多路远程温度测量系统设计

毕业设计（论文）I多路远程温度测量系统设计摘要多路远程温度测量系统是利用下位机实时温度的采集，并将结果传输到上位机。以达到对温度的比较、控制。本设计用MCS-51单片机为主要硬件，设计了包括温度采集，温度显示，串口通信等外围电路。而且对所设计电路给出了相应的软件设计，包括串行口初始化,数据采集和数据传输等程序。在温度测量部分采用具有“一线总线”接口的数字传感器DS18B20，实现单线多点数据的采集。多路远程温度测量系统是典型的集散式控制系统。由下位机、上位机、和通讯网络三部分组成。下位机是基于单片机AT89C2051和DS18B20的高精度温度采集系统，功能是对温度的检测与输出控制。上、下位机之间通过RS-485协议构成网络系统。关键词：MCS-51，DS18B20，温度采集，远程通信毕业设计（论文）IIABSTRACTThemonolithicintegratedcircuitisthemainhardware,Inordertorealizedesigngoalthisdesignincludingtemperaturegathering,thetemperaturedemonstratedthat,thesystemscontrol,strungtogetherperipheryelectriccircuitandsoonmouthcorrespondence.Moreovertodesigntheelectriccircuittoproducethecorrespondingsoftwaredesign,includingserialprocedureandsoonmouthinitialization,datagatheringanddatatransmission.The1-WirebusdigitalthermometerDS18B20isusedtomeasuretemperature.Itcanrealizethe1-Wiremulti-pointcollection.Severalpointsoftemperatureexaminationsystemistypicallyconcentrate-dispersesystem.Itconsistsofupamachine,bottomamachine,andcommunicationnetwork.BottomamachineisahighaccuracydatacollectionsystemthatbasesonthemicrocontrollerAT89C2051andtheDS18B20system.Itsfunctionistotemperatureandoutputthecontrol.Theupmachineandbottommachinesconstituteofnetworksystem,viars-485bus.KEYWORDS:MCS-51,DS18B20,Temperaturegathering,Tekecommunications毕业设计（论文）III目录第一章绪论.........................................................1第二章多路远程温度测量系统设计要求与设计方案.......................22.1系统设计任务和要求...........................................22.2课题分析....................................................22.3方案比较与论证..............................................22.3.1温度传感器的选择.......................................22.3.2显示部分...............................................32.3.3主控芯片的选择.........................................32.3.4远程传输模块的选择.....................................32.4方案选定.....................................................4第三章多路远程温度测量系统的硬件设计..............................53.1总体设计.....................................................53.2主板部分电路设计............................................53.2.1AT89C51单片机的性能及应用.............................53.2.2显示模块设计...........................................63.2.3串行通信...............................................63.2.4电源模块...............................................63.3分板电路设计.................................................73.3.1AT89C2051单片机的性能及应用...........................73.3.2DS18B20芯片简介及接口设计.............................7第四章多路远程温度采集系统的软件设计...............................84.1软件设计总论................................................84.1.1软件设计的一般方法.....................................84.1.2程序流程图设计.........................................84.2汇编语言的产生及特点.........................................84.3总体及各分模块程序设计......................................94.3.1主板主程序设计.........................................94.3.2分板主程序设计........................................104.3.3串行通信程序设计......................................104.3.4温度采集程序设计......................................124.3.5LCD显示设计..........................................184.4软件抗干扰技术..............................................204.4.1软件陷阱技术..........................................204.4.2软件看门狗技术........................................20结论.............................................................21致谢..............................................................22参考文献...........................................................23附录..............................................................24毕业设计（论文）1第一章绪论温度的监视和控制可以说是现代化工、农业最常用的技术，常用于农用系统、音频设备、汽车、气象控制、GPS设备、医疗装置、电信等方面。例如进行田间温度测量，将温度传感器放置在所需测量的农田的各个位置，在土壤表面，深入到作物根系附近，放置到植物的顶端，测量同一时间内不同位置的温度，经过一段时间的采样从而分析温度对作物生长产生的影响；还可以在粮库存储的粮食中均匀分布温度探头，监测不同位置的粮食的温度变化，防止或尽早处理霉变现象。对于这类的温度测量需求，传统的人工测量已经远远的不能满足，而现有的大多数温度测量装置采用热电偶进行温度测量，热电偶发出模拟信号且信号比较微弱，需要先经过增益放大，再进行A/D转换，最后送交给MCU处理。这样的系统控制多个温度探头需要考虑很多因素，而且多个探头的连接也会使整个系统的构成变得非常复杂，不利于实际应用。DALLAS公司出品的单总线数字传感器DS18B20，其不仅适用与高温或低温的环境，也适用于自然环境或接近自然温度的检测，如：对冷冻室或冷藏室温度的监测，粮食储备的温度监测，蔬菜大棚、花房的温度监测，程控交换机室的温度监测，孵化室温度监测等等对环境温度要求较严格的场合。DS18B20在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面与传统各种温度传感器相比，有无可比拟的优越性，因而广泛应用于过程控制、环境控制、建筑物、机器设备中的温度检测。而对于远程传输这一课题在本系统中也是不得不考虑的一个因素。连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。采用何种传输协议有效地扩展测量半径是我们要解决的一个问题。从当前发展趋势可知，利用一个仪器对多个温度进行测试是很有必要的，于是，多路远程温度测量系统的开发便应运而生。毕业设计（论文）2第二章多路远程温度测量系统设计要求与设计方案2.1系统设计任务和要求用单片机、集成温度传感器、LCD或LED等设计一温度测量电路，该电路还能进行远距数据传输。测量温度范围：-40℃～+125℃；传输距离：大于100米。2.2课题分析首先，对于多路温度测量，温度探头的低功耗是十分重要的，同时还要满足易于控制的条件，测温范围也必须达到或超过题目要求。因此选择合适的温度传感器成为本次设计的重中之重。再次，对于传输距离大于100米的要求，如若直接将温度传感器用大于100米的普通连接线连接到单片机上，不可避免的会产生信号的衰减，甚至会由于外界的干扰造成传输误码率升高。要解决这个问题，只能通过专用的单片机串口通信设备芯片解决2.3方案比较与论证2.3.1温度传感器的选择根据题目要求，设计一温度测量电路，能够通过温度传感器测量并显示被测量点的温度，常用的温度传感器可分为3大类：方案一：热电偶式热电偶具有构造简单,适用温度范围广,使用方便,承受热机械冲击能力强以及响应速度快等特点,常用于高温区域,振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合;但其信号输出灵敏度比较低,容易受到环境干扰和前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化。方案二：电阻式电阻式可用来测量-220~850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至-272℃，高温可测量至1000℃，互换性差，非线性严重，在腐蚀介质中使用时，易氧化，因此，只能用于低温及无腐蚀性的介质中。虽然测量温度范围广，但热稳定性差。方案三：数字式DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器为“一线式器件”，体积更小、适用电压更宽、更方便。其测量温度范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围毕业设计（论文）3内,精度为±0.5℃。其内部有A/D、D/A转换装置，用户可以设置温度的上下限，并具可以直接与单片机进行通讯。现