【正文】 于溫度進(jìn)行高實時性采集，所以為了減輕 CPU 負(fù)擔(dān)，每 5秒進(jìn)行一次溫度的采集比較合適。 溫度采集 溫度的采集由數(shù)字傳感器 DS18B20 完成， CPU 通過單總線進(jìn)行傳 感器信號的讀取。單總線傳感器具有設(shè)計簡單，節(jié)約 IO 口線等優(yōu)點，但是應(yīng)用也比較局限性，其傳輸?shù)乃俾瘦^低，通常用于傳感器的信號傳輸。本系統(tǒng)中溫度傳感器的通訊格式采用單總線結(jié)構(gòu)，單總線數(shù)據(jù)格式，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。單總線一次完整的數(shù)據(jù)傳桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 19 頁 共 30 頁 輸為 16bit， MSB 在前 LSB 在后。數(shù)據(jù)格式是 8 位的溫度整數(shù)數(shù)據(jù)再加 4 位的溫度小數(shù)數(shù)據(jù)。用戶 MCU發(fā)送一次開始信號后， DS18B20 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后， DS18B20 發(fā)送響應(yīng)信號，送出 16bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下， DS18B20 沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號， DS18B20不會主動進(jìn)行溫度采集，接收到開始信號觸發(fā)一次溫度采集，采集數(shù)據(jù)后系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到低速模式。 主機(jī)使用時間隙 (time slots)來讀寫 DSl820 的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位 (1)初始化 主機(jī)總線 t0時刻發(fā)送一復(fù)位脈沖 (最短為 480us的低電平信號 )接著在 tl時刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài) DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待 1560us接著 DS1820在 t2時刻發(fā)出存在脈沖 (低電平持續(xù) 60240 us) （ 2）寫時間隙 當(dāng)主機(jī)總線 t o 時刻從高拉至低電平時就產(chǎn)生寫時間隙 見圖 225 3 圖 2254 從 t0時刻開始 15us 之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上 DSl820 在 t1 后 1560us 間對總線采樣若低電平，寫入的位是 0；若高電平，寫入的位是 1。連續(xù)寫 2 位間的間隙應(yīng)大于 1us。 (3)讀時間隙 主機(jī)總線 t0 時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平 l7us 之后在 t1 時刻將總線拉高產(chǎn)生讀時間隙讀時間隙在 t1 時刻后 t2 時刻前有效 tz 距 t0 為 15us 也就是說tz 時刻 前主機(jī)必須完成讀位并在 t0 后的 60us 一 120us 內(nèi)釋放總線。 上位機(jī)設(shè)計 遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件是在 Visual Stiudio2021 環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，使用Visual Basic 環(huán)境中的 Form Graph 控件實現(xiàn)頁面初始化設(shè)計， MSComm 串口控件實現(xiàn)串口通訊功能，使用 Common Dialog 控件實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存路徑選擇功能， Timer 控件實現(xiàn)時鐘功能等。 上位機(jī)軟件設(shè)計，包括、數(shù)據(jù) Excel 表格保存、數(shù)據(jù)實時顯示、曲線繪制、實時時間顯示，通道監(jiān)控等部分。具有準(zhǔn)確實時地顯示遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系 統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)等功能，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)的實時顯示以及曲線圖形繪制等功能。 上位機(jī)的設(shè)計主要是采集各個載波點發(fā)過來的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)束以后發(fā)送命令對電力載波各個節(jié)點進(jìn)行控制。 