| 摘要：介绍了一种基于双串口高速微控制器DS87C520的智能化、网络化、数字化的分布式温湿度数据采集系统，该系统一方面可通过与数字化温湿度传感器通信来获得温湿度数据 另一方面可以与上位机进行周期性或随机性的通信，从而实现对温湿度的采集、存储和打印等功能的操作。
关键词：DS87C520；温湿度；数据采集
近年来，随着人们生活质量的不断提高，以及楼宇智能化、自动化的不断兴起与普及，许多大型场所如购物中心、酒店、写字楼等都需要较为舒适的温湿度环境，因此，精确的温湿度数据在温湿度控制系统中显得极为重要。本文结合科研课题研究开发了一个基于双串行口微控制器ＤＳ８７Ｃ５２０的高精度、高速度、稳定可靠的分布式温湿度数据采集系统，该系统可以实时记录和分析温湿度数据。
１ 温湿度采集系统的总体设计
本温湿度采集系统分别通过ＲＳ－４８５、ＲＳ－２３２总线和相关的协议来实现与智能传感器、上位ＰＣ机的通信。温湿度采集控制器定时与智能传感器通信以获得实时温度和湿度，同时通过ＤＳ８７Ｃ５２０进行数字化处理，以便将ＢＣＤ码为００～７０的温度采样值和００～９９的湿度采样值分别与－２０℃～５０℃的温度和０％～９９％ＲＨ的湿度相对应，之后将结果在七段数码管上显示出来。上位机与温湿度采集控制器进行定时或随时通信可以得到各个传感器的最新采样值，并对数据进行储存和处理，以备查询分析及报表打印。
２ 温湿度采集系统的硬件设计
本系统中的双层网络体系要求温湿度采集控制器具有两个串行口，考虑到系统抗干扰能力等诸多因素，笔者选用Ｄａｌｌａｓ公司的全双工双串口高速微控制器ＤＳ８７Ｃ５２０作为主控制单元。智能温湿度传感器内部含有微处理器，可以实现非电量到电压模拟量的线性转换。系统工作时，先通过Ａ／Ｄ转换将温湿度模拟信号采样到微处理器，然后由微处理器对采样所得的数字信号进行查表计算处理便可得到相应的数字量之后再将数字量由Ｄ／Ａ转换成电压信号输出，最后通过串口进行数据的传输。
２．１ ＤＳ８７Ｃ５２０简介
ＤＳ８７Ｃ５２０高速微控制器具有与Ｉｎｔｅｌ８０Ｃ５１兼容的指令集以及相同的引脚和基本资源，而且由于使用了全新设计的处理器内核，同时去掉了冗余的时钟周期和存储周期，所以在相同频率的晶振下，每条指令的执行速度可以提高１．５～３倍。因此在使用相同代码编写的程序和同样速度的晶振情况下，程序的执行效率一般可提高２．５倍。 ＤＳ８７Ｃ５２０可在高达３３ＭＨｚ的晶振下工作。其主要特点如下：
● 带有２５６字节的片内ＲＡＭ、１６ｋＢ的片内ＥＥＰＲＯＭ、１ｋＢ的内部ＳＲＡＭ；
● 带有两个全双工串口；
● 每个机器周期只要４个时钟周期（８０Ｃ５１的一个机器周期需要１２个时钟周期）。
２．２ ＤＳ８７Ｃ５２０双串口寄存器的设置
ＤＳ８７Ｃ５２０带有２个全双工的串行口，使用起来非常方便。通过设置串口控制寄存器ＳＣＯＮ０９８Ｈ和ＳＣＯＮ１Ｃ０Ｈ可以选择串口的工作方式；而通过设置ＰＣＯＮ８７Ｈ和ＷＤＣＯＮ Ｄ８Ｈ则可选择串口工作的波特率；需要注意的是：串口２只能使用定时器１作为波特率发生器，而串口１则既可使用定时器１，也可使用定时器２。本系统中由于两个串口波特率一致，故均采用定时器１作为波特率发生器。
２．３ 双串口硬件电路
ＤＳ８７Ｃ５２０与传感器之间用ＲＳ－４８５总线实现通信，接口芯片选用ＭＡＸ４８７，该芯片的输入阻抗为ＲＳ－４８５标准输入阻抗的４倍，故可以在总线上连接多达１２８个传感器。温湿度采集控制器通过ＤＩＰ开关来读入接入的传感器总个数，并通过按键选择自动操作模式或者手动操作模式。如为自动操作模式，温湿度采集控制器将按传感器由小到大的地址编号顺序与传感器进行通信以获得每个传感器对应的温湿度数据；而在手动模式下，只要将键盘所指定的传感器编号输入，系统便可将查询到的信息包括传感器号、温度和湿度值等显示在数码管上。
考虑到通信成本和通信距离，采用ＲＳ－２３２总线与上位机通信，并用ＭＡＸ２３２进行电平转换。
