温度智能检测系统设计论文

温度智能检测系统设计论文（精选11篇）

温度智能检测系统设计论文 篇1

1研究背景与意义

温度是物理学中的基本物理量,它表示了物体内分子热运动的剧烈程度,温度只能通过物体随温度变化的特征物理量来间接测量,无法直接获取,对它的精确检测和控制,随着科学的发展越发重要。近年,温度检测发展迅猛,由最初的分散传感集中控制结构,到现在的智能化、简单化的分散控制;由于虚拟技术在智能化仪器中的使用,加速了智能温度检测的发展;以数据采集为基础结构发展的温度传感检测报警器在各类应用中也发挥着举足轻重的作用[1]。然而现有的温度检测技术在稳定性、精确性方面已经不再能够满足科学研究的需求,因此,对检测及算法的研究显得尤为重要。

2系统简介

通过特征物理量的变化来推算出当前的温度值,同时温度的变化是一个渐变量,随着时间的变化不是很剧烈。只有对温度作出更准确的检测判断以及与温度变化能匹配的控制过程,才能为后续其它控制打下可靠的基础。当温度发生变化时,传感器中相应的物理量随之发生相应的变化,经内部电路的处理———转化为相对应的电压或电流值,然后再进行数据处理[1,2],最后推算出所测量的实际温度数值。如果要控制温度值使他达到预设的期望值,就必须选择合适的控制算法和外围硬件。在传统检测算法中,温度控制的精度最主要的是由温度传感器的精度决定的,当然也要考虑后续数字信号处理的精度。粗糙的传感器检测精度,只能获得尚可的控制精度。然而如果在后续信号处理过程采用模糊智能算法,可以减弱粗糙温度传感器引起的控制精度不高这一问题,这也是模糊算法本身的优势,输入量的模糊化以及模糊推理算法,对输入量的精度不需要做特别的要求,也可以获得高精度的控制过程。本文采用模糊算法与传统的PID算法相结合,达到控制高精度的目的。

3系统要求与软硬件构成

温度传感器检测的范围预定为-40℃~100℃,测温精度数值为:±1℃。用户通过按键进行对温度进行目标设定。当传感器的测量值超过预定范围,给出报警信号。为了防止在预定值附近发生乒乓效应,设定冗余偏移量Δ为1℃[3]。报警的方式普通蜂的鸣叫声,同时以四位数码的形式在LED屏显示。如果传感器检测值没有超过预定范围,就参与模糊PID运算,给出控制信号。

根据功能设计,这个系统主要分为下面三个部分:①温度数据采集模块;②数据处理模块;③用户接口模块。

其中温度数据采集模块主要是以DHT11为核心的模块组。它运用单总线方法,接口便利,而且不需要额外的校准。分辨率为8bit,可以满足一般环境温度的检测需要。数据处理模块主要是由AT89S51单片机对DHT11采集到的温度数据进行数据判断处理、计算和推理逻辑操控功能。而用户接口模块主要由按键、LCD1602显示器和蜂鸣警报器构成。按键用来用户设定温度数值,LCD1602显示器用来显示数据,蜂鸣报警器用来提醒用户。

单片机处理收集到的的数据,采用模糊PID算法得到控制信号,同时把温度信号送给显示器以及其他电路。按键电路的主要功能是设置温度预定区间和目标温度值,超出这个区间便会发声报警。另外也有一个复位按键,进行复位操作。而当前的温度值主要由显示电路来完成。

把DHT11的DATA口连接AT89S51的P3.0口,把LCD1602与AT89S51的P0口连接[4],当所测出的温度值不在预设值区间时,蜂鸣器便会蜂鸣报警,原理图如图1所示。

根据功能的所需,软件流程图如图2所示。设计目标是进行对温度的实时检测并结合预设值进行比较,如果在预设值范围内,进行模糊PID运算;当实际温度值超出了预设值范围,则提醒用户进行范围调节,这个时蜂鸣器报警。首先,在刚接上电源时,蜂鸣器首先蜂鸣,这样不仅可以验证蜂鸣器是否能够正常工作的同时,也警示用户检测系统开始工作。接着LCD进入初始化,显示出温度数值,另一方面,结合按键的功能,进行温度预设范围。然后把采集到的数据进行模糊PID处理,最终给出精确控制量,同时对外输出数据。

4结论

本检测系统最大的优点是具有高的性价比,另外,高集成度使得作品体积很小,采用USB方式供电,这样直接的表现就是方便用户的使用,携带。最后整个系统操作非常简单,让它的适用性更广。然而,该作品的缺点任然是精确度问题,一是显示的温度值只能精确到整数部分;二就是检测范围问题,温度检测的范围固定值为-40℃~100℃。

摘要：系统采用数字输出温度传感器DHT11和具备低耗能、高性能的8位单片机——AT89S51以及高集成的LCD1206字符型液晶显示模块、蜂鸣报警器组成温度检测报警器,用户通过按键来设定一个目标温度值,系统检测出实际温度数值,经过噪声滤除处理,与预先设定的温度范围值进行模糊PID运算,并输出控制信号。软件部分包括主程序、显示模块子程序和测温度子程序。

关键词：AT89S51单片机,LCD1206显示器,DHT11传感器

参考文献

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温度智能检测系统设计论文 篇2

1.1 单片机概述

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。它又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。1.2 温度采集设计背景

随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技构中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域己经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段: ①传统的分立式温度传感器

②模拟集成温度传感器

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图（9）系统流程图 软件程序设计

PORTA EQU 020H

；定义端口地址 PORTB EQU 021H PORTC EQU 022H

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PORTD EQU 023H DATA SEGMENT

TABLE DB 40H

DB 4FH

DB 24H

DB 30H

DB 19H

DB 12H

DB 02H

DB 78H

DB 00H

DB 10H

BUFDA1 DB ?

BUFDA2 DB ?

