【正文】 計 的背景 及意義 2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀 4 2 傳感器的介紹及其選擇 5 不同接觸方式的溫度傳感器 5 四種常見的溫度傳感器的比較 6 單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 7 DS18B20的外形和引腳介紹 9 3 串行通信介紹 10 串行通信基礎(chǔ) 10 異步傳輸與同步傳輸 12 通信參數(shù) 16 測溫系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)設(shè) 計 16 下位機系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 測溫系統(tǒng)的上位機軟件設(shè)計 30 上位機軟件組成 39 硬件數(shù)據(jù)采集模塊的測試 41 上位機與下位機聯(lián)機測 試 49 附錄 B 外文文獻原文 64 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(chǔ)，是人類從事各種活動的前提。我國作為一個人口大國和農(nóng)業(yè)大國，同時也是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，所以糧食儲備就顯得尤為重要，是關(guān)系國計民生的重要問題。 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。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)。管理信息系統(tǒng)就是計算機應(yīng)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。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(xué)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。 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 2 1 緒論 本設(shè)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(guān)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(guān)注溫度的變化，所以溫度值檢測的重要性已經(jīng)不容忽視。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(dǎo)致糧食大量的腐爛變質(zhì)，給國家?guī)砭薮蟮膿p失。在人工氣候室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)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。 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(lǐng)域，溫度也都是重要的控制指標(biāo)。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。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。 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(yīng)用。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。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(zhǔn)確性和可靠性，還應(yīng)該考慮到不同位置溫度值的顯示，也可以稱之為多點問題。 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(guān)系的技術(shù)。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(guān)溫度值，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管理的一體化、網(wǎng)絡(luò) 化 [1]。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)。 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。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。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。 本系統(tǒng)所設(shè)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(yīng)用，但是仍然存在一些不足： 一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。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(shè)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。 本文設(shè)計 的內(nèi)容 本次設(shè)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。 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。 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(yīng)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(yīng)用編程軟 件 VB 語言實現(xiàn)溫度的顯示。所以，我對各種溫度傳感器進行了分析和研究。 它的關(guān)鍵作用在于實現(xiàn)非電量和電量之間相互轉(zhuǎn)換。 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。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(guān)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(chǔ)上應(yīng)用軟件來實現(xiàn)溫度的測量。 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(dǎo)及其應(yīng)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。 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。能夠測量不為靜止?fàn)顟B(tài)的小目標(biāo)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 。 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。對于在傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器的應(yīng)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(yīng)遲緩的缺點。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。 LM5 MAX6501MAX650 MAX6509/6510 是其典型代表。 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(biāo)上。實際應(yīng)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)。其他的溫度檢測器件，如熱電偶，并不能讓設(shè)計人員有一種相當(dāng)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(shè)計制作。 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(shè)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。 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。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]。 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(dāng)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)。 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。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。 ROM 中的 64 位序列號是生產(chǎn)廠商在出貨前就已經(jīng)設(shè)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)。其中，低溫觸發(fā)器 TL、高溫 觸發(fā)器 TH，用于設(shè)置低溫、高溫的報警數(shù)值。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。 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，因此所得到的數(shù)據(jù)在突然掉電時能夠給予存儲。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 6 4 位R O M和單 線接 口存 儲 器 和控 制 器高 速 緩 存存 儲 器8 位 C R C 生成 器溫 度 靈敏 原 件高 溫 觸發(fā) 器 T H配 置 寄存 器電源檢測低 溫 觸發(fā) 器 T L 圖 22 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 block diagram DS18B20 的 測溫原理 當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶 振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，在計數(shù)器 2 控制的閘門時間到達之前，如果計數(shù)器 1 的預(yù)值減到 0，則溫度寄存器的值將作加 1 運算，與此同時，用于補償和修正測溫過程中的非線性的斜率累加器將輸出一個與溫度變換相對應(yīng)的計數(shù)值，作為計數(shù)的新預(yù)置值，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)，直到計數(shù)器 2 控制的閘門時間到達計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度 ， 這 是 DS18B20 的測溫原理。 串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個二進制的 0、 1 為最小單位一位一位的傳輸。 總而言之，串行通信是指在單根數(shù)據(jù)線上將數(shù)據(jù)一位一位地按照順序進行傳送。在接收 數(shù)據(jù)的過程中，每一次從單根數(shù)據(jù)線上一位一位地依次接收 ，直到最后收到一個完整的數(shù)據(jù)為止。 異步傳輸與同步傳輸 網(wǎng)絡(luò)通信過程中，通信雙方要交換數(shù)據(jù)，需要高度的協(xié)同工作。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，定時的因素稱為位同步。通?？梢圆捎猛交虍惒降膫鬏敺绞綄ξ贿M行同步處理 [4]。異步傳輸?shù)膬?yōu)點就是收、發(fā)雙方不需要嚴格的位同步，所謂“異步”是指字符與字符之間的異步，字符內(nèi)部仍為同步。同步傳輸?shù)奶攸c是可獲得較高的傳輸速度，但實現(xiàn)起來較復(fù)雜。 1) 異