【文章內(nèi)容簡介】 3。 64 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 1 前言 糧食是人類賴 以 生存的不可或缺的物質(zhì)基礎，是人類從事各種活動的前提。為了防備戰(zhàn)爭、饑荒、以及其它一些突發(fā)性事件，國家需要對糧食進行戰(zhàn)略儲備。我國作為一個人口大國和農(nóng)業(yè)大國，同時也是自然災害頻發(fā)的國家，所以糧食儲備就顯得尤為重要，是關系國計民生的重要問題。因此，糧食的安全儲藏具有極其重要的意義。 我國是通過各種大型倉庫對糧食進行儲藏，在存儲方面存在著很多問題：潮濕發(fā)熱、發(fā)霉變質(zhì)、滋生害蟲等。而且我國糧食儲藏多屬于地方糧庫行為，某些地方官員逃避職責而對糧食儲藏情況不上報或者虛報，也導致了糧食在儲藏過程中的損失。為了能從某種程度上解決我國糧食儲藏問題，提高儲糧質(zhì)量，減少損失，我們不斷嘗試新技術(shù)、新方法，不斷升級完善傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，采用更智能、可靠、高效的新型監(jiān)測系統(tǒng)。 隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機應用已經(jīng)滲透到社會的各行各業(yè)，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、旅游業(yè)等等，隨著社會信息化建設程度的進一步加快，人們工 作和生活已經(jīng)越來越離不開計算機。管理信息系統(tǒng)就是計算機應用一個重要方面，它的使用，使原來以手工管理為主的管理模式過渡到管理的電子化、自動化，大大提高了 工業(yè) 、 農(nóng)業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ畹?效率。 伴隨著工業(yè)科技和檢測技術(shù)的日新月異，溫度檢測控制系統(tǒng)在近代工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度檢測系統(tǒng)的設計與研究有十分重要的意義。測量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場中獲取各種參數(shù)，運用科學計算的方法，綜合各種先進技術(shù)，使每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提 高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。 綜上所述， 為了能更好對糧倉環(huán)境進行監(jiān)測，且實現(xiàn)對分散性糧站的集中性監(jiān)測和管理， 結(jié)合計算機技術(shù)及溫度檢測技術(shù)，提出了一種 新型的糧倉監(jiān)控系統(tǒng) ， 基于 VB 的 溫度監(jiān)測系統(tǒng)。 牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設計 2 1 緒論 本設計 的背景及意義 溫度是日常生活中一種常見的測量數(shù)值，人們的生產(chǎn)與日常生活的溫度有著很密切的關系，在工業(yè)生產(chǎn)時離不開溫度的測量，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中也需要時時刻刻關注溫度的變化，所以溫度值檢測的重要性已經(jīng)不容忽視。 首先，我國是一個人口眾多的農(nóng)業(yè)大國，糧食生產(chǎn)、需求與儲備量很大。糧食在儲 備的過程中常因糧食的濕度過大而升溫發(fā)熱，又由于檢測手段的落后造成溫 度檢測 系統(tǒng)錯報或漏報，從而導致糧食大量的腐爛變質(zhì)，給國家?guī)砭薮蟮膿p失。 另外目前人工氣候室越來越多，通過自動控制溫度、濕度、光照以及 CO2等氣候參數(shù)能夠為不同物種的生長、發(fā)育、生理、生化過程創(chuàng)造理想的氣候環(huán)境條件，目前被廣泛應用于養(yǎng)殖、植保、組培、生物工程等領域。在人工氣候室監(jiān)控系統(tǒng)設計中，相對于其他氣候參數(shù)，溫度的控制不管是在范圍、精度和均勻性方面都有更高的要求。出于人工氣候室的安全、無污染等多方面的考慮，人員不能隨意進入。 