電池溫度智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
1.2 DS18B20的控制時序
DS18B20與微處理器間采用的是串行數(shù)據(jù)傳送,在對其進(jìn)行讀寫編程時,必須嚴(yán)格保證讀寫時序,否則將無法讀取測溫結(jié)果。DS18B20控制時序主要包括初始化時序、讀操作時序和寫操作時序,如圖2所示。
(1)初始化時序。時序見圖2(a),主機(jī)總線t0時刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480μs的低電平信號)接著在t1時刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài),DS18B20在檢測到總線的上升沿之后等待15~60μs,接著DS18B20在t2時刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60~240 μs),如圖中虛線所示。
(2)寫操作時序。當(dāng)主機(jī)總線t0時刻從高拉至低電平時,就產(chǎn)生寫時間隙。從t0時刻開始15μs之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上,DS18B20在t0后15~60μs間對總線采樣,若低電平寫入的位是0,若高電平寫入的位是1,連續(xù)寫2位的間隙應(yīng)大于1 μs,見圖2(b)。
(3)讀操作時序。當(dāng)主機(jī)總線t0。時刻從高拉至低電平時,總線只需保持低電平6~10μs之后,在t1時刻將總線拉高,產(chǎn)生讀時間隙,讀時間隙在t1時刻后到t2時刻前有效,t2~t0為15μs,也就是說,在t2時刻前主機(jī)必須完成讀位,并在t0后的60~120μs內(nèi)釋放總線,見圖2(c)。
2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、主控單元和上位機(jī)等3部分組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)分布在蓄電池組的各個單體電池上,采集各單體電池的溫度信息,通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給主控單元;主控單元與所有監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,接收上位機(jī)的命令和來自監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的溫度信息,并將溫度信息上報上位機(jī);上位機(jī)實(shí)時顯示蓄電池的溫度信息,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,根據(jù)設(shè)定的報警門限啟動告警程序,及時發(fā)現(xiàn)異常電池。本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178358.htm
2.1 溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計
溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的功能是完成對單體電池的溫度信息采集、處理和無線數(shù)據(jù)傳輸。采用單片機(jī)控制無線收發(fā)芯片nRF2401和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)溫度的智能測量,主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、溫度采集電路、無線收發(fā)電路、顯示電路、告警電路和電源等組成,其硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
DS18B20測溫電路如圖1所示,用熱傳導(dǎo)的粘合劑將DS18B20粘附在蓄電池的表明,管芯溫度與表面溫度之差大約在0.2℃之內(nèi)。利用nRF2401無線收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)無線傳輸,nRF2401是一個單片集成接收、發(fā)射器的芯片,工作頻率范圍為全球開放的2.4 GHz頻段。它內(nèi)置了先入先出堆棧區(qū)、地址解碼器、解調(diào)處理器、GFSK濾波器、時鐘處理器、頻率合成器,低噪聲放大器、功率放大器等功能模塊,需要很少的外圍元件,使用起來非常方便。在本系統(tǒng)中nRf2401通過P2口與單片機(jī)進(jìn)行通信,AT89S51的P2.0和P2.1口分別與nRF2401的CLK1,DATA相連接。nRf2401的CS是片選端,CE是發(fā)送或接收控制端,PWR_UP是電源控制端,分別由單片機(jī)的P2.3,P2.4和P2.5引腳控制。nRF2401的DR1為高時表明在接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù),接單片機(jī)的P2.2。
由于nRF2401的供電電壓范圍為1.9~3.6 V,而AT89S51單片機(jī)的供電電壓是5 V,為了使芯片正常工作,需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和分壓處理,設(shè)計采用MAXIM公司的MAX884芯片進(jìn)行5 V到3.3 V電平轉(zhuǎn)換,如圖5所示。
2.2 主控單元設(shè)計
主控單元和監(jiān)測節(jié)點(diǎn)組成無線網(wǎng)路,通過主控單元實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)通信。主控單元的基本結(jié)構(gòu)和監(jiān)測單元類似,主要由單片機(jī)系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、顯示電路、串行通信電路及電源等組成。
串口是計算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議,大多數(shù)計算機(jī)包含2個基于RS 232的串口,PC的串行口是RS 232C電平,而單片機(jī)的串行口是TTL電平,兩者之間通過串口通信時,必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,設(shè)計運(yùn)用MAX232A芯片完成單片機(jī)與PC之間的數(shù)據(jù)傳輸,硬件連接電路如圖6所示。
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