BUFDA3 DB ? DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA

MOV DS,AX

MOV AL,98H

OUT PORTD,AL

；8255的初始化

;*****************************

MOV AL,01

OUT PORTC,AL

MOV AL,00

OUT PORTC,AL

；PC0 为0，启动A/D转换 FIND: IN AL,PORTC

TEST AL,010H

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JNZ FIND

；读PC4的值，如为1则继续查询

MOV AL,01

OUT PORTC,AL

；使PC0为1，撤消启动信号

IN AL,PORTA

；读取转换数据

;******************************

MOV CL,100

；计算百位，十位，个位

DIV CL

MOV BUFDA1,AL

XOR AL,AL

MOV CL,10

MOV BL,AH

MOV AL,BL

MOV AH,0

DIV CL

MOV BUFDA2,AL

MOV BUFDA3,AH

;****************************** DISPLAY:MOV BX,OFFSET TABLE

MOV AL,[DI+0]

XLAT

；换码

MOV DX,PORTB

OUT DX,AL

MOV CX,30H

；延迟程序 DELAY: LOOP DELAY

RET

;**********************************

MOV CX,30H DISPLAY1:MOV AL,06H

OUT PORTD,AL

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MOV AL,05H

OUT PORTD,AL

MOV AL,03H

OUT PORTD,AL

MOV DI,OFFSET BUFDA1

CALL DISPLAY ；使LED0工作

MOV AL,07H

OUT PORTD,AL

MOV AL,04H

OUT PORTD,AL

MOV AL,03H

OUT PORTD,AL

MOV DI,OFFSET BUFDA2

CALL DISPLAY ；使LED1工作

MOV AL,07H

OUT PORTD,AL

MOV AL,05H

OUT PORTD,AL

MOV AL,02H

OUT PORTD,AL

MOV DI,OFFSET BUFDA3

CALL DISPLAY ；使LED2工作

LOOP DISPLAY1；延迟

;***********************************

MOV AH,4CH

INT 21H CODE ENDS

END START

中北大学计算机控制课程设计说明书 总结心得

本课程设计是基于AT89C51单片机的温室检测系统。该课程是以单片机8051为核心，以热敏电阻为测温元件对温度进行有效的测量,通过ADC0809芯片将电压信号转化为数字信号，经过单片机处理后通过8255芯片扩展的I/O以动态方式显示，再加上相应的时钟电路、复位电路、分频电路，最后编写程序，温度采集系统的设计就完成了。

在做课程设计的过程中，除了了解相关设计的硬件原理电路图外，还要了解具体的型号，熟悉相关软件的使用，如AutoCAD、Protel、Word等，虽然在实际操作过程中遇到了很多困难，但经过不懈努力还是完成了本课程的设计。

在这一周的设计中，不仅使我增长了很多课堂上所学不到的知识，而且还让我对A/D转换和扩展I/O有了更深入的了解。对一些单片机原理及应用有了更加深刻的认识。

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附图 电路接线仿真图

256912151619Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7U374LS373OELE3478***C11nFD0D1D2D3D4D5D6D7U2VREF(-)VREF(+)***21282726U1X1CRYSTAL19XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD*********617C21nF18XTAL2RST1nF293031PSENALEEA22232425ALEADD CADD BADD AADC0809R1100k12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51U5NORU4NOR第 14 页

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27.0C39***192021GND2-8LSB2-72-62-52-42-32-22-1MSBVCCCLOCKOUTPUT ENABLEEOCSTARTIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN03U6VOUTLM351中北大学计算机控制课程设计说明书

参考文献

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三路无线温度检测系统设计 篇3

温度的检测有许多方法,可供选择的器件和运用的技术也有多种。三路无线温度检测系统采用近几年来成熟的各种温度传感技术、短距离无线通信技术、数据处理控制技术和功能化模块来构造基本的系统功能。本系统要实现的是温度数据的测量、存储、显示及后期处理等功能,因此系统的总体结构可以构想为温度采集模块、短距离无线通信模块、系统控制及数据处理模块等几大部分。

二、系统硬件电路的设计

1.温度采集部分电路设计

(1)温度数据采集硬件接口电路。89S51的 I/O 口线较少的特点,用多只DS18B20 型单线数字式集成温度传感器组成多点温度采集网络。

(2) 数字式温度传感器 DS18B20。单总线是美国 DALLAS 半导体公司近年推出的新技术,它只定义了一根信号线,总线上的每个器件都能够在适当的时间驱动它,相当于把单片机的地址线、数据线、控制线合为一根信号线对外进行数据交换。

2.显示电路设计

(1)串行液晶显示模块。本次笔者在主机采用的是串行液晶显示模块。该模块只占用5个I/O口。采用得是串行通讯方式。一个I/O口负责发送数据。另一个I/O口负责输出串行时钟脉冲。其余三个I/O中有一个负责复位,一个是LCD选择。最后一个是数据地址选择。由于液晶显示需要一个3V的背光电源所以再电路中加了一个芯片AMS1117,它起到的作用是将输入的5伏电压转换成3伏电压送给液晶显示模块。

(2)静态显示模块。笔者选择74LS164 移位寄存器芯片用来做静态显示。芯片将在串行口同步脉冲的作用下把串行口的数据按从低到高的顺序一位一位的送到移位寄存器中,再并行输出并持续保持其输出状态。

3.多路无线温度测量系统结构图

系统由温度数据采集模块、键盘/显示模块、数据上传等部分组成。一片PTR8000无线收发模块作为下位机,与多片温度传感器组成温度采集网络,完成多点温度数据的采集和无线发送;另一片 PTR8000 无线收发模块作为上位机,通过扩展显示、键盘等模块,完成温度数据的接收、显示。

三、 系统的软件设计

温度测量系统的功能是在程序控制下实现的。该系统采用模块化的设计思想,按整体功能分成多个不同的程序模块,分别进行设计、编程和调试,最后通过主程序和中断处理程序将各程序模块连接起来。温度测量系统的软件主要分为从机的温度度采集和数据无线传输程序以及主机的温度数据的接收、显示、设置程序。

1.主程序设计

系统的主程序设计主要实现各程序模块的连接。上位机的系统初始化主要包括 PTR8000 中寄存器、存储单元的设置、PTR8000子系统初始化、液晶显示模块初始化。下位机的系统初始化主要包括 PTR8000中寄存器、存储单元的配置、PTR8000 子系统初始化、DS18B20 的初始化.

