【導(dǎo)讀】了分析和推測(cè)，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求特性，對(duì)溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。顯示，并采用SQLSever數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。最終測(cè)試結(jié)果顯示上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)。據(jù)接收、顯示和基于SQLSever的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理。介紹了前后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)流程圖，并給。保存，超出設(shè)定的溫度上、下限會(huì)有聲光報(bào)警，并控制相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)升降溫控制。

　　

【正文】 15)V 之間。介于 3～ +3V 之間，低于 15V 或高于 +15V 的電壓對(duì)于電路來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何作用。所 以，電平在177。 (3～ 15)V 之間是有效的工作狀態(tài)。 RS232 接口引腳定義 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)接口應(yīng)用最為廣泛的有 8 根，下面我們將一一介紹： 數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好 (DSR)—— 用來(lái)表示當(dāng) DSR 處于工作狀態(tài)下，調(diào)制解調(diào)器能夠應(yīng)用。 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 (DTR)—— 用來(lái)表示當(dāng) DTR 處于工作狀態(tài)下，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 當(dāng)電源一通電時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好就會(huì)處于工作狀態(tài)。然而，進(jìn)行通信的關(guān)鍵是由控制信號(hào)決定的，這兩個(gè)信號(hào)準(zhǔn)備好僅僅代表器件自身有效，并不表明是否可以通信了。接下來(lái)將介紹控制信號(hào)的應(yīng)用。 請(qǐng)求發(fā)送 (RTS)—— 當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備想要向通信設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用到此信號(hào)。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)， RTS 自身詢(xún)問(wèn)調(diào)制解調(diào)器是否需要發(fā)送數(shù)據(jù) [7]。 允許發(fā)送 (CTS)—— 此信號(hào)用以表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備已經(jīng)做好接收來(lái)自終端設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 ，也可以表示為 RTS 的響應(yīng)信號(hào)。終端數(shù)據(jù)無(wú)誤的經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器傳輸時(shí)，此信號(hào)處于有效狀態(tài)。 在全雙工和半雙工系統(tǒng)中，請(qǐng)求發(fā)送和允許發(fā)送作為發(fā)送方式和接收方式之間的轉(zhuǎn)換。由于在全雙工系統(tǒng)中需要設(shè)置發(fā)送和接收通道，所以可以設(shè)置請(qǐng)求發(fā)送和允許發(fā)送為高電平。 接收線(xiàn)信號(hào)檢出 (RLSD)—— 此信 號(hào)又稱(chēng)為數(shù)據(jù)載波檢出線(xiàn)。它用來(lái)表示，當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已經(jīng)成功的開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備也相應(yīng)的開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)由一方到達(dá)另一方時(shí)，數(shù)據(jù)載波檢出線(xiàn)處于工作狀態(tài)。并且告知另一方準(zhǔn)備接收信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)信號(hào)后，送到終端設(shè)備。 發(fā)送數(shù)據(jù) (TxD)—— 當(dāng)數(shù)據(jù)終端做好接收準(zhǔn)備時(shí)，經(jīng)由此信號(hào)將數(shù)據(jù)傳到目的地。 