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1、智能环境参数检测仪毕业论文 目录第1章 引言11.1概述11.2 目前国外研究现状11.3 课题设计的目的和意义21.4 论文主要容31.5 多点温度测量系统整体结构分析4第2章 多点环境监测系统的总体设计52.1具体方案52.2系统主要技术参数62.3本论文中元器件的选择72.3.1数字温度传感器概述72.3.1.1 DS18B20性能参数介绍82.3.1.2 DS18B20的测温原理102.3.1.3 DS18B20自动搜索算法112.3.1.4 DS18B20编程设计142.3.2 AT89S52微控制器相关介绍222.3.3 DM-1602液晶显示器简介242.3.4 MAX232串口
2、芯片简介29第3章 系统的硬件结构设计及程序编程313.1稳压电路设计313.1.1稳压电源的组成313.1.2 稳压电路设计323.2 温度数据处理算法分析及程序设计333.2.1 温度数据处理算法333.2.2 温度数据处理子程序353.3 DM-1602液晶接口电路373.4串口通信电路设计383.4.1 MCU与MAX232通信电路设计383.4.2 串口通信方式393.4.3 串口通信波特率计算413.4.4 串口通信硬件连接电路443.5外围电路设计453.5.1 时钟电路设计453.5.2 复位电路设计463.5.3声光报警电路473.5.4 程序流程图48第4章 结论49参考文
3、献50致谢52附录53外文资料原文66译文77 .专业.专注. 第1章 引言1.1概述环境监控是一个重要的课题，特别是在工业应用场合中。通过对设备仪器的工作状况的监控，能够检测设备仪器的各种的工作异常情况，从而避免设备仪器由于环境的恶化而出现故障而蒙受经济损失；而设备仪器一般都有一定的温度的环境因数特性，在不同的工作环境下其性能会有稍微的变化，在精密的仪器和设备中，这种性能的变化往往是噪声系统的误差，从而降低了系统的性能,这种变化可以看成固定的变化，可以通过补偿的方法修正或者消除，从而提高系统的性能稳定性。所以有必要通过某种方法检测不同的环境参数，诸如温度、湿度、电网电压、电磁干扰等。1.2
4、目前国外研究现状目前温度检测仪表种类繁多，常用的温度检测仪表如图1-1所示。图1-1 常见温度检测仪表近年来，随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与围的不断扩大，对温度检测技术的要求也愈来愈高，各国专家都在有针对性地竞相开发各种特殊而实用的测温技术，并取得了重大进展。新一代温度检测元件如图1-2所示。图1-2 新一代温度检测元件1.3 课题设计的目的和意义各种环境参数中，其中最关键也最常见的一个参数就是温度参数。在实际应用中，由于设备的温度过高或者过低,造成的工作故障比比皆是，在普通的工作场合中，可以通过温度计人为的检测环境的温度，但是这种方法不方便，并且精度不高，操作性差，无法实现全自动生
5、产。特别在对于可靠性要求很高的生产场合中，是不允许有差错的出现，因为温度造成的故障会带来非常恶劣的效果。所以在现代的工业场所中，大体上都是采用温度湿度自动控制系统，通过总线把各个地方的温湿度信息送到集中处理计算机,进行监控。传统的方式一般采用热电偶或热电阻，其输出的模拟信号，需要经A/D转换后才能送入单片机等微处理器，这样的硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，各种新型温度传感器和测量方法大量出现并成功应用。单总线数字式智能型传感器技术彻底改变了传统的温度测量方法，在粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等多种系统中都需要多点温度测量系统。因此，多点温度测量技术实现尤为
6、重要。本课题基于以上的目标,制作一个综合的测试系统，可以同时检测多路系统的温度信息,并将温度信息实时的上传到上位机以供后续处理。基于AT89C52单片机、C语言和DS18B20传感器的多点温度测量系统设计，并对系统实际运行的结果数据进行分析。论文研究在理论和实践方面均具有重要意义，主要表现在：1.降低测量成本。测量现场的智能传感器测得被测对象的数据信息后，通过网络传输给精密测控仪器或高档次微机去分析处理，既节约了人力物力，又提高了贵重复杂设备的利用效率。2.提高了测量精度。论文通过温度传感器DS18B20提取12Bit温度数据，进行计算处理，使温度数据可精确到小数点后4位，这在科学研究及工农业
7、生产中都具有重要价值。3.实现了报警测控和资源共享。添加了蜂鸣器模块，设置了温度的限度并且在PC终端上进行测量和数据采集，可以远程监控过程和数据，使测量跨越了空间和时间的限制，并且能实现测量设备和测量信息等资源的共享。1.4 论文主要容根据现有测温系统的缺点，我们提出了一种新型的测温方案，具有以下4个特性：1.采用新型的数字温度传感器，简化测温电路。2.数字信号传输，利于有干扰现场的应用。3.建立温度采集电路和PC机之间的串行通信，实现温度数据的实时传输；并设计了温度信息数据库，实现对温度信息的存查询、显示和报表打印等功能，方便温度场的分析和模拟。4.最大限度地减少布线工作量，降低系统的资金投
8、入。为了达到上述4个目标，我们提出了多点智能测温系统的方案，并为这个方案的实施找到了技术上的支持：1）选择DALLAS公司生产的DS18B20作为数字温度传感器，一条单总线上可挂接多个DS18B20，很方便地组成多点测温系统，分辨率可达0.0625；且省去了传统的A/D转换单元，简化测温电路。2）设计了实用的双层总线结构，分别是室测温层和温度数据传输层。3）采用单总线作为室测温层总线，简化布线工作；通过RS232总线实现温度采集电路和PC机之间的串行通信。实时温度高精度测量，本系统能够通过多个温度传感器(3x7的矩阵)实时检测被测对象的温度信息，测量精度精确到小数点后4位。在测量现场通过LCD
