【正文】 正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。 課題研究內(nèi)容 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計 與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。 目的是對工業(yè)生產(chǎn)的溫度傳感與溫度控制進行模擬實驗，學(xué)習(xí)單片機用于工業(yè)生產(chǎn)的溫度傳感與溫度控制技術(shù)的方法 。 本畢業(yè)設(shè)計介紹了溫度計的測量和控制之間的關(guān)系：檢測是控制的基礎(chǔ)和前提，而檢測的精度必須高于控制的精確度，否則無從實現(xiàn)控制的精度要求。不僅如此，檢測還涉及國計民生各個部門，可以說在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無時不在進行檢測?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢測技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)的。現(xiàn)代化的檢測手段能達到 的精度、靈敏度及測量范圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。同時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展達到的水平越高，又為檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。目前溫度計的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數(shù)字溫度計、電子溫度計等等。目前的溫度計中傳感器是它的重要組成部分，它的精度靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。但是，作為應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員需要根據(jù)系統(tǒng)要求選用適宜的傳感器，并與自己設(shè)計的系統(tǒng)連接起來，從而構(gòu)成性 能優(yōu)良的監(jiān)控系統(tǒng)。 主要解決以下內(nèi)容： 1．對 8 處不同的測試點巡回檢測其溫度，進行集中管理，集中控制。 2．在測量范圍內(nèi)可以正常顯示。 3．采用 遙控器 來控制，可以進行位置溫度的顯示選擇 和高低溫報警溫度的設(shè)置 。 4. 實時溫度高于設(shè)定高溫報警溫度或低于設(shè)定報警低溫溫度時，蜂鳴器發(fā)出報廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 警，同時發(fā)光二極管顯示報警點。 5．系統(tǒng) 有較強的抗干擾性能。 6．有較高的分辨率，極好的可維護性。 2. 系統(tǒng)設(shè)計方案 設(shè)計要求 本設(shè)計是基于單片機的溫度傳感與溫度過程控制的硬件設(shè)計。 設(shè)計要求： 技術(shù)指標 〈一〉測溫范圍： 0℃ — 125℃ 〈二〉 八 路溫度數(shù)字顯示，顯示分辨率 度 〈三〉 溫度誤差：177。 度 系統(tǒng)功能 〈一〉 對工農(nóng)業(yè)實現(xiàn)不同點巡回測溫并且顯示，如溫控箱、蔬菜大棚等 〈二〉遙控器功能：遙控器遠程設(shè)定報警溫度，選擇測量的實時溫度顯示 〈三 〉 報警功能：上下限溫度可任意設(shè)定。高于或低于設(shè)定報警溫度，蜂鳴器發(fā)出響聲報警，同時發(fā)光二極管亮。 系統(tǒng)組成及工作原理 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成如圖 21所示。本系統(tǒng)是由 溫度傳感器進行溫度信號采集 ， 將溫度信號直接 轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后 經(jīng)過 AT89S51單片機 的電平輸出來給控制電路中的蜂鳴器，從而實現(xiàn)了對 溫度 的報警 。另外，本設(shè)計還可以把溫度在共 陽 數(shù)碼管上顯示出來，通過電路板上面的按鍵也可以進行 手動溫度的 控制。 單片機控制模塊 溫度傳感器 PC顯示 聲光報警模塊 顯示模塊 遙控模塊 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 21系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖 工作原理 本系統(tǒng)是采用 STC89C52RC 單片機作為設(shè)計核 心的溫度傳感與溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時單片機發(fā)送指令給溫度傳感器，溫度傳感器傳送采樣溫度到單片機，單片機對采樣溫度進行濾波后，送 到共陽數(shù)碼管中顯示出傳感器的 溫度 ， 并與設(shè)定的目標溫度比較，然后由單片機發(fā)送溫度處理命令，如果采樣溫度越限，則進行 聲光 報警。 為 了 方便控制 ， 本設(shè)計 還 采用遙控作為單片機的輸入設(shè)備，實現(xiàn)對報警溫度的設(shè)置，測量點的選擇顯示，實現(xiàn)遠距離控制，對于不能近距離接觸等很容易實現(xiàn)控制。采用紅外發(fā)射接收 TC9012011 進行遙控。 