2.上位机主程序

上位机程序当中除了包含个元件的初始化程序为还需要有接收子程序用来接收从机发送过来的数据;数据处理程序将发送过来的数据进行处理以方便显示;液晶显示子程序把处理过的数据显示出来;报警子程序,对数据进行比较超过预设值则进行报警。

3.下位机主程序

下位机程序中除了必要的初始化程序外还要有DS18B20控制程序分别从三个芯片中读出温度数据;数据传输发送子程序将读出的温度传送给上位机;数据处理程序将读出的数据进行必要的处理供显示用;显示子程序将想要显示的温度显示出来。

4.DS18B20程序设计

(1)DS18B20的命令及含义。READROM命令代码[33H]:如果只有一片DS1820,可用此命令读出其序列号,若在线DS1820多于一个,将发生冲突。

·MATCHROM命令代码[55H]:多个DS1820在线时,可用此命令匹配一个给定序列号的DS1820,此后的命令就针对该DS1820。

·SKIPROM命令代码[CCH]:此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820。

(2)DS18B20的通信协议。数字式温度传感器和模拟传感器最大的区别,是将温度信号直接转化成数字信号,然后通过串行通信的方式输出。所有的DS18B20器件要求采用严格的通信协议,以保证数据的完整性。与DS18B20的通信,是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时,都是字节的低位在前,高位在后。

本次设计的三路无线温度测量系统是短距离无线通信技术在温度测量方面的一个具体应用。系统以单片机89S51为核心,采用数字式温度传感器 DS18B20,应用传感技术、无线收发技术及计算机技术,实现多点温度数据的采集和短距离无线传输。

该温度测量系统电路简单,性能稳定,抗干扰能力强,可靠性高、搭建方便、易于扩展,室内实际发射距离约 25 m(通过改进天线的设计可适度增加),经过软件进行非线性及温度补偿后,测温精度可进一步提高,因此本系统适用于在短距离对多种环境温湿度的监测,有广阔的应用前景。

电池温度智能监测系统设计 篇4

关键词：电池温度,无线传输,DS18B20,热敏电阻

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源, 在电力、通信、军事等领域中得到了广泛的应用。温度是蓄电池的一个重要参数, 它可以间接地反映电池的性能状况, 并且根据此温度参数可以对电池进行智能化管理, 以延长电池的寿命。在蓄电池组充放电维护及工作工程中, 电池内部产生的热量会引起电池的温度发生变化, 尤其是蓄电池过充电、电池内部电解液发生异常变化等原因均可能造成电池温度过高而造成电池损坏。传统上用人工定时测量的方法, 劳动强度大、测量精度差, 工作环境恶劣, 尤其是不能及时发现异常单体电池, 容易导致单体电池损坏, 甚至导致整组电池故障或损坏;基于总线结构的有线多点温度监测系统, 能够实现温度的智能化测量, 但存在布线繁多复杂、维护扩展困难等不足。鉴于此, 设计了一种基于单总线温度传感器和无线收发模块的电池温度无线监测系统, 能够有效地克服热敏电阻测温和总线结构控制系统的不足, 有利于提高蓄电池性能监测的智能化水平。

1 单总线温度传感器DS18B20[1,2,3]

1.1 DS18B20 芯片特性

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的新一代适配微处理器的智能温度传感器, 它将温度传感器、A/D转换器、寄存器及接口电路集成在一个芯片中, 采用1-wire总线协议, 可直接数字化输出、测试。与其他温度传感器相比, 具有以下主要特性:采用独特的单线接口技术, 与微处理器相连仅需一根端口线即可实现双向通信, 占用微处理器的端口较少, 可接收大量的引线和逻辑电路;使用中不需要任何外围电路, 全部传感元件及转换电路都集成在形如一只三极管的集成电路内;测温范围-55～+125 ℃, 精度可达±0.5 ℃, 可编程9～12位A/D转换精度, 测温分辨率可达0.062 5 ℃, 可实现高精度测温;测量结果直接输出数字温度信号, 同时可传送CRC校验码, 具有极强的抗干扰纠错能力;支持多点组网功能, 多个DS18B20可挂在总线上, 实现组网多点测温。适应电压范围宽:3.0～5.5 V, 在寄电源方式下可由数据线供电;DS18B20与单片机连接如图1所示, 单总线器件只有一根数据线, 系统中的数据交换、控制都在这根线上完成, 单总线上外接一个4.7 Ω的上拉电阻, 以保证总线空闲时, 状态为高电平。

1.2 DS18B20 的控制时序

DS18B20与微处理器间采用的是串行数据传送, 在对其进行读写编程时, 必须严格保证读写时序, 否则将无法读取测温结果。DS18B20控制时序主要包括初始化时序、读操作时序和写操作时序[4], 如图2所示。

(1) 初始化时序。

时序见图2 (a) , 主机总线t0时刻发送一复位脉冲 (最短为480 μs 的低电平信号) 接着在t1时刻释放总线并进入接收状态, DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15～60 μs , 接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲 (低电平持续60～240 μs) , 如图中虚线所示。

(2) 写操作时序。

当主机总线t0 时刻从高拉至低电平时, 就产生写时间隙。从t0 时刻开始15 μs之内应将所需写的位送到总线上, DS18B20在t0后15～60 μs间对总线采样, 若低电平写入的位是0, 若高电平写入的位是1, 连续写2位的间隙应大于1 μs , 见图2 (b) 。

(3) 读操作时序。

当主机总线t0时刻从高拉至低电平时, 总线只需保持低电平6～10 μs 之后, 在t1时刻将总线拉高, 产生读时间隙, 读时间隙在t1时刻后到t2 时刻前有效, t2～t0为15 μs, 也就是说, 在t2时刻前主机必须完成读位, 并在t0后的60～120 μs内释放总线, 见图2 (c) 。

2 系统硬件结构

监测系统主要由温度监测节点、主控单元和上位机等3部分组成, 系统结构如图3所示。温度监测节点分布在蓄电池组的各个单体电池上, 采集各单体电池的温度信息, 通过无线网络传输给主控单元;主控单元与所有监测节点进行通信, 接收上位机的命令和来自监测节点的温度信息, 并将温度信息上报上位机;上位机实时显示蓄电池的温度信息, 并对数据进行分析处理, 根据设定的报警门限启动告警程序, 及时发现异常电池。

2.1 温度监测节点设计

温度监测节点的功能是完成对单体电池的温度信息采集、处理和无线数据传输。采用单片机控制无线收发芯片nRF2401和单总线数字温度传感器DS18B20来实现温度的智能测量, 主要包括单片机系统、温度采集电路、无线收发电路、显示电路、告警电路和电源等组成, 其硬件结构如图4所示。