接收數(shù)據(jù) (RxD)—— 當(dāng)調(diào)制解調(diào)器做好準(zhǔn)備時(shí)，由目的地傳送到調(diào)制解調(diào)器。 串行通信接口電路標(biāo)準(zhǔn) 串行接口標(biāo)準(zhǔn)最終能夠達(dá)到 DTE 和 DCE 之間物理與電氣的要求，然而為了證明 DTE 和 DCE 之間的數(shù)據(jù) 通信，需要設(shè)置一系列的協(xié)議和規(guī)定。這些協(xié)議規(guī)定包括：收發(fā)雙方的同步方式、傳輸控制步驟、差錯(cuò)檢驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)傳輸速度、通信報(bào)文的格式及控制字符的定義。異步通信適配器是實(shí)現(xiàn)這些功能和協(xié)議的關(guān)鍵。 當(dāng) CPU 與外設(shè)進(jìn)行串行通信時(shí)，通常使用可編程的異步通信適配器 (UART)實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換。 CPU要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， UART 能把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并添上起始位、校驗(yàn)位、停止位，然 后由發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)輸出。當(dāng) CPU接收數(shù)據(jù)時(shí)， UART 從串行線(xiàn)上接收數(shù)據(jù)，去掉起始位、停止位，并檢驗(yàn)有無(wú)奇偶錯(cuò)誤和幀錯(cuò)誤，然后將串行數(shù)據(jù)變成并行 數(shù)據(jù)，送給 CPU。 牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 4 測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 測(cè)溫系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 下位機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件組成框圖 本系統(tǒng)是由 PC 機(jī) ， AVR 單片機(jī) ， 溫度傳感器 DS18B20 構(gòu)成 。 此系統(tǒng)中應(yīng)用 DS18B20 溫度傳感器，通過(guò) MAX232 轉(zhuǎn)換電壓，最終在 PC 機(jī)上應(yīng)用編程軟件 VB 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)溫度的顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖 41 所示。 P C 機(jī) 單 片 機(jī)溫度傳感器2溫度傳感器1溫度傳感器N. . . 圖 41 系統(tǒng)構(gòu)成圖 System constitutes map 單片機(jī) 最小系統(tǒng) AVR 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 42 所示。 Atmega16 支持多種時(shí)鐘源，包括外部晶體振蕩器、陶瓷振蕩器、外部 RC 振蕩器、內(nèi)部 RC 振蕩器和外部時(shí)鐘。可以通過(guò)芯片熔絲位CKSEL3:0 選擇時(shí)鐘源。 本次設(shè)計(jì)采用片內(nèi) RC 振蕩器的 的時(shí)鐘，其配置熔絲和加密位為 E D FF[8]。 復(fù)位是軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)總清除，同時(shí)復(fù)位系統(tǒng)寄存器。程序計(jì)數(shù)器 PC 也清除，程序從0x0000 地址開(kāi)始執(zhí)行。 ATmega16 有 5 個(gè)復(fù)位源： 1)上電復(fù)位：電源電壓低于上電復(fù)位門(mén)限 VPOT 時(shí)， MCU復(fù)位。 2)外部復(fù)位：引腳 RESET 上的低電平持續(xù)時(shí)間大于最小脈沖寬度時(shí) MCU復(fù)位。 3)看門(mén)狗復(fù)位：看門(mén)狗使能并且看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)發(fā)生復(fù)位。 4)掉電檢測(cè)復(fù)位：掉電檢測(cè)復(fù)位功能使能，且電源電壓低于掉電檢測(cè)復(fù)位門(mén)限 VBOT時(shí) MCU即復(fù)位。 5)JTAG AVR 復(fù)位：復(fù)位寄存器為 1 時(shí) MCU復(fù)位。 本次設(shè)計(jì)采用外部手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位一般采用按鈕的方法使得 AVR 單片機(jī)復(fù)位。