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1、毕业设计题 目 多点温度采集系统与控制器设计学 院 控制科学与工程学院专 业 电气工程及其自动化姓 名 学 号 指导教师 二OO八年六月十四日目录摘要3ABSTRACT41 绪论51.1 选题背景51.2 发展趋势62 系统分析与方案确定72.1 系统分析72.2 传感器选型72.3 DS18B2072.3.1 DS18B20结构82.3.2 单总线92.3.3 DS18B20供电方式102.3.4 DS18B20寄存器112.3.5 DS18B20测温原理122.3.6 DS18B20时序及存储器命令132.4单片机选型152.4.1 单片机AT89S52152.4.2看门狗定时器（WDT）
2、162.5 通讯模块172.5.1通信概述172.5.2 通信协议182.5.3 通信方式选用192.5.4 MAX485接口芯片192.6系统方案的确定193 硬件设计213.1 硬件结构框架213.2电源电路213.3键盘电路223.4 温度检测电路233.5 液晶显示电路243.6控制电路263.7串口通讯电路283.8 系统电路图294 软件设计304.1主程序设计304.2 键盘控制程序324.3温度检测程序设计334.3.1读序列号程序334.3.2温度检测主程序334.3.3温度计算流程图354.4 RS-485通信程序365 总结38致谢39参考文献40附录：部分系统程序41多
3、点温度采集系统与控制器设计摘要本设计提出一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于温室大棚的的设计方案。一旦该温度值超过我们预先设定的上、下限，单片机便启动报警系统进行报警，进而对大棚内温度进行控制。这种设计方案能对多点的温度进行实时巡检，各检测单元能独立完成各自功能，同时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到计算机，进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果进行整理、显示和存储。该测控系统不需要任何固定网络的支持，安装
4、简单方便，系统稳定可靠、可维护性好。关键词：温度检测；单片机；单总线；DS18B20ABSTRACTBased on the design of a microcontroller and a digital 1wire-bus technology temperature measurement and control system used in the greenhouse design. Once the temperature exceeded our pre-determined, the minimum level, Single-chip microcomputer will
5、activate alarm system for alarm as well as on the greenhouse temperature control. This design programmes to more real-time inspection of temperature, the unit can detect independent of their respective functions, according to the instructions of Controller temperature regularly collected, measured n
6、ot only in the local, and can use the microcontroller serial port, through the RS-485 bus and communication protocols will be collecting the data transmission to the computer, further filing, processing. Zhu Kongji responsible for the control sent commands to control all from the collection of tempe
7、rature, the measurement data collection and measurement results are finishing, display and storage. The monitoring system does not require any fixed network support, installation simple, stable and reliable system, maintainability well. Keywords:DS18B20;Single-chip microcomputer;RS-485;1-Wire;1 绪论1.
8、1 选题背景在工农业生产中，温度检测及其控制占有举足轻重的地位，随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现 ，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的系统。传统方法精度不高，不稳定、成本高等问题，又需要后续信号处理电路 ，而且热敏电阻的可靠性相对较差 ，测量温度的准确度低 ，检测系统的精度差。要达到较高的测量精度需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差等问题，使温度检测复杂化。模拟信号在长距离传输过程中，抗电磁干扰时令设计者伤脑筋的问题，对于多点温度检测的场合