DS18B20测温电路如图1所示, 用热传导的粘合剂将DS18B20粘附在蓄电池的表明, 管芯温度与表面温度之差大约在0.2 ℃之内[5]。利用nRF2401无线收发芯片实现无线传输, nRF2401 是一个单片集成接收、发射器的芯片, 工作频率范围为全球开放的2.4 GHz 频段。它内置了先入先出堆栈区、地址解码器、解调处理器、GFSK滤波器、时钟处理器、频率合成器, 低噪声放大器、功率放大器等功能模块, 需要很少的外围元件, 使用起来非常方便。在本系统中nRf2401 通过P2 口与单片机进行通信, AT89S51 的P2.0 和P2.1 口分别与nRF2401 的CLK1, DATA 相连接。nRf2401 的CS 是片选端, CE 是发送或接收控制端, PWR_UP 是电源控制端, 分别由单片机的P2.3, P2.4 和P2.5 引脚控制。nRF2401 的DR1 为高时表明在接收缓冲区有数据, 接单片机的P2.2[6,7,8] 。

由于nRF2401 的供电电压范围为1.9～3.6 V , 而AT89S51 单片机的供电电压是5 V, 为了使芯片正常工作, 需要进行电平转换和分压处理, 设计采用MAXIM 公司的MAX884 芯片进行5 V到3.3 V 电平转换, 如图5所示。

2.2 主控单元设计

主控单元和监测节点组成无线网路, 通过主控单元实现上位机和监测单元的数据通信。主控单元的基本结构和监测单元类似, 主要由单片机系统、无线收发模块、显示电路、串行通信电路及电源等组成。

串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议, 大多数计算机包含2个基于RS 232的串口, PC的串行口是RS 232C电平, 而单片机的串行口是TTL电平, 两者之间通过串口通信时, 必须进行电平转换, 设计运用MAX232A芯片完成单片机与PC之间的数据传输, 硬件连接电路如图6所示[9]。

3 控制程序设计

系统控制程序主要由单总线测温控制程序、无线收发控制程序和上位机监测程序等组成。单总线测温程序负责单总线设备初始化、采集电池温度并传送给nRF2401模块;无线收发控制程序主要功能是负责无线网络的组建和数据信息的无线传送;上位机监测程序的主要功能是通过串口和主控单元进行数据通信, 实时显示并存储数据信息。以监测节点为例, 图7是监测单元的程序流程图, 监测单元首先进行初始化, 主要包括单片机系统的通信、中断及定时的初始化等, 然后采集单体电池的温度信息、保存并用数码管显示, 实时监测主控单元的数据传送命令, 如果有就将电池的温度数据通过无线模块发送出去。

4 试验结果

设计了试验样机, 监测节点试验电路实物如图8所示, 在室内进行了温度测试, 采用4个监测节点, 分别在距离主控单元4 m, 8 m, 12 m的距离进行了试验, 试验数据如表1所示。

从表1可以看出, 温度的测量精度可达±0.3 ℃, 无线传输的准确率较高, 能够满足无线温度监测的需要。

5 结 语

本文针对蓄电池组中单体电池的温度监测问题, 设计了基于DS18B20数字温度传感器和无线收发芯片组成的远程无线监测系统。系统由上位机、主控单元和多个监测单节点组成, 主控单元通过串口与上位机进行通信。与传统的有线多点温度测量系统相比, 具有布设、扩展、维护及更新方便等特点, 有一定工程实际应用价值。

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桥梁应变监测温度补偿系统设计 篇5

【关键词】桥梁应变 DS18B20 单总线 温度补偿

【Abstract】In order to monitor the strain of dangerous section key components on the bridge in real time and to overcome the impact on FBG strain monitoring system which caused by ambient temperature， the temperature compensation system based on DS18B20 single-bus temperature sensor has been developed. The simulation results showed that the system collected the data rapidly and worked reliably.

【Key words】Bridge strain DS18B20 1-wire Temperature compensation

光纤光栅应变监测作为大型桥梁健康监测的重要手段，其数据的准确性必须得以保证。本文针对目前桥梁光纤光栅应变监测中光纤光栅温度传感器补偿[1]效果欠佳，成本太高的问题，设计了基于DS18B20的桥梁应变监测温度补偿系统的设计系统[2，3]，具有一定的理论意义和工程实用价值。

一、系统硬件设计

温度补偿系统的数据处理模块主要由单片机及少数外部电路组成的最小系统组成，负责对8个通道上的温度传感器进行数量的自动识别、记录连接在单总线上的所有温度传感器ID，并与指定的温度传感器进行数据交换，完成温度数据读取，转换和上传。数据处理模块如图1所示。包括系统上电指示灯，系统复位电路和晶体振荡电路。

由于温度补偿系统具有和上位机进行通讯的功能，因此采用11.0592MHz高精度晶振实现标准通讯波特率。P0口作为数据总线接口，用于同LCD液晶模块进行数据交换；P2口作为控制口，控制LCD液晶模块进行显示；P1口作为温度传感器通道，每个通道可悬挂若干个DS18B20；P3口的RXD和TXD引脚作为串行通讯接口。

本设计的温度补偿系统中，将多个DS18B20悬挂在单总线上，采用外部电源供电方式，线缆采用四芯对绞全铜屏蔽通讯线缆，连接方式如图2所示，采用地和数据线对绞、地和电源线对绞的连接方式，这使得数据传输时的抗干扰能力增强，数据传输距离更长。对DS18B20做了测温距离实验，采用四芯对绞全铜非屏蔽通讯电缆，可靠传输距离超过100m。

本项目的通讯距离为240m，通讯波特率为19200baud，使用CAN总线进行通讯。设计中选用PCA82C250[6] CAN总线物理接口芯片，利用CAN总线的物理层，无需增加编程任务[5]，其连接方式见图3所示。

二、系统软件设计

主程序开始后首先进行变量初始化，然后对8个通道进行各一次温度转换命令，但并不进行温度数据读取，转而进行其他操作，使各个通道上的所有DS18B20完成上电复位操作并等待一段时间，防止首次温度转换读出+85℃的错误数据。紧接着，软件自动判断系统中有没有插入1602型LCD液晶屏。若检测到有液晶屏为系统调试模式；检测到没有连接液晶屏则系统进入正常工作模式，进行串口初始化操作，启动数据上传方案。