9、显示模块SMC1602A进行本地显示。根据实际需要，所检测的温度点数是可以扩展的。1.5 多点温度测量系统整体结构分析论文研制的基于智能传感器的多点温度测量系统的整个测量系统的结构框图如图1-3。图1-3 测量系统的结构框图其主要功能是在现场对被测温度进行采集、计算和处理，其中主要包括以下5个部件的设计：a)稳压电源；b)液晶显示模块；c)温度处理控制模块；d)串行接口；e)温度传感器网络。 .专业.专注. 第2章 多点环境监测系统的总体设计2.1具体方案我们不难发现现场总线的数字化正好解决了本系统要求的第1、2特性，而现场总线所具有的多点通信的功能又为第3、4项特性的实现扫清了道路。因此，能
10、否选择一种适合于多点温度测量系统的总线结构就成为本系统成败的关键。目前国际上的现场总线种类繁多，没有统一的标准。既然系统设计是为了完成预期的功能，那么我们完全可以自主构建一个总线结构。温度传感器的选择是本系统的关键。由于智能温度传感器采用数字化技术，能以数据形式输出被测温度值，具有测温误差小、分辨力高、抗干扰能力强、用户可设定温度上下限、具有超限自动报警功能，并且带串行总线接口，适配各种微控制器，因此我们采用智能温度传感器。我们采用DALLAS半导体公司生产的新型数字温度传感器DS18B20。因为和其他数字温度传感器相比，它更适合本系统，比较结果见表2-1所示。可见DS18B20具有测温准确度
11、高、总线挂接负载能力强的优势。它集温度测量、报警监测和数据通信多种功能于一体，并且兼容于DALLAS公司提出的单总线，可以很方便的组成底层总线。由于这层总线的主要功能是完成变风量空调实验室温度的检测，所以称之为测温层总线。表2-1 数字温度传感器的比较传感器使用总线测温准确度测量围（）总线最多挂接传感器数量LM75I2C3-25+1008LM74SPI3-55+1258MAX65751-Wire0.8-55+1258DS18201-Wire0.5-55+12580100DS18B201-Wire0.5-55+12580100，分辨力可编程测温层总线由AT89C52单片机进行控制，单片机完成对总
12、线上所有DS18B20发布命令和接收数据。另外，它还是温度传输层总线不可缺少的一部分。单片机在获取温度数据后需要进一步和PC机通信。本系统中只有一个单片机和PC进行串行数据通信，通信距离在10m以，因此选择RS-232标准作为串行数据通信的物理层协议。这层总线结构主要实现温度数据的传输，所以称之为温度传输层总线。系统的总体结构框图如图2-1所示。AT89C52单片机P1口的8条口线作为8条单总线，每条单总线上挂接DS18B20，因此完全可以满足此系统温度场测量的需要。图2-1 测温系统总体结构框图2.2系统主要技术参数系统主要技术参数：1、检测围：0.0099.92、可扩充到：-55+1253
13、、检测误差：0.54、采样速率：30分钟5、硬件平台:微型计算机采用普通的PC机6、软件平台(1)Windows操作系统(2)应用软件温度数据的采集与处理数据的串行通信与存储功能2.3本论文中元器件的选择2.3.1数字温度传感器概述在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨率只能达到1。目前国外己相继推出多种高精度、高分辨率的数字温度传感器，所采用的是912位A/D转换器，分辨率一般可达0.50.0625。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨率数字温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨率高达0.03125，测温精度为0
14、.2。为了提高多通道数字温度传感器的转换速率，也有的芯片采用调整逐次逼近式A/D转换器。以AD7817型5通道数字温度传感器为例，它对本地传感器、一路远程传感器的转换时间分别为27us、9us。新型数字温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线数字温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片部256Byte的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，数字温度传感器正从单通道向多通道的方向发展,这就为研究和开发多路温度测控系统创造了良好条件。数字温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、待机模式，有的还增加
15、了低温极限扩大模式，操作非常简便。对某些数字温度传感器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率(典型产品为MAS6625)。数字温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统;他们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。目前，数字温度传感器的总线技术也实现了标准化、规化，所采用的总线主要有单线(l-wire)总线、I2C总线、SM BUS总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。数字温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适合各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测量功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。本论文研制的温度检测系统要检测的温度围为0.000099.0000，可选用的常用温度传感器有集成温度传感器、热电偶、热电阻等。集成温度传感器(如AD590、DS18B20等)使用方便，信号易于调理，它们的测温围普遍窄，一般在2