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 42 單片機(jī)最小系統(tǒng) Single chip microputer system 輸入通道設(shè)計(jì) DS18B20 模塊總共就 3 個(gè)引腳，一個(gè)數(shù)據(jù) I/O， 2 個(gè)電源線(xiàn)。所以它在安裝和維護(hù)上十分的方便。為了使 DS18B20 的溫度轉(zhuǎn)換能夠精確的進(jìn)行，必須保證傳感器在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間 I/O 線(xiàn)供電正常。由于傳感器的工作電流需要達(dá)到 1mA，所以?xún)H靠 5K 上拉電阻提供電源其電流是達(dá)不到要求的。當(dāng)有多個(gè) DS18B20 同時(shí)在同一根 I/O 線(xiàn)上進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，溫度轉(zhuǎn)換的精度問(wèn)題就變得更加尖銳。 為了解決 DS18B20 在溫度轉(zhuǎn)換期間能夠有足夠的電流供應(yīng)，本設(shè)計(jì)電路直接給 VDD引腳一個(gè)外部電源，這樣總線(xiàn)控制器在溫度 轉(zhuǎn)換期間上不用總保持高電平，容許 DS18B20在轉(zhuǎn)換期間可以在單線(xiàn)總線(xiàn)上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的交換，因此，它就可以?huà)於嗥?DS18B20傳感器。最后電路連接如圖 所示。 + 5V ...P D 2R110KR210KR310KD S 1 8 B 2 01 2 3U1D S 1 8B 20D S 1 8 B 2 01 2 3U2D S 1 8B 20D S 1 8 B 2 01 2 3U3D S 1 8B 20 圖 43 單總線(xiàn)溫度檢測(cè) 結(jié)構(gòu)圖 Single bus temperature detection diagram P B 0( T 0/ X C K )1P B 1( T 1)2P B 2( I N T 2/ A I N 0)3P B 3( O C 0/ A I N 1)4P B 4( S S )5P B 5( M O S I )6P B 6( M I S O )7P B 7( S C K )8R E S E T9V C C10GND11X T A L 212X T A L 113P D 0( R X D )14P D 1( T X D )15P D 2( I N T 0)16P D 3( I N T 1)17P D 4( O C 1B )18P D 5( O C 1A )19P D 6( I C P 1)20P D 7( O C 2)21P C 0( S C L )22P C 1( S D A )23P C 2( T C K )24P C 3( T M S )25P C 4( T D O )26P C 5( T D I )27P C 6( T O S C 1)28P C 7( T O S C 2)29A V C C30GND31A R E F32P A 7( A D C 7)33P A 6( A D C 6)34P A 5( A D C 5)35P A 4( A D C 4)36P A 3( A D C 3)37P A 2( A D C 2)38P A 1( A D C 1)39P A 0( A D C 0)40U1 A T M E G A 16 A+ 5V+ C110 μ FR110K+ 5V1 24 3S2SW牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 輸出通道設(shè)計(jì) 作為單片機(jī)的輸出控制，采用繼電器 JRC21F 自動(dòng)控制溫度的升降。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定上限時(shí)繼電器 1 動(dòng)作， LED5 閃爍亮，蜂鳴器急促報(bào)警。反之，繼電器 2 動(dòng)作， LED4 長(zhǎng)亮，蜂鳴器長(zhǎng)鳴報(bào)警 。 Q2P N PD640 0 1+ 5VR5 2001 2J2 C O N 2K1J D QP D 4L S 1B E E PQ1P N PR6200P D 7R81KR71KD4L E DD5L E DP B 0P B 1 圖 44 控制報(bào)警電路 Control and alarming circuit 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì) 單片 機(jī) 處理好傳感器的數(shù)值后送 LED 顯示。其中共四位顯示，第一位顯示 DS18B20的序號(hào)，其它三位為溫度值。由于本設(shè)計(jì)檢測(cè)環(huán)境固定，檢測(cè)溫度不 能 超過(guò) 40℃，所以能夠顯示 0℃ ~99℃。 