为保证所有当前通道上所有元件温度转换的同步性，温度转换子程序应先对当前通道上的所有元件进行初始化操作，随后在总线上发送ROM跳过指令0xCC，则总线上所有都会被选中，后边送出温度转换启动命令0x44，则总线上所有元件开始进行温度转换操作，因为DS18B20完成12位精度温度数值转换最多需要750ms，所以在此处设置调用延时子程序，等待温度转换完成，随后退出温度转换子程序。

对总线上所有的元件进行温度转换操作后，就应该逐个对其进行温度数据的读取操作。温度读取子程序应先对温度符号标志进行清零操作，默认温度为正值，随后对当前通道进行初始化操作，初始化完成后要对指定元件进行温度数据读取，应先写ROM匹配命令0x55，所有元件准备接收ROM信息，再送出对应的64位ROM信息，指定的元件进行响应，其余元件断开总线连接，在总线上送出读暂存器命令0xBE，元件将2字节的温度数据准备好，并释放在总线上，STC89C52RC对总线上的温度数据进行接收，数据接收进来后，对温度数据的最高5位进行分析，若全为1，则为负温度值，温度符号标志位置1并退出温度读取子程序；否则直接退出温度读取子程序。

三、结语

环境温度的变化对桥梁光纤光栅应力变监测系统的可靠性产生影响，温度补偿系统可以有效地减小或消除这种影响，从而提高了光纤光栅应变监测系统数据的准确性，为桥梁的安全运营提供了可靠保障。

参考文献：

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基金项目：

陕西省交通厅科技计划（08-04K）

作者简介：

智能车内温度监测系统设计 篇6

而对于中低预算的购车者来说,为了一个自动空调而增加过万元的购车成本,并不是最好的选择。本设计刚好为有这种需求的汽车用户提供了一个准确可靠、成本低廉的解决方案。

1 方案简介

图1为智能车内温度监测系统方案框图。对本系统方案简要介绍如下:

(1)系统核心为MCU,目前笔者在测试阶段采用的是深圳宏晶公司的STC89C52,它采用Inte18051架构,并且在此基础上进行扩展,稳定性极高。成本低廉,批量购买可以达到2RMB/片;体积小,PQFP封装只有13.45mm*13.45mm;具有掉电模式和睡眠模式,掉电模式下,电流<0.1uA。这些都是一个优秀温度控制系统的基础。

(2)温度采集采用DS180B20温度传感器,它采用Dallas公司单总线协议,温度测试精度可以达到0.5℃,测量范围-55℃～+125℃。完全满足汽车使用环境需求。

(3)输入和显示分别采用机械按键设置显示格式和温度告警上下限,使用1602液晶显示器显示当前温度。

(4)为了达到降低设备功耗的目标,系统采用HC-SR501人体红外传感器来唤醒MCU和显示器,当车内没有人时,1602关闭,MCU进入掉电模式;当HC-SR501检测到车内有人进入时,唤醒MCU和1602,实时显示车内温度。

(5)当车内温度达到预设的温度上限或下限时,系统将通过蜂鸣器发出告警。提示驾乘者及时调整空调。系统默认的温度区间为26℃-28℃,这是自然环境中,人体体感温度比较舒适的温度范围。

(6)以上模块可以实现对车内温度的检测,由于系统功率很小,可以直接使用干电池供电,从而实现不依赖汽车独立工作。

(7)为了实现对车内温度的自动控制,从而实现自动控制空调的效果,本系统预留了接口,与DS3908相连,DS3908为数字电位器,可以通过MCU编程控制,可以用它作为汽车空调的档位控制开关,工作时将汽车里本来的空调开关断路,将DS3908接入汽车空调电路,根据DS18B20采集的车内温度控制DS3908档位,从而控制汽车压缩机和鼓风机的工作电流,实现温度自动控制。但是此时,本系统将不能独立工作,系统的可靠性直接影响汽车空调系统可靠性,并且在实际安装时需要修改汽车电路,因此DS3908作为可选模块,根据用户需求决定是否安装。

2 具体实现

(1)硬件系统:本系统设计的主要硬件及其功能应在上面章节中说明。为了不占用车内空间,使用PQFP封装和1602,系统的PCB板整体面积只有150mm*30mm。设备厚度15mm,跟一般汽车里的香水盒差不多。

正常工作状态下,系统功耗不超过2mA。

由于89C52中集成了看门口电路,系统采用看门口保证系统的稳定工作,当系统挂死,看门狗自动复位,复位后从E2PROM中读取配置,继续工作,无需用户重新设计。

(2)软件系统:STC89C52提供了8K Flash和512B RAM,因此本系统全部使用C语言来开发。使用模块化设计思想,即提高了系统开发效率,又保证了系统的稳定性和后续可复用程度。

1)由于DS18B20和DS3908都采用了Dallas的单总线结构,需要专门代码解析单总线上的数据,但同时这些代码相对独立,可以提炼出独立的接口供控制程序调用,因此,在软件设计时,首先针对这两个设备写了独立的驱动文件,包括.C和.h文件,调用设备时,只要包含驱动的.h就可以。

2) 1602是目前普遍使用的液晶显示器,笔者直接复用了自己之前在其他产品上写过的驱动程序,极大提高了系统开发效率。

3) HC-SR501传感器在程序设计上非常简单,基本不用为它专门写代码,接入电路后,如果在检测范围内发现有人,就会在输出引脚上输出低电平,把这个信号接入MCU的外部中断,就可以唤醒系统。

4)最后程序的大部分代码和设计都集中在主程序设计上。图2为主程序框图。

3 总结

本系统为解决中低端家用轿车内没有温度检测和控制系统的问题,采用了当前嵌入式设计系统领域中的主流硬件,以可靠、准确、稳定、高性价比为目标进行设计。目前笔者已经通过了系统的全部测试,并在自己的家用车中正常使用。该系统最大特色是采用了MCU作为核心,有接口扩展能力,可以与汽车空调系统甚至ECU进行通信。具有很强的推广和实用意义。

参考文献

[1]程晓锦,徐秀花,李业丽.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真(第2版)[M].清华大学出版社.