再有就是電子 產(chǎn)品的生產(chǎn)，煤礦的開采，化工、發(fā)電、煉油等工業(yè)生產(chǎn)領域，溫度也都是重要的控制指標。對于這些領域，由于高溫高熱或危險性很大，人工檢測溫度也是不太現(xiàn)實的。在傳統(tǒng)的檢測技術(shù)中，多數(shù)是針對工業(yè)生產(chǎn)的需要。 隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對自己居住和辦公的環(huán)境有了更高的要求，首先就是要保持一個相對舒適的溫度，所以房間溫度檢測就成了一個最基本的問題。因此，國家在這一方面也做了明確規(guī)定：伴隨著社會主義市場經(jīng)濟高速飛躍，空調(diào)已經(jīng)成為日常生活和大眾消費中不可或缺的一 部分，在提高人民生活水平的條件下，也不可避免的消耗了很多資源。 為 達到進一步改善科學使用空調(diào)狀況，最大限度的 提高資源利用率，降低溫室效應產(chǎn)生的氣體，更大力度的珍愛環(huán)境， 制定了：冬季室內(nèi)空調(diào)溫度設置不得高于 20℃，夏季室內(nèi)空調(diào)溫度設置不得低于 26℃。 近些年來，伴隨著信息技術(shù)的不斷提高， 計算機測量控制系統(tǒng)在很多場合得到了深入應用。在計算機檢測系統(tǒng)中，溫度是測量過程中的一個必測的物理量，較為突出的是對于糧庫的糧食檢測、日常寫字樓、無人職守的基站等地點，溫度的控制和測量則顯得尤為關鍵。例如在身邊常見到的在糧食存儲過程中，為了避免糧食顆粒受潮，胚芽萌發(fā)，新陳代謝而產(chǎn)生霉變，必須 不間斷的檢測儲存糧食的溫度。傳統(tǒng)糧食溫度的檢測是靠人工測溫的方法，這不僅使糧庫測量工作人員工作量增大，且工作效率低，尤其是大型糧庫的溫度檢遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 3 測工作任務如不能及時完成，則有可能造成糧食大面積變質(zhì)。由于糧庫中糧倉的數(shù)目有多個，糧倉的高度也大小不一，所以在溫度檢測中，不僅需要考慮到溫度測量的準確性和可靠性，還應該考慮到不同位置溫度值的顯示，也可以稱之為多點問題。多點問題也是其他溫度測量 中的關鍵問題。 目前的溫度檢測技術(shù)是利用溫度傳感器和微機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)分析處理的新技術(shù)，是在生產(chǎn)過程中記錄和說明被加 工產(chǎn)品與溫度關系的技術(shù)。檢測得到的數(shù)據(jù)可被顯示為圖表或數(shù)字，它可以告訴生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度、在什么時間達到了什么溫度以及某一區(qū)域溫度的平均值等。通過分析數(shù)據(jù)，生產(chǎn)人員可以在控制室就能得到現(xiàn)場的相關溫度值，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管理的一體化、網(wǎng)絡 化 [1]。 本文提出的基于 VB 的溫度檢測系統(tǒng)不僅可以準確顯示各個測溫點的地理位置、實時溫度以及整個區(qū)域的平均實時溫度，還能提供一些其它統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為溫度控制提供依據(jù)。不僅如此，通過對歷史溫度記 錄數(shù)據(jù)的分析，還可以為使用者提供更多的理論依據(jù)。所以本系統(tǒng)的設計 具有較高的理論和使用 價值。 國內(nèi)外的現(xiàn)狀 國外的溫度檢測技術(shù)以 1984 年成立的英國達塔帕克公司為代表。該公司是世界上最先進的溫度檢測技術(shù)的代表。目前它的產(chǎn)品已遍布世界各地，主要生產(chǎn)精加工工業(yè)用烘爐溫度追蹤器、熱處理工業(yè)用高溫爐溫追蹤儀、陶瓷工業(yè)用爐窯溫度追蹤器、食品加工業(yè)用的多功能溫度追蹤器等。國際上另一個在該領域的先進技術(shù)的代表是波蘭，早在 1992 年就利用連續(xù)溫度監(jiān)測法預報煤井的瓦斯狀態(tài)。國外的溫度追蹤技術(shù)正隨著新技術(shù)的出現(xiàn)在不斷的更新及完善。 我國對溫度檢測技術(shù)也進行了一系列的研究與應用。比如全數(shù)字冷庫溫度檢測系統(tǒng) ，利用單片機及外圍電路作為數(shù)據(jù)采集器，通過電力載波線作為傳輸線實現(xiàn)和微機的通信。