載波通訊主要包括兩部份進(jìn)程，一是主節(jié)點載波通訊進(jìn)程，另一部分是從節(jié)點的載波通訊進(jìn)程。在裝置上電初始化成功后，載波主節(jié)點會向整個低壓載波網(wǎng)絡(luò)定時發(fā)送廣播幀，該幀的作用是找到該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的從節(jié)點，當(dāng)從節(jié)點接收到主節(jié)點發(fā)送來的廣播幀以后，會向主節(jié)點發(fā)送響應(yīng)幀，該幀中包含了從節(jié)點的地址等重要信息。特別注意的是主節(jié)點和從節(jié)點的波特率必須 設(shè)置一致才能組網(wǎng)成功。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有新的從節(jié)點加入或者去除時，主節(jié)點會自動完成從節(jié)點的添加和刪除，桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 20 頁 共 30 頁 而且當(dāng)主節(jié)點監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)中如果有一半以上的從節(jié)點都丟失后，主節(jié)點會自動重組網(wǎng)。模塊接口波特率 9600bps，用戶與模塊通訊請采用 9600BPS 異步方式，格式為 1個起始位， 8個數(shù)據(jù)位 1 個停止位格式。 本模塊通過 MODE 腳控制模塊使用透明工作方式（高電平），還是自定義工作模式（低電平）。 MODE 高電平（懸空）時為透明工作模式，低電平（接地）時為自定義工作模式。 在透明工作模式時：在編程時毋需對模塊初始化，通訊時和普通 RS485方式類同。但是，由于電力線上負(fù)載比較多，電器所產(chǎn)生的諧波也就無法避免地耦合到電力線上，本模塊是高靈敏度的載波模塊，在所有載波模塊都處于接收狀態(tài)時，電力線上就會全部被電器所產(chǎn)生的諧波所覆蓋，這時，模塊將解調(diào)出噪聲數(shù)據(jù)從 TX 端輸出。所以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)應(yīng)該引入同步碼以區(qū)分真正的傳送數(shù)據(jù)。 注意：在模塊發(fā)送緩存器（ 253 字節(jié)）滿后不再接收新的數(shù)據(jù)。也就是一幀發(fā)送字節(jié)小于 253個字節(jié)。用戶的一幀數(shù)據(jù)請連續(xù)不間斷的發(fā)送到模塊，如果停頓時間超過模塊已發(fā)送完所有的數(shù)據(jù)時間（緩存器空，最后一個字節(jié)已完全發(fā)送），接收方 的模塊可能會插入噪聲數(shù)據(jù)。 接收數(shù)據(jù)還是采用 9600BPS 異步方式，格式為 1個起始位， 8個數(shù)據(jù)位 1 個停止位格式，從 TX 送出，但是大約要每 。在自定義工作模式時也等同。 在自定義工作模式時：一幀傳送數(shù)據(jù)定義如下： 第一個字節(jié)：要傳送一幀的字節(jié)數(shù) 0250（不含第一個字節(jié)） 第二個字節(jié)到第 n+1個字節(jié)：用戶需傳送的字節(jié)數(shù)據(jù)在模塊還沒發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時，不會接收下一幀數(shù)據(jù)。 接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)等同。 KQ130F是專門針對交流 220V/110V ,50HZ/60HZ強(qiáng)干擾設(shè)計的基于交流零點傳送 方案的載波模塊 ,在市電上面具有傳送效果好，傳送距離遠(yuǎn)等特點。必須在有交流電源的情況下才能傳送數(shù)據(jù)，載波速率是 50HZ/100BPS， 60HZ/120BPS 我們通過優(yōu)化 9 個 BIT可以傳送 1個字節(jié)。在載波解調(diào)后做了數(shù)字濾波，提高其載波數(shù)據(jù)的抗干擾能力，速率越低效果越好。 圖 MODE=0 低電平時： 發(fā)送 08 01 02 03 04 05 06 78 89 這些數(shù)據(jù)的效果圖，圖 。 桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 21 頁 共 30 頁 圖 串口調(diào)試發(fā)送調(diào)試 圖 串口調(diào)試接收調(diào)試 VB 界面設(shè)計 如下圖 為 vb 上位機(jī)的界面設(shè)計，改界面主要包括以下幾個部分組成，分別是串口控制部分，溫度顯示部分，溫度設(shè)置部分，溫度報警顯示部分， AB路溫度曲線圖以及溫度數(shù)據(jù)的導(dǎo)出 部分。上位機(jī)運行時，先是對串口進(jìn)行配置部分，端口的選擇，設(shè)定桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 22 頁 共 30 頁 固定的波特率 9600bps，這個波特率是電力載波模塊所固定的波特率，只有這樣才能通信。