温度智能检测系统设计论文 篇7

温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度作为一种最基本的环境参数,在日常生活中经常被使用,比如粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统,都需要进行温度测量,用得较多的是多点温度测量系统,因此,智能多点温度测量系统的设计与制作尤为重要。本文将介绍智能多点温度测量系统的设计与制作过程。

1 部件简介

1.1 单总线数字温度计 DSl8B20

DSl8B20是世界上 第一片支 持“单总线”接口的数字温度传感器,能够直接读取被测物的温度值。它具有多种封装形式,可以适应不同的环境需求。其测量范围在 -55 ~ +125℃,测量精度可达±0.5℃,稳定度为1%。通过编程可实现9、10、11、12位的分辨率读出温度数据,对应的温度量化值分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃,芯片出厂时默认为12位的转换精度。读取或写入DS18B20仅需要一根总线,要求外接一个约4.7kΩ的上拉电阻,当总线闲置时,其状态为高电平。

1.2 AT89C51 简介

AT89C51是一种带4K字节闪存的低电压、高性能CMOS8位微处理器的单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机,是AT89C51的一种精简版本。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容,由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,AT89C51是一种高效微控制器,它在很多嵌入式控制系统使用。

1.3 Proteus 平台

Proteus软件是Labcenter公司的一款电路设计与仿真软件 , 它包括ISIS、ARES等模块 ,ARES用来完成PCB设计 ,ISIS用来完成电路原理图的绘制与仿真。Proteus仿真基于VSM技术 , 其最大优势在于能仿真大量单片机芯片 , 如MCS-51系列、PIC系列等 , 以及单片机外围电路 , 如键盘、LED等。通过Proteus软件能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验环境。

2 系统硬件设计

2.1 总体结构

由DS18B20和AT89C51的特征决定,系统硬件设计如图1所示 :

系统采用8片DS18B20构成传感器网络,通过并行链接方式连接至单片机的通用I/O端口,单片机获得温度信息后,通过特定算法,将信息通过LED显示,同时上传数据至上位机处理待命。

2.2 DS18B20 操作命令

初始化 :总线上所 有操作要 初始化 ,MCU先发复位信号 , 之后 ,DS18B20发出在线信号 , 并等待接受命令 ;ROM操作命令 :MCU收到DS18B20在线信号后 , 发送4个ROM操作命令中的一个 , 这些命令字均为8位 :

①读命令 (33H) :MCU可读出DS18B20的ROM中8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC码。读命令仅适用于单个DS18B20在线情况 , 当多个DS18B20在线时,为了保证开漏输出,将产生线与输送线结合 , 从而引起数据冲突。

②选择定位 命令 (55H) :多个DS18B20在线时 ,MCU发出该命令和1个64位数列 ,DS18B20内部ROM与主机数列一致 , 响应主机发送的寄存器操作命令 , 其他DS18B20等待复位。其也可用在单个DS18B20的情况。

③跳过ROM序列号检测命令 (CCH):在单个DS18B20在线系统 中 , 该命令允许MCU跳过ROM序列号检 测而直接对寄存器操作 , 节省了时间。在多个DS18B20系统中 , 该命令将引起数据冲突。

④查询命令 (F0H) :用于系统初建时 ,MCU了解总线上的设备及其64位序列号。

⑤报警查询命令 (ECH) :该命令类似ROM查询命令 , 仅当上次温度测量值已置位 报警标志 ( 高于TH或低于TL),DS18B20才响应该命令 , 若DS18B20处于上电状态 , 该标志将保持有效 , 直到下列两种情况,该标志将失效 :本次测量温度发生变化 , 测量值处于TH、TL之间 ;TH、TL改变 , 温度值处于新的范围。

存储器操作命令 :

①写入 (4EH) :用于把数据写入寄存器第2至第4字节 , 从第2字节 (TH) 开始。复位信号发出之前必须把这三个字节写完。

②读出 (BEH) :用于读出寄存器中的内容 , 从第1字节开始 , 直到读完第9字节 , 若仅需要寄存器中部分内容 ,MCU可在合适时刻发送复位命令。

③复制 (48H) :用于把暂存器第2至第4字节转存至DS18B20的EERAM中 ,如果DS18B20是由信号线供电 , 主机发出此命令后 , 总线必须保证至少10ms的上拉 , 当发出命令后 , 主机发出读时序来读总线 , 如果转存正在进行 , 读结果为0,转存结束为1。

④开始转换 (44H) :DS18B20收到该命令后立刻进行温度转换。若DS18B20处于空闲 状态 , 当温度转 换正在进 行时 ,MCU读总线将收到0, 转换结束为1。如果DS18B20是由信号线供电 , MCU发出此命令后必须立即提供至少相应于分辨率的温度转换时间的上拉。

⑤回调 (B8H) :该命令把EERAM中的内容回调到寄存器TH、TL和设置寄存器单元 ,DS18B20上电时能自动回调 , 因此 , 设备上电后TH、TL存在有效数据。该命令发出后,若MCU读总线 , 读到0意味着忙 ,1为回调结束。

⑥读电源标志 (B4H) :MCU发出命令后读总线 ,DS18B20将发送电源标志 ,0为信号线供电 ,1为外接电源。

3 系统软件设计

3.1 软件运行流程图

主程序执行流程如图2所示 , 先对所有DS18B20进行初始化 , 然后重复调用写命令和读数据模块 , 最后将数据处理结果送LED显示。

3.2 提高读取速度

单只DS18B20温度计采用的是位寻址方法,而当一个系统中有8只DS18B20时,就需要使用单总线,通过查询序列号来依次读取,程序过于复杂,减缓系统运行速度,故在本系统中,将位寻址改为字节寻址,比如 :#defineD QP3;DQ=0x00;DQ=0xff,这样一次便可读取I/O8个位数据,提高系统运行速度。

4 系统仿真

利用Proteus平台进行系统仿真,完成电路设计和软件编程后,编辑程序,装入单片机,进行仿真,可以看到智能多点温度测量系统得以实现,由于篇幅关系不再做详细说明 , 仿真试验中原件表现正常。在后面的测试中,测量数据与温度计吻合,符合仿真结果。在此基础上还可以加入控制开关及超量蜂鸣报警器。

5 注意事项

1、因为该系统使用的DS18B20达到了8H,需要解决微处理器的总线驱动问题 ;

2、连接DS18B20的总线电缆有长度限制。仿真试验中,当采用普通信号电缆时,长度超过50m,读取的测温数据将发生错误。当采用双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达150m。由此可见,在使用DS18B20进行长距离测温系统设计时要考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