abcdefdpabcdefdpabcdefdpabcdefdpL18L26L32L41a14b16c13d3e5f11g15dp7g g g gU4 L E D 4PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC0PC1PC2PC3 圖 45 顯示電路 Show circuit 通信模塊設(shè)計(jì) 由于 DS18B20 采用的是 TTL 電平，而 RS232 串口線(xiàn)與 PC 機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)使用的是 RS232 電平，這就需要在兩種不同的電平之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò) MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，就能由 RS232 串行通訊線(xiàn)把數(shù)據(jù)直接傳送給 PC 機(jī)。 PC 機(jī)的串行接口是一種外部總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口，它符合 EIA RS232C 規(guī)范。 RS232C 采用的是負(fù)邏輯，即邏輯“ 1”電平規(guī)定為：－ 5V至－ 15V 之間；邏輯“ 0”電平規(guī)定為：＋ 5V至＋ 15V之間。而 TTL 電平的邏輯“ 1”和“ 0”則分別為 2. 4V和 0. 4V。因此 RS232C 總線(xiàn)與 TTL 電平之間連接時(shí)需外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。圖 46 給出了 MAX232 電平轉(zhuǎn)換 的電路圖。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 + 5 V+C21 μ F+C31 μ F+C41 μ F+C51 μ F+C61 0 μ FC 1 +1C 1 3C 2 +4C 2 5T 1 I N T 111T 2 I N T 210R 1 O U T 112R 2 O U T 29R 2 I N8R 1 I N13O U T7O U T14G N D15V+2V6V C C16U2M A X 2 3 2162738495J1D B 912J1T X DR X DR X DT X DR24 .7 KR34 .7 KD2L E DD3L E D 圖 46 電平轉(zhuǎn)換 電路 Level switching circuit 電源模塊設(shè)計(jì) ATmega16 工作電壓范圍在 ~ 之間。本次設(shè)計(jì)的單片 機(jī) 時(shí)鐘信號(hào)來(lái)自?xún)?nèi)部，所以單片機(jī)電壓必須穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，否則就會(huì)時(shí)序紊亂。 D1LEDR44 .7 KV in1GND2V o u t3U9 L 7 8 0 5+C74 7 0 μ FC90 .1 μ FC 1 00 .1 μ F+C84 7 0 μ FS1S W P B+ 5 V12J1C O N 2 圖 47 電源電路 Power circuit 抗干擾措施 形成干擾的基本要素有三個(gè)： 1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下： du/dt， di/dt 大的地方就是干擾源。 2)傳播路徑，指干 擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的傳導(dǎo)和空間的輻射。 3)敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如： A/D、 D/A 變換器，單片機(jī)，數(shù)字 IC，弱信號(hào)放大器等。 抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。 牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 本次設(shè)計(jì)的干擾源是電源和繼電器，為抑制干擾源在 繼電器線(xiàn)圈 一側(cè)增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾； 電路板上每個(gè) IC 要并接一個(gè) F～ F高頻電容，以減小 IC 對(duì)電源的影響。注意高頻電容的布線(xiàn)，連線(xiàn)應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則 ，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。 其中 單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感 , 給單片機(jī)電源加一個(gè) 104 濾波電容 ，以減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。 切斷干擾傳播路徑 的設(shè)計(jì)包括 晶振布線(xiàn) ， 晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線(xiàn)把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái)，晶振外殼接地并固定。 其次 電路板合理分區(qū)， 強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)。把繼電器和 單片機(jī)遠(yuǎn)離。 在設(shè)計(jì)電源模塊電路時(shí)，在電源兩端并聯(lián)濾波電容。 為提高敏感元件的干擾性能， IC 器件盡量直接焊在電路板上，少用 IC 座。