另外還有烘爐溫度檢測系統(tǒng)，利用單片機實現(xiàn)前端的數(shù)據(jù)采集，用微機實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存和統(tǒng)計等，這些系統(tǒng)研究的都是某個專業(yè)領域溫度檢測系統(tǒng)的應用。 本系統(tǒng)所設計的是基于 VB 的 溫度檢測系統(tǒng) ，目前，這類系統(tǒng)在市場上也有廣泛的應用，但是仍然存在一些不足： 一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復雜。傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)中，傳感器多用模擬溫度傳感器，相對與數(shù)字傳感器，由于模擬傳感器具有精確度不高，穩(wěn)定性較差等缺點，使得檢測系統(tǒng)測量溫度時不準確； 二是數(shù)據(jù)處理不方便。傳統(tǒng)的 溫度檢測系統(tǒng)中，主要采用單片機作為前端數(shù)據(jù)采集單牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設計 4 元，它把采集到的數(shù)據(jù)傳送給上位機，由上位機對數(shù)據(jù)進行分析處理； 三是系統(tǒng)通用性差，不靈活。較早時期的溫度檢測控制系統(tǒng)比較單一，對某一固定的場合適用，離開此環(huán)境，系統(tǒng)就不能使用。 本文設計 的內(nèi)容 本次設計所做 的是基于 VB 的 溫度 數(shù)據(jù)采集與控制 系統(tǒng)，它采用 DS18B20 作為溫度傳感器，以微機作為主控計算機。通過 MAX232 進行電平轉(zhuǎn)換，由 RS232 串行通訊線把數(shù)據(jù)直接傳送給 PC 機，讓 PC 機 對所得到的數(shù)據(jù)進行分析處理，并且應用 VB 語言編程實現(xiàn)溫度的顯示。 硬 件方面是由 PC 機和 MAX232 來實現(xiàn)的， DS18B20 采集到的溫度數(shù)據(jù)通過 串行通訊線 傳送給 PC 機，運行在 PC 機上的編程軟件 VB 利用 串行通訊線 提供給硬件的接口，對整個單總線進行操作控制，并且對測量數(shù)據(jù)進行處理。 軟件方面主要是通過對系統(tǒng)參數(shù)的設置，通信控件的應用，最終實現(xiàn)對 DS18B20 的控制和溫度數(shù)據(jù)的讀取。 系統(tǒng) 功能 本系統(tǒng)是由 PC 機， 單片機 ，溫度傳感器 DS18B20 構(gòu)成，在此系統(tǒng)中應用 DS18B20 溫度傳感器 檢測溫度 ， 經(jīng)信號處理后， 通過 MAX232 電壓轉(zhuǎn)換芯片降低 電壓，最終在 PC 機上應用編程軟 件 VB 語言實現(xiàn)溫度的顯示。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 5 2 傳感器的介紹及其選擇 進行溫度測量的關鍵元件是溫度傳感器，因此設計本系統(tǒng)首先遇到的問題就是如何選取溫度傳感器以方便達到要求，這對于整個系統(tǒng)的性能、簡繁程度以及施工成本等都有一定的影響。所以，我對各種溫度傳感器進行了分析和研究。 溫度傳感器的介紹 溫度傳感器的發(fā)展歷程很悠久，粗略的經(jīng)歷了三個過程： 1)由敏感元件組成，早期的相互分離的溫度傳感器 。 它的關鍵作用在于實現(xiàn)非電量和電量之間相互轉(zhuǎn)換。 2)模擬集成溫度傳感器 。 它是將溫度傳感器集成在 芯片上，用來進行溫度的測量和模擬信號輸出的一種傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。 3)智能溫度傳感器。它的顯著的優(yōu)點為不僅輸出溫度數(shù)據(jù)，還可以顯示相關溫度數(shù)據(jù)量，與各種類型的單片機相匹配，并且是在硬件的基礎上應用軟件來實現(xiàn)溫度的測量。 不同接觸方式的溫度傳感器 溫度傳感器按照是否 與 被測介質(zhì)進行接觸可分為兩類：接觸式，非接觸式溫度傳感器。 1)接觸式溫度傳感器 從接觸的角度來說，接觸式溫度傳感器的測量溫度元件與待測介質(zhì)之間若具有充分的熱接觸，根據(jù)熱傳導及其應用到對流原理達到熱平衡，此時所表現(xiàn)出來的數(shù)值即為被測對象的溫度。