6 结论

温度智能检测系统设计论文 篇8

随着单片机技术的进步,在农业领域中,单片机发挥着越来越大的作用,尤其是在农产品干燥领域的控制方面应用越来越广泛。农产品干燥是农产品加工中的一个重要环节,其干燥的基本目标是在保持干燥过程稳定的前提下,以最低的干燥成本得到农产品最优的烘干品质,降低劳动强度及提高生产效率。研究和设计以单片机为控制核心的智能温度控制系统,并在Proteus环境下进行仿真,实现温度的自动控制及报警,对农产品的干燥等复杂过程中的温度检测与监控具有实际意义。

1 硬件电路设计

该系统的数码管显示采用动态扫描的原理连接,其中段码通过锁存器74LS245驱动后接P0口,位码由反相器74LS04驱动后接P1.0～P1.5口。A/D模数转换器采用逐次比较型的ADC0808,其并行输出数据直接连接P2口。4个控制端CLOCK,START,EOC和OE分别接P3.2～P3.5口,采用查询方法等待转换结束,转换时钟利用定时器中断产生。4个控制按键通过8位串行输入并行输出移位寄存器74LS164与单片机连接,其中移位时钟端口与单片机的TXD引脚连接,串行数据端口与单片机的RXD引脚相连。硬件系统原理图如图1所示。

2 功能简介

该智能温度控制系统的总体设计是实现一路模拟温度信号的输入和两路报警开关输出控制功能。其中,电压信号的范围为0～5V。A/D模数转换器采用ADC0808,采样分辨率为8bit;6位8段数码管7SEG-MPX6-CC-BLUE为共阴极连接,显示的信息为1位参数字符和3位十进制采样值。控制参数有两个,即温度下限报警(L)和温度上限报警(H)。当采样值大于H时,高位报警继电器接通,LED状态灯D1亮,驱动制冷装置降温;当采样值小于L时,低位报警继电器接通LED状态灯D2亮,驱动加热装置升温;当采样值介于L和H之间时,两路报警继电器均不接通,LED状态灯D1和D2灭。

该系统的功能为:系统上电后自动进入测控状态,显示器显示实时采样值,同时状态灯D1和D2根据采样值的大小实时切换报警状态;按下SET/SWITCH键后,系统进入参数设置状态,显示器显示工作参数L及其当前参数值;按下INCREASE键可对当前参数值进行加10操作,按下DECREASE键可对当前参数值进行减10操作;然后,按压ENSURE键进行参数保存,同时进入下一个参数H的设置过程;再次按压ENSURE键,返回测控状态。

3 程序设计

智能温度控制系统的程序由7个功能模块组成,包括控制模块、控制参数模块、菜单模块、A/D转换模块、按键检测模块、LED显示模块和串口通信模块,模块之间相互依赖。程序主要由控制模块和菜单模块组成,两个模块同时运行。 “控制”和“菜单”这两个模块是建立在其它小模块的基础上的。

3.1 各模块的主要函数

各模块的主要函数如表1所示。

3.2 各模块的程序

3.2.1 主函数(main.c)

3.2.2 菜单函数(menu.c)

3.2.3 控制函数(control.c)

3.2.4 按键检测函数(keyboard.c)

3.2.5 数码管显示函数(led.c)

3.2.6 A/D转换函数(ad.c)

3.2.7 串口输出函数(serial.asm)

4 系统运行效果

智能温控系统运行效果的实时采样值显示如图2所示。

5 结论

该系统以单片机为控制核心,实现温度的自动控制,成本低,自动化程度高,运行效果良好。软件程序采用C语言编写,可灵活改变温度的设定值。所以,该系统可用于不同农产品干燥的温度控制,在农业干燥领域中具有很好的应用前景。

摘要：智能温控系统以单片机AT89C51为控制核心,主要由键盘输入电路、温度测量电路和输出显示电路等3部分组成。该系统吸收了硬件软件化的思想,大部分功能通过软件来实现,使电路简单明了,稳定性大大提高。为此,系统在Proteus环境下进行了仿真,不仅成功地实现了温度控制的基本功能,而且具有一定的创新功能。

关键词：温度,智能控制,单片机,Proteus

参考文献

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温度智能检测系统设计论文 篇9

国家《“十二五”规划纲要》提出发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术, 这对高压电气行业配套产品的生产提出更高的技术要求。电瓷绝缘子是其中一个重要的配套产品。随着工艺水平的不断提高, 传统的湿法成型将逐渐被干法成型替代。干法成型的绝缘子产品在机械性能和电气性能方面较湿法成型有明显的优势, 并且缩短了产品的生产周期。电瓷绝缘子在干法成型工艺生产中, 必须对其成型毛坯件进行保温烘干, 使产品某些性能控制在工艺参数要求以内。本论文主要基于Modbus总线技术, 对成型毛坯件保温烘干的智能烘房温度监控系统进行优化设计, 实现烘房温度的远程监控、记录、报警等功能, 将工作人员从繁琐的人工抄表、现场查看等工作中解脱出来, 节约人力资源, 同时避免人工抄表时的温度数据不可控性, 提高整个生产工艺过程的自动化水平。

1 系统设计原理

根据公司产品产量及工艺要求, 设置六个保温烘房, 每个烘房约170立方米。每个烘房中央位置放置一台40KW的电加热箱和一台2KW的风机, 风机将加热箱的热量吹出并通过烘房内的输送管道将热量传送到房间的每个角落。烘房温度要求控制在40℃~50℃之间。

本温度监控系统采用计算机作为上位机, 用来显示采集到的烘房各温湿度节点的温湿度值。用户可通过上位机监控界面查看烘房温度情况以及风机工作情况, 并对报警上限值和下限值进行设置;可以查询历史温度, 并对报警事件或温度值进行打印、备份等。温度值采集通过支持Modbus-RTU通信协议的温湿度传感器获得, 通过Modbus-USB接口转换器将温度值传送给上位机监控系统。上位机监控系统获得温度值后, 进行相应的运算处理, 给出控制指令控制电加热箱和风机。该控制指令通过Modbus总线送给支持Modbus-RTU通讯协议的数字量输出控制模块, 控制电加热箱和风机是否工作。

2 温度监控系统的硬件设计

2.1 硬件设计总方案

考虑到烘房的温控要求范围较宽且精度要求不是很高, 采用传统的PLC控制器或单片机控制性价比不高, 且传统的控制方式使得六个烘房的接线较多, 造成硬件成本的提高。基于烘房的温控特点, 本文以Modbus总线技术为基础, 选取带有工业广泛使用的MODBUS-RTU通讯协议的温湿度传感器、数字量输出控制模块, 结合上位机组态王监控软件实现六个烘房温度的采集与监控。根据经验, 每个烘房四个角落和中央位置各安装一只温湿度传感器。如图1所示为基于ModbusRTU通讯协议的温湿度传感器和输出继电器控制模块的组网结构图。

