山西电子技术 ２０１４年第３期 应用实践 文章编号：１６７４—４５７８（２０１４）０３—００１９—０３ 基于单片机的温度采集系统设计 杨丹丹，杨风，马慧卿 （中北大学计算机与控制工程学院，山西太原０３００５１） 摘要：本系统是以８９Ｃ５１单片机为控制核心技术的温度采集控制系统，介绍了与ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器组成 温度采集系统的设计方案。本温度采集系统的下位机采用８９Ｃ５１单片机为主控制器，利用ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器进 行温度测量，采用数码管进行显示，并通过串口将采集的数据传送到上位机（ＰＣ机），通过上位机对温度进行集中 监视和管理，解决了温度测量通常比较繁琐的问题，此测温系统实现了对温度数据的远程采集、处理、实时显示以 及对温度报表的管理。 关键词：单片机；ＤＳ１８Ｂ２０；测温系统 中图分类号：ＴＰ ２７７ 文献标识码：Ａ 随着时代的进步和发展，单片机已经普及到我们生活、 ２．１温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０ 工作、科研各个领域，而且温度是工业控制中主要的被控参 ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器是美国ＤＡＬＬＡＳ公司继ＤＳ１８２０之 数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业 后推出的一种改进型和增强型单总线智能数字温度传感器。 中具有举足轻重的作用。所以，温度测控在工业领域具有广 它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 泛的应用，设计一种基于８９Ｃ５１单片机的温度测量系统的硬 ＤＳ１８２０有了很大的改进，与传统的热敏电阻等测温元件相 件结构具有价格低廉、精度高、微型化、抗干扰能力强、易扩 比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单 展等一系列优点。在以单片机为基础的数据采集和实时温 的编程实现９～１２位的数字值读数方式。其具有适应电压 度控制系统中，通过计算机中的ＭＡＸ一２３２接口进行计算机 范围更宽，独特的单线接口方式，支持多点组网功能，不需要 与单片机之间的命令和数据传送，就可以利用计算机对生产 任何外围元件，温度分辨力可编程，内部有温度上、下限警告 现场进行检测和控制 Ｊ。 设置优点 Ｊ。 １ 系统的总体方案设计 ２．２单片机最小系统设计 本设计包括硬件和软件两个部分。系统的硬件部分大 由单片机以及时钟电路和复位电路构成了单片机的最 致可分为六部分：ＤＳ１８Ｂ２０、电源电路、显示电路、单片机最 小系统。 小系统、温度测试电路、串口通信电路，软件部分可分为两大 １）单片机 部分：串口通信部分、ＶＢ数据处理与显示部分。系统的总体 本设计使用的是美国ＡＴＭＥＬ公司的８９Ｃ５１单片机，该 结构框图如图１所示。 型号单片机功能强大，价格低廉，可以灵活应用于各种控制 领域。８９Ｃ５１是一种带４ ｋ字节闪烁可编程可擦除只读存储 器（ＦＰＥＲＯＭ—Ｆｌａｓｈ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｎｄ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏ￣）的低电压、高性能ＣＭＯＳ ８位微处理器，俗称单片 鱼 罔 机 Ｊ。８９Ｃ５１单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵 片 ．＿１器ｒ ＪＰ活性高且价廉的方案。单片机系统是本温度测控系统的核 ．．．．．．＿＿Ｊ 机 Ｃ 机 心部件，包括时钟电路和复位电路的设计。 ２）时钟电路和复位电路 单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器， ＸＴＡＬ１脚和ＸＴＡＬ２脚分别构成内振荡器的反相放大器的输 图１ 系统的总体结构框图 入端和输出端，外接石英晶振或陶瓷晶振以及补偿电容ｃ１、 ２ 系统的硬件方案设计 ｃ２构成并联谐振电路。在本硬件系统设计中，为保证串行 硬件电路作为整个系统运行的必要框架，是软件运行的 通信波特率的误差，选择了１１．０５９ ２ ＭＨｚ的标准石英晶振， 结构基础，离开了硬件结构，整个系统需要实现的功能就无 电容Ｃ１、ｃ２为３Ｏ ｐＦ。 从谈起。此部分介绍了系统的整体硬件模块。经过任务分 单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只 析，具体的硬件方案设计如下：本设计是以ＤＳ１８Ｂ２０为传感 要在它的ＲＳＴ引线上加载１０ ｍ８以上的高电平，单片机就能 器、８９Ｃ５１单片机为控制核心组成的接口电路图。 够有效地复位。复位后，Ｐｏ到Ｐ３并行Ｌ／０口全为高电平， 收稿日期：２０１４—０３—２０ 作者简介：杨丹丹（１９９０．），女，山西临汾人，硕士研究生，研究方向：嵌入式技术研究。 第３期 京：中国青年出版社。２０００． 杨丹丹，等：基于单片机的温度采集系统设计 ２１ ［６］ 龚沛增．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ程序设计教程［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００４：１１—３２． ［５］ 马壮，吴铮，王永强．基于ＶＢ的Ｐｃ机与单片机串行通 信系统研究与实现［Ｊ］．唐山学院学报，２００８，２１（４）： １２４—１３２． ［７］ 刘新民．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０程序设计［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００４：６１—８３． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｙａｎｇ Ｄａｎｄａｎ，Ｙａｎｇ Ｆｅｎｇ，Ｍａ Ｈｕｉｑｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏａｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆＣｈｉｏｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｓｈａｎｘｉ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｉｓ ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ８９Ｃ５ １ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｕｐ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｓｅｎｓｏｒ ＤＳ１８Ｂ２０ ａｎｄ ８９Ｃ５１ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｓ ８９Ｃ５１ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅ ＤＳ１８Ｂ２０ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｉｘｉｅ ｔｕｂｅ ｆｏｒ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｓ ｔｒａｎｓ— ｆｅｒｒｅｄ ｔｏ ｕｐｐｅｒ ｍａｃｈｉｎｅ（ＰＣ）ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅｒｉｌａ ｐｏｒｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｔ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｏｆｔｅｎ ｏｃｃｕｒ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ａｌｓｏ ｔｈｉｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅ— ｐｏｒｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅ；ＤＳ１８Ｂ２０；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ （上接第１８页） 的正方向相反，所以零序方向过流Ｉ段保护不会动作跳闸。 零序过流Ⅱ段保护不经方向闭锁，可以动作，Ｉ时限跳１号 主变１１０ ｋＶ侧１Ａ断路器，ｌＡ断路器拒跳闸，Ⅱ时限跳１号 主变三侧断路器，２２０ ｋＶ侧断路器和１０ ｋＶ侧断路器已经跳 闸。此时，２号主变仍然可以通过其１１０ ｋＶ侧１ Ｂ断路器、 零序过流Ⅱ段保护整定中增加一个时限，将零序过流Ⅱ段保 护整定为：Ｉ时限跳母联，Ⅱ时限跳本侧，Ⅲ时限跳三侧，那 么当出现上述情况时，在１号主变差动保护动作、１１０ ｋＶ断 路器１Ａ拒跳闸的情况下，将由１号主变１１０ ｋＶ零序过流Ⅱ 段Ｉ时限动作跳开母联１ Ｍ断路器，故障点就会彻底被隔 母联１ Ｍ断路器向故障点提供短路电流，故障点仍不能被隔 离，２号主变不再提供短路电流，系统恢复正常运行。 参考文献 离，达不到保护要求。对２号主变保护来说，由于是单相高 阻接地，短路电流达不到１１０ ｋＶ侧复压方向过流保护的动 作值，所以２号主变的复压方向过流保护不会动作跳闸。由 于２号主变１１０ ｋＶ侧中性点不接地运行，接地故障点不会 向号２主变提供零序电流，所以２号主变的零序过流保护不 ［１］ 袁宇波．自适应数字变压器差动保护原理与方法的研 究［Ｄ］．南京：东南大学，２００３． ［２］ 张保会，尹项根．电力系统继电保护［Ｍ］．北京：中国电 力出版社，２００５． 会动作跳闸。 ［３］ ＧＢ／Ｔ １４２８５—２００６，继电保护和安全自动装置技术规 程［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００６．１１． ２结论 通过本文第２节的分析，故障发生在ｋ点时，变压器保 ［４］ 刘华，田芳，张予鄂，等．变压器零序电流保护选用电流 互感器的探讨［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０（１６）： ９１—９３．８９． 护能正常跳闸，而当故障点位于电流互感器和靠主变侧隔离 开关之间且发生单相高阻接地故障同时断路器拒跳闸，最终 没有任何后备保护能够将故障点隔离，达不到保护的要求， 不利于电网和设备的安全稳定运行。如果在主变１１０ ｋＶ侧 ［５］ 罗美玲．１１０ ｋＶ双回短线路负荷侧零序电流保护整定 原则［ｓ１］．宁夏电力，２０１０：４２—４５． Ｔｈｅ Ｃａｕｓｅ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｚｅｒｏ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｃｔ Ｈｕａ Ｊｉｎｇ，Ｘｉｏｎｇ Ｗｅｉ，Ａｉ Ｌｉ （Ｅｎｇｉｅｅｎｉｒｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＨｏｎｇｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｅｎｇｚｉ Ｙｕｎｎａｎ ６６１１００，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｔ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｕｔｒａｌ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｇｒｉｄ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｌ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｔｈｅ ｉｎｓｔｌｌａｔｉａｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｖｅｒｅｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ；ｂｕｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ Ｏｃｃｕｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ １ １０ ｋＶ ｓｉｄｅ ｏｆ ＴＡ ａｎｄ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｗｉｔｃｈ，ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃａｎｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａ ｓｅｐａｒａｔｅ ｔｉｍｅ ｊｕｍｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ ｍｕｓｔ ｂｅ ａｄｄｅｄ，ｔｈｅｎ ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｅｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｖｅｒｅｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｚｅｒｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