方案的選擇 根據(jù)設(shè)計要求對控制器可以有以下 2種選擇： 傳統(tǒng)的測試方案： 各測試點的溫度值經(jīng)過測溫元件熱電偶、熱電阻等，被轉(zhuǎn)化為電信號，這樣得到的多路采樣信號經(jīng)濾波器、放大器、多路開關(guān)及 A/D 轉(zhuǎn) 換電路，由單片機控制通道 A/D 轉(zhuǎn)換，實時對電壓信號進行采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換。這種方案是單片機處理非電量信號的典型方法 ； 現(xiàn)代廣泛采用的智能設(shè)計方案：采用數(shù)字傳感器和單片機結(jié)合使用， 用先進的數(shù)字式溫度傳感器，將采集到的數(shù)字式信號直接送入單片機進行處理。這種方案中的溫度傳感器兼有測溫和 A/D轉(zhuǎn)換的功能，輸出值是數(shù)字信號，所以不必使用 A/D 轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，能夠直接進入單片機進行數(shù)字信號處理。硬件電路 的設(shè)計也更加簡便 ，有較好的線性關(guān)系和較強的抗干擾能力。 該方案被現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛的采用。 方案的確定 設(shè)計選擇方案 2，方案 2的優(yōu)點如下： 第一 種方案由于 硬件復(fù)雜、線性度不高 ，不適用于智能溫度傳感器的設(shè)計 ，我們將采 用第二種方案，而且第二種方案 所采用的電子器件技術(shù)比較先進可靠 實現(xiàn)起來非常容易。 另一方面，考慮到電路中的干擾，以及在各種環(huán)境下的干擾，設(shè)計的時候，我們加進去了電容濾波和二極管整流，對在一些 電干擾 較強的區(qū)域工作時， 可以避免受到各種電干擾。 方案 2 用到的元件如下： 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 STC89C52RC 單片機 ，數(shù)據(jù)傳輸串口電平轉(zhuǎn)換芯片 ， 四位共 陽 數(shù)碼管， 蜂鳴器 ， 數(shù)字 溫度傳感器。 方案 2 設(shè)計的要求： 一、設(shè)計采用 的 單片機滿足了系統(tǒng)速度的要求； 二、設(shè)計采用的 溫度傳感器的精度滿足了要求，精度為 177。 ℃； 三、設(shè)計采用的共陽數(shù)碼管來顯示傳感器的溫度； 四 、設(shè)計采用穩(wěn)壓電源供電。 3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件總體設(shè)計 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖見圖 3－ 1。 圖 31 系統(tǒng) 硬件框圖 單元電路的設(shè)計分為以下 6個部分 : 溫度傳感模塊； 單片機控制模塊； 遙控器模塊； 單片機 溫 度 傳感器 遙控器 LED 顯示 發(fā)光二極管及蜂鳴器報警 串口通信 ~ P0、 P2 P1 、 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 LED 顯示模塊； 二極管及蜂鳴器報警模塊； MAX232 傳輸模塊 整個溫度傳感與溫度過程控制的接線圖如附錄 五 所示。 溫度傳感模塊 溫度傳感模塊主要的器件就是數(shù)字溫度傳感器，它對被控溫度進行采樣，傳輸給控制器，因為實驗的條件限制，本設(shè)計采用的是數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 技術(shù)性能描述 1. 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 2． 測溫范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 3． 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8 個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫 4． 工作電源 : 3~5V/DC 5． 在使用中不需要任何外圍元件 6． 測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 7． 不銹鋼保護管直徑 Φ6 8． 適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 9． 標準安裝螺紋 M10X1, , G1/2”任選 10 .PVC 電纜直接出線或德式球型 接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 應(yīng)用范圍 1. 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 2. 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 3. 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 5. 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 產(chǎn)品型號與規(guī)格 型 號 測溫范圍 安裝螺紋 電纜長度 適用管道 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 TS18B20 55~125 無 m TS18B20A 55~125 M10X1 DN15~25 TS18B20B 55~125 1/2”G 接線盒 DN40~ 60 接線說明 特點獨特的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V 至 V 無需備用電源 測量溫度范圍為 55 176。 C 至 +125 ℃ 。華氏相當于是 67 176。 F 到 257 華氏度 10 176。 C 至+85 176。 