３ 温湿度采集系统的软件设计
３．１ 网络体系结构与通信协议
温湿度采集系统网络体系采用三层结构，从下往上依次为物理层、链路层和应用层。
物理层采用ＥＩＡ ＲＳ－４８５总线标准，以双绞线为传输介质，最大通信距离为１２００米，最大从机个数为１２８台（使用ＭＡＸ４８７），数据传输速率为２４００Ｂｉｔ／ｓ，数据传输格式为：１位起始位，８位数据位，１位停止位，无奇偶校验位。
链路层参照ＨＤＬＣ（高级数据链路控制）标准制定，采用适合于主－从网络的正常操作－响应模式。帧的定义格式为：帧开始符、目的地址、发送地址、控制、信息、校验和帧结束符。
应用层用标志７ＥＨ（同步字符）所包含的内容作为一帧；控制字为１个字节，最低位０或１分别表示信息帧或管理帧；管理帧无信息段，信息帧则根据实际情况决定其字节数。校验段占一个字节，其值为控制字、地址和信息三部分内容的逻辑和。
３．２ 网络通信程序的设计
温湿度采集控制器每隔２ｓ向所有智能传感器发送一次数据请求，同时启动通信监控计时器。每收到一帧后即判断校验和(ＢＣＣ)是否出错，若出错则废弃该帧，同一帧的纠错重发最多为３次，超过３次仍不正常，则退出并报警；若通信监控定时器定时时间已到但仍未收到应答，则重发，最多重发３次，若仍无应答，则退出并报警。通信正常时，即可将最新的各智能传感器的温湿度值存入温湿度表，以备上位机查询。温湿度采集控制器通过串口中断方式与上位机通信。当与上位机进行周期性数据通信时，则将温湿度表中存储的各最新传感器温湿度值上传给上位机；若上位机需要查询某一传感器的实时温湿度值时，则立即向该传感器发送数据请求，同时回送最新温湿度值给上位机。
３．３ 温湿度采集系统上位机软件的实现
上位机管理软件采用Ｄｅｌｐｈｉ ６．０编写。该程序主要包括两个部分：一是与温湿度采集控制器的通信，另一个是数据的处理。
Ｄｅｌｐｈｉ中有３种方法可以实现通信功能：一是使用Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统提供的ＡＰＩ函数；二是使用Ｄｅｌｐｈｉ自带的串行通信控件ＡｃｔｉｖｅＸ的ＭＳＣｏｍｍ；三是使用第三方控件。但无论使用那种方法，最后一个阶段都要调用ＡＰＩ函数，并由ＡＰＩ函数执行通信操作。因此，笔者采用第一种方法直接使用ＡＰＩ函数来完成上位机与控制器的串行通信。
由于在Ｄｅｌｐｈｉ的Ｗｉｎｄｏｗｓ．ｐａｓ单元文件中已经将Ｗｉｎ３２ ＡＰＩ声明，因此在Ｄｅｌｐｈｉ里面使用ＡＰＩ时，只要在ｕｓｅｓ区段中加入Ｗｉｎｄｏｗｓ即可。ＡＰＩ中与串行通信相关的函数约有２０个，本系统中使用到的ＡＰＩ函数如表１所列。用ＡＰＩ函数编写通信程序时，数据的读入和送出均以文件形式进行。
表1 温湿度采集系统使用的API函数
| 函 数 名 称 |
说 明 |
| CreateFile |
用来打开通信端口 |
| CloseFile |
用来关闭通信端口 |
| GetCommState |
取得串行端口设置参数 |
| SetCommState |
设置串行端口参数 |
| WriteFile |
将数据从串口送出 |
| ReadFile |
读入串口数据 |
| PurgeComm |
清除串口缓冲区 |
进行数据的存储和查询时，首先要在数据源管理器中加载建立的数据库，以备Ｄｅｌｐｈｉ进行访问；然后通过Ｄａｔａｓｏｕｒｃｅ、Ｑｕｅｒｙ 和ＤＢＧｒｉｄ三个数据库控件来访问一个由ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ建立的数据库。最后通过ＳＱＬ语句完成数据的插入、查询等工作。
４ 结束语
实际运行情况表明：基于ＤＳ８７Ｃ５２０的分布式温湿度数据采集系统在双层总线网络结构中，对于大量数据的通信和处理比传统的５１系列单片机在稳定性、准确性和可靠性等方面更胜一筹，因而具有较好的推广应用前景。 |