布線(xiàn)時(shí)，電源線(xiàn)和地線(xiàn)要盡量粗。 下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)系統(tǒng) 軟 件主要包括 三大模塊 ： 溫度檢測(cè)模塊、通信模塊、上位機(jī)控制模塊。 主程序設(shè)計(jì) 首先， PC 機(jī)通過(guò)串口 發(fā)送 溫度 采集命令 ，使單 片機(jī)進(jìn)入主程序循環(huán)操作。其中，上位機(jī)會(huì)與下位機(jī)傳送 6 種 開(kāi)始 字符。 ‘ 99’、‘ 98’、‘ 97’、‘ 96’ 分別表示采集并傳送第一、二、三、四個(gè)傳感器的溫度值 ，若接收到此值就進(jìn)入溫度檢測(cè)子程序，并將采集到的溫度值進(jìn)行顯示 ， 同時(shí) 將溫度值返回上位機(jī) ， ‘ 95’、‘ 94’ 分別表示溫度超限報(bào)警信號(hào)值，若接收到此值則進(jìn)入溫度報(bào)警程序中。如此循環(huán)往復(fù)的接收串口傳送的數(shù)據(jù)，如果 沒(méi)有開(kāi)始字符，則處于等 待接收過(guò)程中 ，如圖 48 所示。 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 單總線(xiàn)系統(tǒng)包括一個(gè)總線(xiàn)控制器和一個(gè)或者多個(gè)從機(jī)。 DS18B20 總是充當(dāng)從機(jī)。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)掛在總線(xiàn)上時(shí)，系統(tǒng)被 稱(chēng)為“單點(diǎn)”系統(tǒng)；如果由多個(gè)從機(jī)掛在總線(xiàn)上，系統(tǒng)被稱(chēng)為“多點(diǎn)”。在對(duì) DS18B20 進(jìn)行使用前，先要熟悉存儲(chǔ)器內(nèi)容： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 開(kāi) 始串 口 初 始 化串 口 是 否 接 收 字 符 ？開(kāi) 始 檢 測(cè) 溫 度 ？超 溫 報(bào) 警溫 度 檢 測(cè) 子 程 序顯 示 溫 度 子 程 序串 口 發(fā) 送 字 符 子 程 序聲 光 報(bào) 警繼 電 器 1 打 開(kāi)聲 光 報(bào) 警繼 電 器 2 打 開(kāi)YNY N 圖 48 主程序流程圖 The main program flowchart 1)存儲(chǔ)器的 前兩個(gè)字節(jié) 用來(lái) 存儲(chǔ) 溫度檢測(cè) 結(jié)果。終端設(shè)備能夠通過(guò)傳送數(shù) 據(jù)的單線(xiàn)接口得到想要讀出的數(shù)據(jù)，在得到的數(shù)據(jù)中，低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)字節(jié)的定義如表 41所示。 表 41 DS18B20 溫度寄存器格式 DS18B20 temperature register format Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 以上是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后得到的 16 位數(shù)據(jù)，它們分別存儲(chǔ)在 RAM 中的 0 字節(jié)和 1 字節(jié)。在這 16 位數(shù)當(dāng)中，從左向右看，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位。通過(guò)判定這五位的值，即能確定溫度的正負(fù)性。如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位符號(hào)位為 0，然后需要將收到的數(shù)值與 做乘法就能夠顯示出實(shí)際溫度；與前面的相對(duì)而言，假設(shè)溫度小于 0，這 5 位符號(hào)位為 1，將所得到的數(shù)值進(jìn)行取反加 1，再與 做乘法即可得到實(shí)際溫度。 上電復(fù)位時(shí)溫度寄存器默認(rèn)值為＋ 85℃ 。 2)存儲(chǔ)器 由 一個(gè)暫存 SRAM 和一個(gè)存儲(chǔ)高低報(bào) 警觸發(fā)值 TH 和 TL 的非易失性電可擦除 E2PROM 組成。 當(dāng)報(bào)警功能不使用時(shí)， TH 和 TL 寄存器可以被當(dāng)作普通寄存器使用。 位 0 和位 1 為測(cè)得溫度信息的 LSB 和 MSB。這兩個(gè)字節(jié)是只讀的，第 2 和第 3 字節(jié)是 TH 和 TL的拷貝。位 4 包含配置寄存器的數(shù)據(jù)，位 5， 6，和 7 被器件保留，禁止寫(xiě)入；牟昊楠：基于 VB 的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 這些數(shù)據(jù)在讀取 時(shí)全部表現(xiàn)為邏輯 1。 高速暫存器的位 8 是只讀的，包含以上八個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 數(shù)據(jù)通