁场的性能,磁场性能的好坏又影响到束流的品质,所以对磁铁线圈温度测量就显得尤为重要。

　　磁铁线圈产生的磁场性能受到温度的影响,通过精确测量磁铁线圈的温度获得磁铁线圈温度的变化,采取一定的措施可以修正因温度的变化引起的磁场变化,使磁铁的磁场稳定,从而使磁场的性能发挥到最佳,提高束流的品质,保证加速器正常运行。同时,当磁铁线圈温度过高时,可能会损坏元件,因此当磁铁温度过高时可以给出高温报警,从而给加速器的安全运行提供保障。

　　目前,测量温度有多种方法,如采用热电偶或者热电阻测量。热电偶通过把非电学量(温度)转化成电学量(电动势)来测量。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的,即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此,只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。这两种方法都需要从模拟量转换为数字量,在模拟信号的传输与转换过程中,易受外界干扰而产生较大误差。同时,当采取多点温度测量时,由于其离散性较大,且电路复杂,给调试造成不便,严重影响整个测温系统的精度。

　　本温度测量系统前端我们采用DS18B20数字温度传感器,它将直接得到温度的数字量,易于构成多点温度测量系统,且电路简单,一致性好。数字信号采用1-Wire总线与单片机连接,一个CPU带4个分支,每个分支带10个探头,可以达到40个测量点的温度测量。数据采集、处理模块主要由TI公司的MSP430F149单片机构成,完成温度数据的读取和传输。通信模块由MSP430单片机通过串口发送至UA7000A网络模块,再由UA7000A网络模块通过网络接口传送至远程客户端。从而实现温度测量系统的远程监控。

　　1　硬件系统设计概述

　　1·1　1-Wire总线协议

　　1-Wire总线协议是美国Dallas半导体公司近年推出的新的总线协议。它将地址线、数据线、控制线合而为一,号称1-Wire总线,允许在这根信号线上挂接多个1-Wire总线器件。相比其他总线协议,更简单也更易于实现,但受距离限制,通常从设备为芯片级器件,主机为MCU。通讯中主机处于控制地位,根据从设备的不同发送不同的命令字;命令字可以分为3种:总线复位命令、ROM功能命令、存储器功能命令。协议不提供两个主机同时发送命令的冲突检测,因此一般1-Wire总线上最好只安排一个主设备。1-Wire总线技术具有节省I/O资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点,因此,在分布式测控系统中有着广泛应用。DS18B20是采用1-Wire总线技术的典型产品。