這種測量溫 度的方法使得精度比較高，而且在某種程度上也可以測量元件內(nèi)部的溫度分布，然而面向于不為靜止的、熱容量相對不大的、或者會引起腐蝕感溫元件的對象的情況下，測量的結(jié)果將引起較大的誤差。 2)非接觸式溫度傳感器 從非接觸角度來說，非接觸式溫度傳感器的測量溫度元件與待測介質(zhì)之間彼此不接觸。當前普遍使用的為輻射熱交換原理。能夠測量不為靜止狀態(tài)的小目標及熱容量相對不大或者發(fā)生快速轉(zhuǎn)換的對象，也可測溫度場的溫度分布 。是 以上測量溫度方式的顯著優(yōu)點，然而這種方式較為受環(huán)境因素的影響 [2]。 不同輸出信號模式的溫度 傳感器 對于不同的測量對象，按照輸出信號模式的不同，能夠粗略的分成為三類：模擬式、邏輯輸出、數(shù)字式溫度傳感器。 1)模擬溫度傳感器 牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設計 6 模擬 溫度 傳感器 — 將被測量的非電學量轉(zhuǎn)換成能夠 模擬處理的電信號。對于在傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器的應用中，例如熱敏電阻、熱電偶和 RTDS，進行溫度測量的控制時，存在 某一溫度范圍內(nèi)線性不好，則可以通過冷端補償或引線補償，以彌補熱慣性大，時間反應遲緩的缺點。但是在這一方面，集成模擬溫度傳感器與之相比較，就體現(xiàn)了精度高、線性度好、反應時間快等優(yōu)點，并且集成模擬溫度傳感器也能夠使驅(qū)動電路、信 號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片 IC 上，有符合尺寸大小、應用快捷等優(yōu)點。常見的模擬溫度傳感器有 LM391 LM33 LM4 AD22103 電壓輸出型、 AD590 電流輸出型。 2)邏輯輸出型溫度傳感器 對于較為廣泛的邏輯輸出型溫度傳感器，使用者并不要求得出精確的測量溫度值，僅僅是關注測量的溫度能否在一個規(guī)定的范圍內(nèi)，如果溫度范圍位于規(guī)定范圍之外，就會造成觸動報警信號，啟動或關閉風扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設備，這個時候我們就可以應用邏輯輸出式溫度傳感器。 LM5 MAX6501MAX650 MAX6509/6510 是其典型代表。 3)數(shù)字式溫度傳感器 就是能把溫度物理量通過溫度敏感元件和相應電路轉(zhuǎn)換成方便計算機、 PLC、智能儀表等數(shù)據(jù)采集設備直接讀取的數(shù)字量的傳感器。 四種常見的溫度傳感器的比較 1)熱電偶傳感器 熱電偶由二根不同的金屬線材，將它們一端焊接在一起構(gòu)成，而兩種不同金屬的焊接端放置于需要測量溫度的目標上。 兩種材料這樣聯(lián)接后會在未焊接的一端產(chǎn)生一個電壓，電壓數(shù)值是所有連 接端溫度的函數(shù)，熱電偶無需電壓或電流激勵。實際應用時，如果試圖提供電壓或電流激勵反而會將誤 差引進系統(tǒng)。 2)熱電阻 — 電阻性的元件 由金屬制成，如鉑，鎳，銅等，所選金屬必須具有可以預測的電阻值隨溫度變化的特性，其物理性能要易于加工制造，電阻溫度系數(shù)必須足夠大，使其電阻隨溫度的改變易于準確測量。其他的溫度檢測器件，如熱電偶，并不能讓設計人員有一種相當線性的電阻隨溫度變化特性，而熱電阻這種線性度極好的電阻溫度特性，大大簡化了信號處理電路的設計制作。 3)熱敏電阻 — 溫度測量精度最高 如果高精度成為至高無上關注要點，則溫度傳感器應選熱敏電阻類，它有兩個品種，一是負溫度系數(shù) NTC，二是正溫度系數(shù) PTC，前者是陶瓷制品，由過渡金屬元素 (如錳，遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 7 鈷，銅，鎳等 )的金屬氧化物為其成份，它需激勵電流，溫度系數(shù)是負的，有相當好的線性，且重復度優(yōu)異，其工作范圍為 100 度至 450 度之間，經(jīng)封裝后，其電阻隨溫度連續(xù)可變，且隨溫度的變化程度極大高于熱電阻 RTD，即靈敏度高得多。 4)硅集成電路熱敏傳感器 集成電路熱敏電路傳感器是又一種測量溫度的解決方案，其優(yōu)點是：輸出信號形式為用戶友好型，易于安裝在印刷電路板等；作為一種集成電路，電路設計技術(shù)可以容易地以傳感器方式制作實現(xiàn)，從而可將最具有挑戰(zhàn)性的信號調(diào)理部分包括于同一 集成電路芯片內(nèi)，傳感器的信號輸出，如高電壓幅度，大電流，數(shù)字字符等，可以輕松地與電路其他元件接口，實際上，某些硅集成電路傳感器包括了廣泛的信號處理電路，提供數(shù)字式 I/O 接口至微控制器。