其次，就是設(shè)定 AB 兩路的報警溫度，然后就可以按“開始”按 鈕。稍等五秒后， A路的溫度開始采集，然后是 B通道溫度采集。 圖 vb上位機(jī)界面設(shè)計圖 圖 為上位機(jī)的運行時的界面圖， 從圖中可以看出，當(dāng) AB 兩路采集溫度時，在界面上分別顯示 AB通道的當(dāng)前的溫度值，同時在曲線顯示界面，可以清楚的顯示 AB路溫度實時的溫度曲線的情況，這樣可以更方便的觀察水溫的變化。在上位機(jī)程序中，為了使曲線盡可能的平滑，降低電路噪聲干擾，在溫度采集初始化結(jié)束以后，對采集的溫度值進(jìn)行了處理，如果采集的溫度突然間；跳躍 6 度以上時，作為一個廢值來處理 ，上位機(jī)就重新發(fā)送指令給下位機(jī)，重新采集 溫度，然后對采集的溫度值進(jìn)行處理。 桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 23 頁 共 30 頁 圖 上位機(jī)運行效果圖 當(dāng)溫度超過所設(shè)置的溫度值，上位機(jī)開始報警，“紅燈”亮起，同時發(fā)出警鳴聲，提示溫度值超標(biāo)。這時通過兩個溫度值的比較，上位機(jī)發(fā)送繼電器控制命令，控制繼電器斷開停止加熱。為了體現(xiàn)更加好的人機(jī)交互的功能，提供兩種控制繼電器的方式，第一種是手動的控制繼電器，這樣可以達(dá)到控制加熱器的目的；第二種方法是當(dāng)采集到的溫度超過設(shè)定的溫度的范圍時，上位機(jī)自動發(fā)送控制命令關(guān)閉繼電器，停止對加熱器進(jìn)行加熱。為了更加達(dá)到檢測的目的，可以實時的對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，同時也可以 選擇定時的對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出。如圖 運行界面。 桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 24 頁 共 30 頁 圖 上位機(jī)采集溫度報警圖 6 調(diào)試 與 總結(jié) 調(diào)試 經(jīng)過測試，系統(tǒng)能正確穩(wěn)定的運行，實現(xiàn)了通過電力載波將正確穩(wěn)定的信號傳輸?shù)奖O(jiān)測軟件的功能，通過上位機(jī)能實現(xiàn)對 水溫 環(huán)境的實時 監(jiān)測 。但是鑒于時間和條件有限，本文還有一些問題需要改進(jìn)，需要進(jìn)一步深入研究使系統(tǒng)更加的完替。 (1)經(jīng)過測試采集節(jié)點與主節(jié)點之間 電力線長度為 50m 時 ，節(jié)點的數(shù)據(jù)采集與通訊均正常，該系統(tǒng)適用于一般情況下 水溫 環(huán)境的數(shù)據(jù)采集。如果想要實現(xiàn)更遠(yuǎn)的通訊距離，可以 多增加節(jié)點的方式進(jìn)行， 本設(shè)計實現(xiàn)了兩個溫度節(jié)點監(jiān)控 。 而從節(jié)點與主節(jié)點也由于電力線上的脈沖噪聲干擾、等幅震蕩波干擾以及實際環(huán)境中負(fù)載引起的突發(fā)性干擾噪聲等原因使傳輸距離有限，由于時間和條件限制，來不及深入的分析這些問題。 (2)在下一步的研究工作中要進(jìn)一步研究控制系統(tǒng)，研究人員可以通過觀測到 水 溫的實時數(shù)據(jù)后，通過分析各個數(shù)據(jù)和 水溫 植物需要的最佳溫室環(huán)境，由上位機(jī)串口發(fā)送溫室環(huán)境控制信號對 水溫 實現(xiàn)控制功能，控制 水溫 的環(huán)境狀況使 水達(dá)到一個理想的溫度。 桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 25 頁 共 30 頁 總結(jié) 本系統(tǒng)針對 水溫 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)要求，開發(fā)了一套用傳 感器采集數(shù)據(jù)、 AT89S51 作為中央處理器、數(shù)碼顯示數(shù)據(jù)數(shù)值、電力載波通訊系統(tǒng)和上位機(jī)串口接收數(shù)據(jù)與監(jiān)測的系統(tǒng)裝置。該研究集電子信息、微計算機(jī)控制系統(tǒng)、電力載波通訊、傳感器采集數(shù)據(jù)、 VB軟件設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)于一體，實現(xiàn)了基于電力載波的 水溫 監(jiān)測 和控制 系統(tǒng)。本監(jiān)測 和控制 系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容與結(jié)論如下。 (1)完成了電力載波終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計。硬件系統(tǒng)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、 溫度 采集與處理模塊、電力載波通訊模塊、 數(shù)碼管 顯示模塊、 CP2102 通訊模塊 等。