基于单片机的温度水位远程测控系统

2．2．1水位测量
先用非对称式多谐振荡器电路把水位传感器的阻值大小转换为振荡信号的频率，再用单片机内部的计数器测量信号的频率来测量水位。如图4所示，非对称式多谐振荡器电路由74HC04、C1、R5～R7和水位传感器的电阻Rw组成。该振荡器的振荡频率为f=1／[2．2(R5+R6+Rw)C1]。可选用四个电阻相串联，在电阻引线处引出5个水位探测电极，作为4水位测量传感器。由于水有导电性，水位的变化引起水位探测电极间的短路，改变水位传感器的电阻Rw的阻值，使振荡频率f发生变化。该振荡信号经非门隔离后接单片机的引脚PB1，由Tmega16片内16位计数器T1对振荡信号的频率f计数来测量水位高低。通过大量实验，对上述多谐振荡器电路和参数，当选用阻值分别为30、10、10、10 kΩ的4个电阻串联组成测量水位传感器时，振荡信号的频率f的值在60～415 Hz之间，用于水位测量，效果很好。

2．2．2温度测量
四路测温电路完全相同，选用NTC热敏电阻器测温传感器，每一路都是用一个阻值固定的电阻(如R1)与一个热敏电阻(如RT1)串联，对5 V电源电压分压，利用热敏电阻上的压降随温度变化而变化实现温度的测量。在图4中，四个热敏电阻RT1～RT4上的电压分别接到引脚AD0～AD3上。通过ATmega16内置的多通道10位A／D转换器转换为数字信号后由程序读取，分别用于测量储水箱水温、集热器温度、温差循环管道温度和供水温度。NTC热敏电阻具有电阻温度系数大，灵敏度高，体积小，响应速度快，能进行精密温度测量的优点，缺点是热电特性非线性现象严重。如使用TG408503(25℃时，阻值50kΩ，B值4050K，玻璃封装)NTC热敏电阻，在0～99℃范围内，电阻的灵敏度约为8500～100Ω／℃。因此使用时一般要进行线性补偿。通过计算和分析，在RT1～RT4选用玻璃封装。精度为50 kΩ±0．5％，B值为4 050K±1％的NTC热敏电阻，电阻R1～R4选用精度为20 kΩ±0．5％的金属膜电阻时，测温精度可达±1℃。
2．2．3 控制电路
从机通过PB0、PB2～PB4控制4路继电器，分别用来控制温差循环泵、辅助电加热、防冻电伴热带、上水电磁阀等。如在主机按“上水”键，主机将把信号发给从机，从机再将PB4置高，启动手动上水，再次按“上水”键，程序使PB4输出低电平口，手动关闭上水。其它功能和“上水”，基本相同。在PB0、PB2～PB4与继电器之间加入光电耦合器TLP521，用于隔离继电器的干扰。

3系统软件设计
测控系统的程序用C语言编写，程序并不复杂，主要包含有LCD显示，RS-485通信，行列键盘输入，A／D数据处理，继电器控制等几个程序模块。在该设计中虽然只是双机通信，但是为了将来扩展的需要，通信采用轮询方式。首先主机发送指令，从机接收指令，根据指令，判断执行相应动作。指令总共3种，所以用两位二值代码，代码有：00为查询，01为设置参数，02为手动指令传输。485通信流程如下：主机隔
50 ms发查询帧一>从机返回传感器数值数据帧；设置参数、状态等：主机发设置参数帧，启动定时器定时20 ms一>从机返回设置确认帧；若在定时时间内没有收到从机返回数据，则重新发送，一直等到从机返回正确数据。

4 结论
太阳能集热热水工程现已大量安装于工厂、宾馆、居民楼等需要提供大量热水的场所，与其配套使用的控制系统是不可缺少的部分。本系统以ATmega16为控制芯片，使用RS-485通信，主机和从机之间通信距离可达1 km以上。系统采用NTC热敏电阻和A／D转换测温的方案，电路简单，能满足太阳能集热热水工程中多路测温的精度要求。用非对称多谐振荡器电路测量水位的办法，水位传感器制作容易，成本低，可以实现水位的可靠测量。本系统功能实用，人机对话界面直观，操作简便，测控可靠，较好地解决了太阳能热水工程或其它一些场合对水位、温度的远距离测控的问题。