基于單片機和FPGA的遠程溫度監控系統
加入技術交流群
溫度對工農業生產和國防事業均有不同程度的影響。電力設備的故障有多種多樣，但大多數都伴有發熱的現象，一次事故損失巨大；紡織、食品、煙草等工業中，溫度過高容易使產品變質，電子儀器也容易出故障；溫室栽培和工業生產中，若不控制溫度，將嚴重影響產量和質量。還有很多領域的溫度可能較高或較低，人無法靠近或現場無需人力來監控。傳統的溫度測量方式周期長，不能實時監測，而且測量員必須到現場進行測量和啟動功率設備來調整溫度，工作效率非常低，且不便于管理。為此設計了這套遠程測控系統，坐在辦公室里就可以對現場進行監控，又方便又節省人力。
本文引用地址：http://www.j9360.com/article/173754.htm1 系統的總體設計
本設計是基于單片機和NiosⅡ軟核的溫度監控系統，其系統框圖如圖1所示。本系統采用Dallas單線數字溫度傳感器DS18B20采集溫度數據，打破了傳統的熱電阻、熱電偶再通過A／D轉換采集溫度的思路。用Atmel公司的FLASH單片機AT89S51對數字信號進行處理和控制，通過RS 232串口傳到以NiosⅡ構成的嵌入式處理機中對溫度進行監視與報警。Nios II的嵌入式Web服務器使用戶可以通過IE瀏覽器瀏覽存儲在FLASH芯片中的網頁，由于CPU本身是以軟核的方式實現，其功能可根據需要進行定制，非常靈活。
2 監控系統的硬件系統設計
2.1 對DS18B20的簡單介紹和使用說明
DS18B20是美國DALLAS公司生產的單線數字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點，特別適合于構成多點溫度測控系統，可直接將溫度轉化成串行數字信號供微機處理，而且每片DS18B20都有惟一的產品號并可存入其ROM中，在構成大型溫度測控系統時單線上可掛多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出或寫入DS18B20信息僅需要一根口線，共讀寫及溫度變換的功率來源于數據總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20能提供9位溫度讀數，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統。DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經濟。測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0.5℃。單片機控制DS18B20完成溫度的采集過程必須經過初始化、寫操作、讀操作3個步驟，而且必須有嚴格的時間間隙。
2.2 NiosⅡ處理器的說明
Altera公司的NiosⅡ處理器是一種用戶可隨時配置和構建的32位指令集和數據通道的嵌入式系統微處理器IP核，采用Avalon總線結構通信接口，帶有增強的內存調試和軟件功能。LWIP是一種專門針對嵌入式系統應用而設計的網絡通信協議，支持因特網信息控制協議(ICMP)，用戶數據報協議(UDP)，動態主機分配協議(DHCP)，地址解析協議(ARP)以及對應用程序提供的標準Socket接口，因而可以完成傳統的TCP／IP協議的大部分功能，資源占用卻比TCP／IP協議小，所以非常適合以NiosⅡ處理器為核心的系統。基于以上考慮，嵌入式Web服務器以NiosⅡ處理器為核心，LWIP為網絡通信協議，實現簡單的網頁瀏覽功能。用戶可以通過網絡瀏覽存儲在FLASH中的網頁。
2.3 硬件電路設計說明
本系統硬件電路包括單片機溫度采集電路、電平轉換電路及基于NiosⅡ嵌入式上位機系統。
2.3.1 溫度采集電路
溫度采集電路主要由DS18B20和單片機構成，如圖2所示。系統以8051單片機(U1)作為核心；C1，C2和Y1組成時鐘電路，晶振為12 MHz；S1，C12和R3組成復位電路；U1的P1.0接一個發光二極管，用于程序執行指示燈；R5為限流電阻；DQ接到8051的P2.1端；R1為信號和5 V電源之間的上拉電阻。
評論