电缆接头系统方案选择

1本论文主要研究的目标 本设计的主要监测电缆接头的温度,通过将DS18B20数字传感器放置到电缆接头进行实时温度信息采集,控制器方面采用了STC89C52单片机,数据通过实时采集后,对其进行了相应计算分析与转换,最终显示在数位管上,使其具有了显示与存储以及

1本论文主要研究的目标

       本设计的主要监测电缆接头的温度,通过将DS18B20数字传感器放置到电缆接头进行实时温度信息采集,控制器方面采用了STC89C52单片机,数据通过实时采集后,对其进行了相应计算分析与转换,最终显示在数位管上,使其具有了显示与存储以及最重要的警报的功能。
 
(1) DS18B20数字传感器采集温度信息。
(2) 数位管用于显示实时数据
(3) STC89C52单片机对实时采集数据进行数据分析处理。
(4) 能实现与上位机实时通讯。

2 电缆接头温度远程测量装置总体方案设计

       图2.1是系统结构图的图示,系统在设计的时候,其主控模块与温度采集是分别设置的,温度通过温度的相关模块进行获取,再通过无线传递给相应的主控模块进行分析。系统结构简单、便于模块化集成设计、方便控制。测量装置整体结构如图所示。
电缆接头系统方案选择
图2.1 测量装置系统框图

       全文所设计的结构图显示如图2.1,其组成结构分为两部分,分别是温度传感器与数据处理系统,温度采集方面使用的是DS18B20作为采集器;温度数据采集上来以后,传输给相应的终端服务器并进行计算分析,数据处理终端分为多个模块进行处理,包括了接收与主控模块、存储器与通信模块、独立按键以及显示屏构成。全文研究的系统数据采集步骤和传输的通道是:
     (1)DS18B20数字温度传感器节点通过485总线和数据采集终端组成网络,进行串级通信。在不需要进行多级组网的情况下,数据采集终端上的485总线可以挂载多大255个温度采集节点。实际安装中,一个电缆接头设备可以安装3个温度采集节点,搭配一个数据采集终端。
     (2)传感器节点采集数据后通过485总线传输至数据采集终端。温度等数据被成功采集以后,通过单片机在无线网络的传输下传递给上位机。数据终端集成了高性能的Cotex-M4微控制器,正常运行时将采集的数据加入时间信息后保存在存储器中,并且运行监测程序,当数据异常或者每天定时点到达后将离线数据打包发送至网络,而未发送数据时无线传输模块处于睡眠模式。
     (3)网络方面是采用了云端的方式进行接入,成功接收到云端发来的相应数据,一是将此数据供工作人间进行查看与下载,另一方面将数据存储在了服务器,除此之外还添加了通过邮件进行提醒的功能。服务器通过网页的方式实现人机交互,可实现数据的可视化。一个云主机即可管理大量数据终端,通过对终端的编号来区分不同终端,一台电抗器可以适配一台数据采集终端。
     (4)监控上位机采用QT及C++编写,使用RS485接口和采集终端进行通讯。RS485传输距离可达1KM,可以通过管理多个数据终端。如果数据终端距离监控室距离较短,可以通过485总线和上位机直接通讯,或者上位机连接到网络,通过云主机查看数据。对于安装距离较远的终端,则只能通过网络查看云主机上面的数据。

2.1 采集器设计

       本系统由采集器与主控机两部分硬件组成,采集器由核心STC89C52处理模块,DS18B20数字温度传感器、以及485总线模块构成。将采集器单独设计和封装,置于电缆接头上,并紧贴电缆接头,测量电缆接头的绝缘层温度,并将其送至核心处理模块处理,处理后的数据通过无线发射模块发送出去,传至数据处理终端进行后续的处理与发送.
 