單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心控制與處理模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與控制等 功能 。溫度 采集與處理模塊包括溫度、 繼電器 部分，其實現(xiàn)了采集 水溫 溫度并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等功能 ； 載波收發(fā)電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收功能 。數(shù)碼管 顯示模塊實現(xiàn)了將數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示 。 CP2102 通訊模與上位機(jī)實現(xiàn)串口通訊功能 。 (2)完成了電力載波終端軟件設(shè)計。通過 Keil C51 開發(fā)工具對各模塊程序進(jìn)行了設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)電力載波通訊、 數(shù)碼管 顯示通訊等功能。 (3)完成了 水溫 監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計。在 Visual Basic 環(huán)境下進(jìn)行了 水溫 監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計，包括串口通訊、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)實時顯示、曲 線繪制、實時 溫度顯示等部分。具有準(zhǔn)確實時地顯示 水 的溫度，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)的實時顯示以及曲線圖形繪制等功能。 (4)進(jìn)行了電力載波的 水溫 監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場測試與運行。在某 水溫 對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場測試。系統(tǒng)終端能準(zhǔn)確采集到 水溫 環(huán)境數(shù)據(jù)，并能通過電力載波通訊方式傳送數(shù)據(jù)到主節(jié)點，主節(jié)點能準(zhǔn)確將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，上位機(jī)監(jiān)測軟件能實現(xiàn)對 水溫 環(huán)境的實時監(jiān)測。測試表明該系統(tǒng)運行較穩(wěn)定，能實現(xiàn) 水溫 環(huán)境參數(shù)的載波通訊監(jiān)測。 (5)在本設(shè)計中還需要改進(jìn)的地方是電力載波模塊的發(fā)送能力有限，容易受到周圍電力線上負(fù)載的影響。同時 ，電力載波因為是通過電力線作為通訊線，所有在通訊的過程中沒有單片機(jī)之間響應(yīng)這么快， 電力載波通訊不是一對一進(jìn)行通訊的， 而是有一定的延時 。 桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 26 頁 共 30 頁 謝 辭 在這論文完成之際，謹(jǐn)向我在桂林電子科技大學(xué)讀本科學(xué)位期間幫助過我、關(guān)懷以及指導(dǎo)我的尊敬的老師、同學(xué)、朋友們表示衷心的感謝 ! 首先感謝趙老師，本系統(tǒng)設(shè)計和畢業(yè)論文撰寫是在趙老師的悉心指導(dǎo)和不斷關(guān)懷下完成的。老師一直悉心指導(dǎo)熱心關(guān)懷，使我不斷地成長。趙老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對科研充滿激情、工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、對學(xué)生無私關(guān)愛都對我產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響 和使我感動，激勵著我今后對待工作和生活都盡最大努力做到最好 !在此，我向趙老師致以最真誠的感謝 ! 感謝在本科期間培養(yǎng)和關(guān)心我的桂林電子科技大學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)，感謝學(xué)院辦公室的各位老師在生活和學(xué)習(xí)上給予我的幫助，真心的感謝你們。同時對本課題中所引用參考文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝。 最后，衷心感謝在百忙中評閱我的論文和參加答辯的各位專家、評委和老師，并請給予批評與指正。 桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)（論文）報告用紙 第 27 頁 共 30 頁 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