基于單片機的溫度水位遠程測控系統

1 系統結構和工作原理
遠距離溫度和水位測控系統用于選擇功能，設置參數，測量和顯示太陽能熱水工程儲水箱中的水溫和水位、集熱器的溫度、溫差循環管道溫度和出水溫度，控制上水、溫差循環換能、輔助電加熱、管道防凍等。系統主要由主機、從機、溫度和水位傳感器及電氣控制部分組成，遠程溫度和水位測控系統的總體結構如圖1所示。主機以ATmega16單片機為控制芯片，通過RS-485與從機通信，完成基本功能設置，用LCD顯示工作狀態、水位、多路溫度等數據，并把設置的參數和控制信息傳送給從機。從機也是以ATmega16為控制芯片，主要負責完成水位、溫度等現場數據的采集和電氣控制。

2 系統硬件設計
ATmega16單片機內置10位A／D模塊，可直接實現多達8個通道模擬信號的A／D轉換輸入，有兩個8位和一個16位的計數器，帶有512的E2PROM，可以實現數據掉電保護，ATmega16還帶有串行接口，可以接485轉換芯片實現RS-485通信。

．1 主機電路
主機的主要功能是接收從機采集的儲水箱水位、4路溫度數據、在128x64的液晶上顯示水位、溫度和工作狀態。主機的另外一個功能是完成參數的設置，然后把設置的參數發送給從機。圖2是主機的電路圖，其主要由RS-485通信、鍵盤輸入和LCD顯示等幾個部分組成。

2．1．1RS-485通信
RS-485總線通信模式由于具有結構簡單、價格低、通信距離和數據傳輸速率適當的優點而被廣泛應用于樓宇控制、監控報警等領域。但RS-485總線存在自適應、自保護功能差等缺點，如一些細節處理不好，常會出現通信失敗等故障，因此提高RS-485總線的可靠性十分重要。在該電路中使用的接口芯片MAX485是Maxim公司的一種RS-485芯片，采用單+5 V電源工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通訊方式，它的結構和引腳簡單，內部含有一個驅動器和接收器。RO和DI端分別是接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別是接收和發送的使能端，當RE為邏輯0時，器件處于接收狀態，當DE為邏輯1時，器件處于發送狀態，因為MAX485工作在半雙工狀態，所以只需用單片機的一個管腳PD2控制這兩個引腳即可。A端和B端分別是接收和發送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時，代表發送的數據為1，當A的電平低于B端時，代表發送的數據為0。同時將A和B端之間加匹配電阻R9，一般可選120 Ω的電阻。在圖2中使用四位一體的光電耦合器TLP521讓單片機與MAX485之間實現了完全的電隔離，消除了相互干擾，提高了電路的可靠性。
2．1．2 鍵盤輸入和輸出顯示電路
液晶顯示選用的OCM128x64是128x64點陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可顯示四行漢字，滿足本設計的要求，可與單片機直接接口，具有8位標準數據總線、6條控制線及電源線。鍵盤輸入和顯示輸出電路如圖2中所示，LCD與單片機的連接使用數據串行輸入方法，數據通過PA7和LCD串行輸入端輸入，PA4、PA5為片選信號，PA6為讀寫使能信號。輸入按鍵為8個，用2x4鍵盤接PC0～PC5實現。