C 范圍內(nèi)精度為 177。 176。 C 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位溫度轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字格式最大值為 750毫秒用戶可定義的非 易失性溫度報警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng) 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計提供 9 至 12 位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到 /從 DS18B20 通過 1 線接口，所以中央微處理器與 DS18B20 只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個 DS18B20 的包含一個獨特的序號，多個 ds18b20s 可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機器，并進 行過程監(jiān)測和控制。 DS18B20是美國 DALLAS公司生產(chǎn)的新型單總線數(shù)字溫度傳感器，如圖 3所示。DS18B20采用 3腳 (或 8腳 )封裝，從圖 32中看到，從 DS18B20讀出或?qū)懭藬?shù)據(jù)僅需要一 I／ O口線。并且以串行通信的方式與微控制器進行數(shù)據(jù)通信。 圖 32 DS18B20管腳圖 該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、 A／ D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 上，傳感器直接輸出的就是溫度信號數(shù)字值。信號傳輸采用兩芯 (或三芯 )電纜成的單總線結(jié)構(gòu)。一條單總線電纜上可以掛接若干個數(shù)字溫度傳感器，每個傳感器有一個唯一的地址編碼。微控制器通過對器件的尋址，就可以讀取某一個傳感器的溫度值，從而簡化了信號采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。采集端口的連接線減少了 50倍，既節(jié)省了造價，又給現(xiàn)場施工帶來極大的方便。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能特點 DS18B20是實現(xiàn)單總線測控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33所示。主要包括：寄生電源、溫度傳感器、 64位激光 ROM 和單總線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM、用于存儲用戶設(shè)定溫度上下限值的 TH和 TL觸發(fā)器、存儲與控制邏輯、 8位循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)發(fā)生器等七部分。 圖 33 DS18B20內(nèi) 部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20內(nèi)部存儲器由 ROM、 RAM和 E2ROM組成。其中， ROM 由 64位二進制數(shù)字組成，共分為 8個字節(jié)，字節(jié) 0的內(nèi)容是該產(chǎn)品的廠家代號 28H，字節(jié) 1～字節(jié) 6的內(nèi)容是48位器件序列號，字節(jié) 7是 ROM前 56位的 CRC校驗碼。由于 64位 ROM 碼具有唯一性，在使用時作為該器件的地址，通過讀 ROM命令可以將它讀出來。 RAM是由 9個字節(jié)的高速暫存器和非易失性電擦寫 E2ROM組成。其中字節(jié) 0、 1存儲當前溫度，字節(jié) 3存儲上、下限報警溫度 TH和 TL，字節(jié) 4是配置寄存器，字節(jié) 8是 RAM前 64位的 CRC校驗碼。 RAM 中 EEROM用于存儲 TH、 TL和配置寄存器的值。數(shù)據(jù)先寫人 RAM，經(jīng)校驗后再傳給 E2ROM。通過 DS18B20功能命令對 RAM進行操作。 DS18B20的溫度測量范圍是一 55℃ ～ +125℃ ，分辨率的默認值 12位。檢測溫度由兩個字節(jié)組成，字節(jié) 1的高 5位 s代表符號位，字節(jié) 0的低四位是小數(shù)部分，中間 7位是整數(shù)部分；字節(jié) 4是配置寄存器控制字的格式，當 R1R0的值為 00B、 01B、 10B、 llB廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 時，對應(yīng)的分辨率為 1 12位，轉(zhuǎn)換時間為 93ms、 187ms、 375ms、 750ms。 當 主機發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 (44H)時，便啟動了溫度轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換時間最長 750mS。主機通過讀暫存器功能命令 (BEH)，將溫度值讀出。通過寫暫存器功能命令，改變分辨率的設(shè)置。 DS18B20有兩種供電方式： 3． 0V～ 5． 5V的電源供電方式和寄生電源供電方式 (直接從數(shù)據(jù)線獲取電源 )。電源檢測電路用于判定供電方式。 DS18B20 的通信協(xié)議 數(shù)字式溫度傳感器和模擬傳感器最大的區(qū)別，是將溫度信號直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后通過串行通信的方式輸出