一种单片机和FPGA的远程温度监控系统

电子工程世界 2010-04-08 a:1:{i:0;s:9:"单片机";}

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。