但在另一方面，這種集成電路的傳感器在精度及溫度范圍方面不及本文論及其他傳感器，如溫度范圍只能達到 (55 度至 150 度 )，有些略高，有些略低。 在今日的溫度傳感器市場上，熱電偶，熱電阻，熱敏電阻及集成電路傳感器將繼續(xù)居于支配地位，熱電偶最適于高溫檢測，而熱電阻最適于溫度稍低但線性特性要求優(yōu)異的場合，熱敏電阻適用于溫度范圍更窄、但 對測量精度比熱電偶和熱電阻更高的場合。 單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，線路簡單，在一根通信線 上 ，可以 掛接 很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便 [3]。 DS18B20 的功能特點 1)獨特的單線接口方式，只需要一條端口線即可以實現(xiàn)雙向通訊； 2)每個器件都有唯一的 64 位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中； 3)簡單的多點分布式測溫應用，無需外部器件； 4)電壓測量范圍更 為寬泛，供電范圍為 ～ ，也可以工作在寄生電源方式下，這時將由數(shù)據(jù)線供電，測溫的范圍 為 55～ +125℃ ； 5)在 10～ +85℃ 范圍內(nèi)精度為 177。 5℃ ，溫度計分辨率可以被使用者選擇為 9～ 12 位； 6)測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送CRC 校驗碼，抗干擾糾錯能力得到了大大的提高； 7)負壓特性是 DS18B20 的 一個非常實用的特點，當正負極性接反時，傳感器不會因溫度過高而使電路損壞，但是也不能處于正常工作狀態(tài)。 牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設計 8 DS18B20 的外形和引腳介紹 DS18B20 采用 3 腳 TO90 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其外形和管腳排列如圖 21 所示。 1234 5678NCNCNCNCNCV D DDQ G N D 圖 21 DS18B20 的外形及管腳排列 Fig. 21 DS18B20 shape and pin arrangement 表 21 DS18B20 引腳定義 Detailed pin description 引腳 說明 DQ 數(shù)字輸入 /輸出端。單線操作，漏極開路。工作在寄生電源模式 時 ，提供電源 GND 電源地 VDD 外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式是接地） 以上 部分介紹了 DS18B20 的外形及其管腳排列、引腳的定義。 下面 我們將要介紹DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、 溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 。 ROM 中的 64 位序列號是生產(chǎn)廠商在出貨前就已經(jīng)設計好的，它的作用是記錄每一個 DS18B20 的獨特的 ROM 碼，高速暫存器中的溫度寄存器是由兩個字節(jié)構(gòu)成的，這兩個寄存器的作用是用來存儲溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。 另外，高速暫存器提供一個存放高溫度和低溫度的觸發(fā)器 (TH 和 TL)，和一個字節(jié)的結(jié)構(gòu)寄存器。其中，低溫觸發(fā)器 TL、高溫 觸發(fā)器 TH，用于設置低溫、高溫的報警數(shù)值。DS18B20 完成一個周期的溫度測量后，將測得的溫度值和 TL、 TH 相比較，如果小于 TL，或大于 TH，則表示溫度超越了設置的范圍，將該器件內(nèi)的警告標志位置位，并對主機發(fā)出的警告搜索命令作出回答。需要修改上、下限溫度值時，只需使用一個功能命令即可對TL、 TH 寫入，十分方便。用戶可以根據(jù)自己的需要，將溫度的精度設置為 9～ 12 位，這些設置能在配置寄存器中實現(xiàn)。 TH， TL 和配置寄存器都具有不容易丟失數(shù)據(jù)，并且 能夠擦除的功能，