一种单片机和FPGA的远程温度监控系统

2010-04-09 22:12:33来源: 舒斌

    温度对工农业生产和国防事业均有不同程度的影响。电力设备的故障有多种多样,但大多数都伴有发热的现象,一次事故损失巨大;纺织、食品、烟草等工业中,温度过高容易使产品变质,电子仪器也容易出故障;温室栽培和工业生产中,若不控制温度,将严重影响产量和质量。还有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控。传统的温度测量方式周期长,不能实时监测,而且测量员必须到现场进行测量和启动功率设备来调整温度,工作效率非常低,且不便于管理。为此设计了这套远程测控系统,坐在办公室里就可以对现场进行监控,又方便又节省人力。

  1 系统的总体设计

  本设计是基于单片机和NiosⅡ软核的温度监控系统,其系统框图如图1所示。本系统采用Dallas单线数字温度传感器DS18B20采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D转换采集温度的思路。用Atmel公司的FLASH单片机AT89S51对数字信号进行处理和控制,通过RS 232串口传到以NiosⅡ构成的嵌入式处理机中对温度进行监视与报警。Nios II的嵌入式Web服务器使用户可以通过IE浏览器浏览存储在FLASH芯片中的网页,由于CPU本身是以软核的方式实现,其功能可根据需要进行定制,非常灵活。

    2 监控系统的硬件系统设计

  2.1 对DS18B20的简单介绍和使用说明

  DS18B20是美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理,而且每片DS18B20都有惟一的产品号并可存入其ROM中,在构成大型温度测控系统时单线上可挂多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入DS18B20信息仅需要一根口线,共读写及温度变换的功率来源于数据总线,该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。DS18B20能提供9位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。测量温度范围为-55~+125℃,在-10~+85℃范围内,精度为±0.5℃。单片机控制DS18B20完成温度的采集过程必须经过初始化、写操作、读操作3个步骤,而且必须有严格的时间间隙。

  2.2 NiosⅡ处理器的说明

  Altera公司的NiosⅡ处理器是一种用户可随时配置和构建的32位指令集和数据通道的嵌入式系统微处理器IP核,采用Avalon总线结构通信接口,带有增强的内存调试和软件功能。LWIP是一种专门针对嵌入式系统应用而设计的网络通信协议,支持因特网信息控制协议(ICMP),用户数据报协议(UDP),动态主机分配协议(DHCP),地址解析协议(ARP)以及对应用程序提供的标准Socket接口,因而可以完成传统的TCP/IP协议的大部分功能,资源占用却比TCP/IP协议小,所以非常适合以NiosⅡ处理器为核心的系统。基于以上考虑,嵌入式Web服务器以NiosⅡ处理器为核心,LWIP为网络通信协议,实现简单的网页浏览功能。用户可以通过网络浏览存储在FLASH中的网页。

  2.3 硬件电路设计说明

  本系统硬件电路包括单片机温度采集电路、电平转换电路及基于NiosⅡ嵌入式上位机系统。

  2.3.1 温度采集电路

  温度采集电路主要由DS18B20和单片机构成,如图2所示。系统以8051单片机(U1)作为核心;C1,C2和Y1组成时钟电路,晶振为12 MHz;S1,C12和R3组成复位电路;U1的P1.0接一个发光二极管,用于程序执行指示灯;R5为限流电阻;DQ接到8051的P2.1端;R1为信号和5 V电源之间的上拉电阻。

[1] [2] [3]

关键字:单片机  FPGA  远程温度监控系统

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0409/article_1071.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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