9、，各被检测点到监测装置之间引线距离往往不同，此外，各敏感元件参数的不一致，这些都是造成误差的原因，并且难以完全清除。温室大棚是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的理想场所。实现温室大棚环境智能控制的目的是主动地调节温度、湿度、光照和二氧化碳气体浓度等环境因素，以满足作物最佳生长环境的要求。其中，温度是最重要的环境因数。目前，我国绝大多数温室大棚设备都比较简陋，温室大棚环境仍然靠人工根据经验来管理。环境因素的自动调节和控制的研究正处于起步阶段，已严重影响了设施农业的大力发展。特别是北方地区因其纬度高，寒冷季节长，四季温差和昼夜温差较大，不利于作物
10、生长，目前应用于温室大棚的温度检测系统大多采用传统的温度检测。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。 热敏电阻或温敏元件多路模拟开关A/D转换器单片机 图1-1 传统温度检测系统目前，一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动控制的现代化高科技温室，并且形成了令人惊羡的植物土厂。而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平
11、比较低，仍靠人工根据经验来管理。而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用。1.2 发展趋势随着设施农业的规模化和产业化程度的不断提高，网络通讯技术会在温室控制和管理系统中得到广泛的应用。温室内部的管理和控制实际上就具有局域网的特性，随着网络通讯技术的发展，地区之间甚至跨国之间可以通过互联网进行远程控制和管理。我国土地辽阔，气候复杂，种植模式多样，整体的种植水平较低，利用现代化网络技术进行在线和离线服务，从长远看具有广阔的应用前景。目前开发的温室计算机
12、控制系统采用了主机终端模式，该模式通过一个主机作为控制中心，负责对其它各子系统进行控制管理，该模式不灵活且投入大。分布式计算机系统是计算机控制系统的发展方向，该系统采用了所谓的服务器客户模式。未来的计算机控制与管理系统是综合性、多方位的，温室环境测试与自动控制技术将朝多因素、多样化方向发展。温室环境测控技术的发展趋势随着传感技术、计算机技术和自动控制技术的不断发展，温室计算机的应用将由简单的以数据采集处理和监测，逐步转向以知识处理和应用为主。因此除了不断完善硬件控制设备外，主要是软件系统的研制开发将不断深入完善，其中主要以专家系统为代表的智能管理系统已取得了不少研究成果。近几年来神经网络、遗传
13、算法、模糊推理等人工智能技术在设施农业中得到了不同程度的应用。温室生产系统由作物、各种农业机械设备、环境控制设备及生产管理者等组成了一个十分复杂的非线性系统。因此企业研究其输入与输出的定量关系是十分困难的。神经网络采用黑箱方法能把复杂的系统通过有限的参数进行表达。但神经网络方法也存在着明显的缺陷，即需要大量的历史资料，否则在进行外推和演绎时可靠性明显降低。网络通讯技术是上世纪 90 年代最具活力、发展速度最快的高科技领域。通过网络随意获取世界范围内的有用信息，指导自己的生产，甚至可以通过在线服务系统进行咨询，是未来农业的发展趋势所在。2 系统分析与方案确定2.1 系统分析本系统需要对系统应用环
14、境的多个点的温度进行实时巡回检测，同时能够根据主控机的指令对指定点温度进行采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，将采集的数据传送到计算机，进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果进行整理、显示和存储。根据系统的需要，本设计需要完成温度采集模块、通信模块、显示模块的硬件选型、电路设计与程序编写。2.2 传感器选型前应用多点温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的传输系统。传统的温度检测装置抗干扰能力较差，多采用单片的温度传感器，例如LM35 、AD590 ，这些芯片不仅体积大
15、，而且输出的信号都是模拟信号，必须要经过A/ D 转换，而且没有数字通信和网络功能，同时，模拟信号的远距离测量易遭受引线误差的影响，且外部附加电路较多，硬件结构复杂，增加了成本，在这样的情况下，温度传感器选用1-Wire总线数字式温度传感器DS18B20，测量温度范围为-55125。在-1085范围内，测量精度为0.5，分辨率为程控可调的 0.50.0625，其与传统温敏模拟传感器相比，由于采取高集成度设计和数字化处理，在可靠性、抗干扰能力以及器件微小化方面都有明显的优点，其功能能够满足该温度检测系统需要。2.3 DS18B20DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的1-Wire总线数字式温度传感器，体积小、经济实用、方便灵活的优点，在现代温度采集系统中广泛应用开来。其封装如图2-1。 图2-1 DS18B20封装图2.3.1 DS18B20结构DS18B20的结构框图如图2-2，有4个主要组成部分：1) 64位光刻ROM数据存储器;2) 温度传感器；3
