监测仪的硬件系统由电源、光电转换装置、C8051、LED、RS485、JTAG等部分组成。每个监测仪控制六个光纤温度传感器，即六个通道。光纤温度传感器将温度的高低转变为光纤中的光的强弱，光电转换装置将光强转变为电压，通过引脚 AIN0－AIN7，C8051 芯片光电转换后的电压传入其芯片内部，调用已设定好的程序对数值进行处理。LED 由 CPU 控制，采用三位数码管显示，第一位显示通道号，二三位显示温度值。RS485 串口传送，用于监测仪与上位 PC 机间的数据传送。JTAG 用于软件的调试与安装。通过整压、稳压、降压后形成的 3.0V 的稳压电源，供单片机使用。由于采用了新型芯片 C8051 使电路的设计更加简单，省去了放大电路、A/D 转换电路、不用再扩展引脚。所以整个电路的设计显的简单高效。
硬件系统总体框图，如图 4-2所示。
模拟输入AIN0P1.0AIN73.0VC8051F005P1.7P0.4LEDRXDTXDRS485稳压电源P0.7JTAG蜂鸣器图4-2硬件系统总体框图
Figure 4-2 overall block diagram of the hardware system
4.2.2 RS485 与 C8051的接口电路设计
本设计的监测仪由单片机控制，可发挥其接口简单，数据传输方便，价格低等优点。RS-485 总线收发器运用具有光电隔离的数据通讯接口 MAX485，利用它构成的外电路比较简单，数据传输稳定、可靠、命令简单。可以实现与间隔层IED之间进行通信。如图4-3为RS485与C8051的接口电路图。
5V4TXD1RXD23VCCBAGNDP0.0C8051P0.1P0.2DIROREDEMAX4858765
图4-3 RS485与C8051的接口电路图
Figure 4-3 RS485 interface circuit diagram of the C8051
由表4-1可见：DE 为发送器输出使能端，DE＝l 时，允许发送器工作，DI 端 为输入端，A、B 端为输出端；DE＝0 时，发送器被禁止，输出端为高阻。从表 4 －2 可见，RE 为接收器输入使能端，RE＝0 时，允许接收器工作，A、B 为输入端，RO 输出端；RE＝l 时，接收器被禁止，RO 为高阻。在图 4-3中，将 DE 与 RE 端接在一起，并与 C8051 单片机的一个 I/O 口(P 0.2)相联，通过 P0.2 口控制 MAX485的工作状态。
表4-1 MAX485的发送功能表 Tab4-1 TableMAX485 of sending
输入 DE DI 1 1 1 0 0 X
表4-2 MAX485的接收功能表 Tab 4-2 MAX485's reception menu
输入 RE A-B 0 +0.2V 0 -0.2V 输出 A B 1 0 0 1 高阻 高阻 输出 RO 1 0 0 输入开路 1 X 1 高阻
4.2.3 上位机与监测仪的串口设计
PC机监测仪监测仪RS232Max485Max485RS232/485转换器图 6上位机与监测仪的串口设计
一般 PC 机提供标准的 RS232C 接口，该接口采用负逻辑，与 CMOS、TTL 电路的相连需要专用集成电路进行电平转换。由于检测仪器电平是 TTL 电平，与标准RS232 不兼容，又考虑到通信距离，我们采用 Maxim 公司生产的 Max485 芯片将TTL 电平转化为 RS485 标准，然后再进行 RS485 与 RS232 之间的转换，再与 PC 机的串口连接，可以选用隔离型的 RS232／485 转换器实现，如图6所示。这种通讯方式延长了通信距离，最长可达 1200 米，提高了系统的可靠性。
4.2.4 电源电路设计
因为 C8051 系列单片机模拟电压电源最小值为 2.7V，典型值为 3.0V，最大值为 3.6V。而直接交流电源为 220V，因此就需要对接入的电源整流、稳压、降压，如图4-4为单片机电源电路设计图。
交流输入220V50HZu1电源变压器直流输出整流电路滤波电路稳压电路u2tu3ttu4uott图4-4 电源电路设计图
Figure 4-4 The power supply circuit design
电源变压器：将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2； 整流电路：将交流电压u2变为脉动的直流电压u2; 滤波电路：将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4；
稳压电路：消除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。 如图4-5为直流稳压电源原理图。
IN4001IN4007T1L1~220V/15Vu2C1220uFC20.1FC3C40.1F10uF32LM317T1R2 270R310KC5C622u0.1FFR11KRP5K图4-5 直流稳压电源原理图 Figure 4-5 DC power supply schematic
4.3 温度传感器的标定
对于该系统温度传感器对应电压的标定可以在实验室内用传感器对不同的温度梯度进行测定，通过检测部分得出标定曲线，然后经过软件设计，修正校准检测结果以得出准确温度值。为求得电压与温度之间的函数关系，本设计采用约束三次样条曲线差值计算方法，这种计算方法比起传统的三次样条曲线差值计算
方法，解决了过冲与欠冲的问题，光滑度差一些，但是各区间的分段函数更加准确。然后根据温度与电压之间的关系绘制成温度曲线图。下图为大致温度曲线图。
ToV
图4-6 温度曲线图 Figure 4-6 temperature graph
4.4监测模块软件设计
硬件电路完成以后，进行系统软件设计。首先要分析系统对软件的要求，然后进行软件的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设计。按整体功能分成多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。 根据实际需要，单片机数据采集系统需要完成的任务有：选择需要采集的通道及采集时间，并针对每个通道，采集相应的数据，在数码管上显示并存于存储器。再通过串行通信发送给上位机。随着国内单片机开发工具研制水平的提高，C5l 语言得到了更加普遍的使用
C5l 语言是一种记叙性程序语言，它是比较靠近硬件系统的，即与汇编语言比较接近。既有像汇编语言那样可以直接访问硬件和系统的功能，又有面向用户、容易记忆、便于阅读和书写的优点。
本系统数据采集程序用 C51 语言编写，单片机是测温系统的数据采集端，它主要完成对各个温度传感器所测的温度数据的读取、显示以及同上位机的数据传输。主程序流程如图4-7所示。系统初始化后就进行一次信号采集,接下来就