3.1.1单片机最小系统设计

本文所设计的系统所设定的重要控制器采用的是STC89C52单片机。这种单片机具有性能高、能源消耗低的优点,是在ATMEL公司中所生产出来的。其具有的微控制器为CMOS8位,存储器方面具有8K,使用中,其可以实现FLASH的编程。STC89C52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O 口线,看门狗定时器。有一点需要说明的是在本设计中单片机的EA管脚要始终接高电平。因为如果想让单片机能够读取内部程序存储器的数据,只有在EA接高电平时才能实现。当外部的ROM存在时,他会自动先对内部的ROM进行识别,再对外部的ROM进行读取识别。但如果想让单片机直接读取外部ROM,需要管脚EA直接接低电平。 而本设计中的单片机管脚EA不需要接低电平,因为本设计所使用的STC89C52是本身就有内部ROM的,所以管脚EA始终接高电平。
1.主要特性:
(1)STC89C52RC单片机:
(2)8K字节程序存储空间;
(3)512字节数据存储空间;
(4)内带4K字节EEPROM存储空间;
(5)可直接使用串口下载;
AT89C51和STC89C51基本参数都是一样的,主要的区别如下:
(1)AT89C51是12T的模式,STC89C51可以与AT89C51的模式相同,也可以为6T
(2)AT89C51只有128字节的RAM,STC89C51除此之外,有内部1280RAM扩展
(3)AT89C51工作电压为5V,STC89C51可以是3.3V–5V
(4)AT89C51仅仅有4K的内部程序存储空间,STC89C51的存储空间可以达到64K
(5)AT89C51只能通过编程器编程,STC89C51有ISP功能
单片机STC89C52引脚图,及STC89C52各个具体的引脚功能说明:

2.管脚说明:
VCC(40引脚):电源电压
VSS(20引脚):接地
P0口:P0口的高电平在输出时,不是5V,低电平则为零值,这种情况下可以认定为悬空的一个状态。也就是说P0既不能输出高电平,也不鞥提供5V的电流,它需要和与其链接的器件串联起来,共同拉电阻,由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流.作用输出口时,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
P1口:P1口上拉电阻位于其内部的功能,它是一个8 位的I/O 口,并且是双向的。P1 端可以带动起来四个TTL逻辑电平。如果当把P1口当做输入端用时,应该将P1口写上“1”,其输出的电流为IIL,通过位于其内部的上拉端口,把相应的端口拉高。由于在被当做输入端时, P1口被外部拉低,其内部依然存在电阻的缘故,其所输出的电流仍未IIL。

引脚号 功能特性
P1.0 T2(定时器/计数器2外部计数输入),时钟输出
P1.1 T2EX(重装触发和方向控制/定时器/计数器2捕获)

引脚号第二功能
P1.5 MOSI(在线系统编程用)
P1.6 MISO(在线系统编程用)
P1.7 SCK(在线系统编程用)
P2口:P2口作为缓冲器,可以带动四个TTL电平,同样是一个拥有内部的上拉电阻的8位双向I/O 口。可以把P2端口表明“1”的时候,它可以作为输入端口来使用,其内部的电阻会将端口拉高。当它被当做输入的时候,会输出IIL,它由于内部存在内部电阻的缘故,会被外部拉低的引脚影响。
  P3口P3口作为缓冲器可以带动四个TTL电平,它是一个具有上拉电阻的八位I/O 口,并且是双向的。当把P3端口标记成“1”的时候,其可作为输出端来工作,它的内部上拉电阻会把这个端口提高。所输出的电流为IIL,这都是由于其被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因。
  P3口当做正常使用时的I/O口之外,同时还具有一些其他的复合型的多方面功能:

引脚号 复用功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 (外部中断0)
P3.3 (外部中断1)
P3.4 T0(定时器0的外部输入)
P3.5 T1(定时器1的外部输入)
P3.6 (外部数据存储器写选通)
P3.7 (外部数据存储气读选通)

RST——复位输入。在振荡器处于正常的工作状态的时候,单片机将被复位,这都是由于RST引脚出现大于两个机器周期。
  ALE/PROG——在对于外部服务器或者相应的程序进行登录的时候,ALE(地址锁存允许)会将其8位字符进行锁定,这个时候,输出脉冲占了主导的地位。在通常的时候,ALE会继续输出稳定持续的脉冲,频率是以时钟振荡为频率的1/6。所以,在这个基础上,它可以被使用在多个方面,包括定时或者是输出时钟的功能上。但是需要特别重视的一点事,每次登陆外部服务器进行数据的读取时,会自动的越过一个ALE脉冲。

3.振荡器特性:
    XTAL1式反向放大器的输入端,而输出端是XTAL2。石晶振荡和陶瓷振荡在选择反向放大器时,都可以采用这种方式,并且可以作为内振荡器。本设计的晶振电路比较简单,只有3个器件,一个12Hz的晶振外加二个20PF的普通电容组成,晶振两端分别与单片机的XTAL1和XTAL2口相接。

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