摘要：本毕业设计介绍了以电力载波为通信方式，以集成温度传感器DS18B20为外部数据源的较远距离的多点温度采集和传输的过程及控制方法。系统能够通过电力载波通信来实现较远距离的多点温度采集和传输，并通过串口通信，将温度数据传输到电脑上，然后通过上位机程序进行显示。上位机程序采用LabVIEW进行设计，可以同步显示多路温度的实时变化曲线。

关键词：电力载波通信，多点温度采集，LabVIEW

0 引言

随着社会的发展、科技的进步，数据采集已经变得特别重要，尤其是在智能化高速发展的领域。而温度则是数据采集中最常见也是极其重要的一个参数。不论是日常生活还是工农业生产中经常要用到温度的检测及控制。温度是一种最基本的环境参数，生活和生产中很多地方都需要实时测量温度，尤其是在工业生产中，因此研究温度的测量方法具有重要的意义。

目前国内外通用的数据传输方式有WIFI、ZigBee、光纤、导线等。而对于多点温度数据采集来说更多的是应用WIFI和ZigBee等无线传输方式，这样可以避免架设错综复杂的通信线路的麻烦，尤其是在远距离传输的情况下，这种无线传输的优势更加明显。但这就需要构建一个无线通信网络，虽然省去了建设通信线路的成本，但就目前而言，建设无线通信网络的成本也是很高的。而电力载波通信则可以同时满足上述两点要求，无需重新建设通信线路，直接将信号搭载在已有电力线上进行传输，同时其通信成本要低于建设无线通信网络的成本。

1 系统设计方案

根据设计要求，本课题研究的具体内容包括下面几个方面：

1）电力载波通信的原理及设计研究；

2）系统的总体设计方案；

3）微控制器的开发和应用；

4）LabVIEW串口通信程序的开发；

5）信号传输中遇到的问题，系统的软硬件联调。

本次设计的基本思想是采用STC89C52RC微控制器作为核心，利用其丰富的I/O接口与外围电路配合进行控制，系统总体框图如下图1-1所示。

图1-1系统总体框图

2 系统硬件设计

该系统硬件框图如图2-1所示。采用74HC595来驱动8位LED数码管动态显示来实时显示目前的温度值。主机1通过载波通信模块接收从机发来的温度信息，并进行显示，然后通过74HC595将数据传输到主机2的IO口，主机2接收到主机1传来的数据后，接着把温度信息通过串口通信传递给PC机，然后通过上位机程序进行处理显示。

图2-1系统硬件框图

系统各个模块的设计：

1）微处理器模块：系统的控制单元，负责信息的采集和收发、显示等功能；

2）温度显示模块：74HC595驱动LED数码管用于显示温度值；

3）温度采集模块：DS18B20及其外围拓展电路配合进行温度的测量；

4）载波通信模块：配合微处理器的串口进行电力线通信，远程传输温度数据；

5）串口通信模块：用于微控制器与PC机通信；

3 系统软件设计

本系统主要分为3个部分：从机、主机和上位机。所以在程序设计时也要分为3大部分分别设计。

从机部分：从机主要的功能是温度采集和传输。它需要实时的采集温度数据，并显示出当前温度，当主机1请求发送数据时，该从机必须响应请求，传送当前采集的温度数据给主机1。

主机：主机包含主机1和主机2，主机1的作用是不断的逐个向各个从机发送命令以获得当前从机的温度数据，同时还要显示当前从机的温度和编号。然后将读取的数据通过74HC595传送到主机2。主机2需要完成和PC机的串口通讯，它需要实时读取IO口的变换以获取主机1发送来的数据，同时将该数据通过串口发送给PC机。

上位机：采集主机2发送来的数据并进行显示。

3.1 从机软件设计

从机负责采集温度然后等待主机1的命令，当该从机接收到主机1呼叫它的地址时，开始向主机1传送数据，否则不会向外发送数据，只是循环的判断主机1发送的数据，并继续检测温度信息，刷新显示数据。所以它的软件构成分为两大部分：DS18B20温度采集和串口通信。其程序流程图如图3-1和3-2所示。

图3-1温度采集程序流程图 图3-2中断服务子程序流程图

3.2 主机软件设计

图3-3主机1主程序流程图 图3-4中断服务子程序流程图 图3-5主机2主程序流程图

3.3 上位机程序设计

设计的上位机人机交互界面主要是实时数据窗口。实时数据窗口主要是用于实现3路温度数据的实时显示、实时温度变化曲线显示。并且可以在本界面设定串口的有关配置，如波特率、数据位、奇偶校验位等；另外可以选择数据的数据的存储路径等。因为实时窗口显示的数据是变动的，在进行数据显示时，除了显示温度值外，还显示出采集到温度所对应的时间。

图3-6上位机程序界面

4 系统调试和总结

4.1 系统调试

首先进行仿真调试，打开上位机设置好串口的参数后，打开Proteus仿真电路，然后运行上位机。这里对仿真电路的参数进行设置，从机1采集温度设置为23.5摄氏度，从机2采集温度设置为18摄氏度，从机3采集温度设置为7摄氏度。上位机测试界面如下图4-1所示。

图4-1上位机测试结果

接下来进行实物调试，打开上位机设置好串口的参数后，打开主从机电源开关，然后运行上位机。采集当前室温，从机1采集温度为26.6摄氏度，从机2采集温度为26.8摄氏度，由于实物制作没有从机3，所以温度值为0摄氏度。将测试的数据进行保存，测试结果如下图4-2所示。

图4-2数据存储测试结果

4.2 总结

在本次毕业设计，通过基于典型微控制器的设计和应用，对于单片机工作原理、功能有了宏观的了解，并对单片机程序设计有了新的、进一步的认识。在调试过程中遇到问题，解决问题，极大的锻炼了我的处理问题能力和动手能力。

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