2.2 温湿度传感器

本温控系统采用SM1810B温湿度传感器, 本传感器配合美国瑞士专用温湿度传感器及RS485总线技术, 基于工业用MODBUS-RTU协议, 实现低成本温湿度状态在线监测的实用型一体化传感器。该产品采用进口传感器, 精度高, 测温范围为-40℃~+123.8℃, 测温精度±0.5℃。该传感器内置RS485接口转换器, 通过RS485总线的组网方式, 可以将通讯距离延长到最长1000米, 可以有效解决最简连接的距离过短问题。该本产品采用标准的MODBUS-RTU协议, 可以直接与各种组态软件直接连接使用, 默认波特率为9600。

2.3 数字量输出控制模块

数字量输出控制模块采用Witium生产的WT-ADC216F分布式模块。该模块具有八路继电器输出、一路RS485支持Modbus-RTU标准通信协议。该模块为工业级产品, 广泛用于工业现场数字量输出控制, 如报警灯控制或大功率固态继电器开关。本论文通过WT-ADC216F模块的RS485接口接收人机界面送来的控制信号, 经过该模块的继电器输出控制大功率固态继电器, 从而控制现场8KW电加热箱的加热状态和风机状态。

3 温度监控系统软件设计

3.1 监控系统软件

本系统中软件设计主要在中央控制室的上位机内以及烘房外的触摸液晶屏温湿度显示部分。上位机采用组态王作为监控软件, 主要实现烘房温度的远程监控、报表打印、温度数据分析等功能。烘房外的触摸液晶显示屏主要供工作人员现场观察烘房温度, 不具备控制功能。

3.2 控制要求

根据生产工艺, 烘房温度要求控制在40℃~50℃之间。温度低于40℃时, 电加热箱和风机工作;温度高于50℃时, 电加热箱和风机停止工作。同时实时显示加热回路的电流和电压, 风机回路的电流和电压。控制流程图如图2所示。

3.3 Modbus-RTU通讯协议

Modbus-RTU报文基本格式, 如表1所示:

功能码04:读输入寄存器 (温湿度模拟量输入)

请求格式表2:

正确应答格式表3:

功能码05:写单个线圈

请求格式表4:

正确应答格式同请求格式。

3.4 图形交互监控界面设计

本温控系统采用工业级监控软件组态王设计监控界面。系统的监控界面包括:手动控制和自动控制两部分。监控画面显示设定温度、实测温度、电加热箱工作状态、风机工作状态、报警信号指示灯等。通过监控软件中的指令窗口编写温控逻辑指令, 实现检控烘房温湿度、温度曲线显示、温度报表打印等功能。监控界面如图3所示。

以烘房1为例, 如图4所示, 监控界面显示烘房内左前、右前、中央、左后、右后五个温湿度节点的测量值, 并显示五个点的温度实时曲线以及温度报表的打印, 如图5所示, 方便操作人员读取和观察。

4 结束语

基于Modbus总线的智能烘房温度监控系统, 使用户在中央控制室能实时监控烘房的温度变化情况, 实现了直接监控, 免去了工作人员抄表、分析报表等工作, 提高了温度监控的准确性和工艺流程的自动化水平。

参考文献

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温度智能检测系统设计论文 篇10

关键词： 集成电路老化测试    LabVIEW    单片机   温度测控

一、引言

航空航天、军工、电子、通讯行业等领域对集成电路的工作稳定性要求相当高，生产企业在将集成电路、分列器件投放生产时，必须进行高、低温老化、测试、筛选及可靠性试验，以确保集成电路的可靠性。集成电路生产厂家常常要根据不同要求环境的集成电路进行不同测试。主要针对集成的高低温老化测试而进行设计。所谓老化测试，就是保证被测试的芯片的可靠性，即在一定的时间内进行持续性周期性的测试，使有问题的芯片在这段时间内就失效。

基于以上的因素考虑，既要准确采集集成器件老化程度的温度数据，又要实现数据的保存并且有效地降低测试成本。可借助单片机作为下位机实现现场温度采集，利用LabVIEW作为测控系统，实现对温度的检测与控制，这样的上下位配合，实用性高，灵活度高，成本低且稳定可靠。

二、总体设计方案

为了实现温度检测系统提出的各项具体功能，将整个系统分解为上位机和下位机两个部分：上位机为装有LabVIEW2014软件的PC机，利用LabVIEW开发环境设计上位机的监控界面，上位机部分完成对硬件的驱动、数据显示、处理与存储及人机交互操作界面的生成。通过USB转RS232串行口与STC89C52单片机通信，读取温度传感器DS18B20的温度测量数据，从而实现对温度参数的实时采集。

三、硬件接口电路设计

1.LabView平台与单片机串口通信硬件接口电路设计

在本设计中，作为下位机的单片机负责数据的采集和通信，而上位机以PC机为操作平台，接收数据和保存数据，二者之间的核心在于数据通信。单片机与PC机通信是通过单片机的串口和PC机的串口之间的硬件连接实现的。

由于单片机的TTL逻辑电平与RS-232的电气特性完全不同，RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号功能都做了规定，在TXD和RXD数据线上：逻辑1为-3V～-15V的电压，逻辑0为3V～15V的电压。由此可见，RS-232C是用正负电压表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路（TTL）以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。因此，在将PC机和单片机通信之前必须进行电平转换，本设计采用MAX232电平转换芯片实现单片机与串行口的电平转换。

上位机操作以PC机上的LabView虚拟仪器系统作为操作平台，实现对单片机的数据通信。因为现在大部分电脑都有USB接口，因此我们采用USB总线作为系统的通信方式。为了实现USB与单片机的串口连接，采用Prolific公司生产的PL2303接口转换器，实现USB信号与RS232信号的转换。

2.下位机硬件电路设计

下位机数据主要由单片机与DS18B20数字温度传感器测得，由单片机组成的小系统对温度信号进行采集，然后通过USB转RS-232串口将数据传送给计算机，在计算机上运行的LabVIEW程序对输入的数据进行分析处理，将结果由计算机显示出来，并且保存测量数据。

四、系统软件设计

1.串口异步通信的数据格式

在串行通信中，常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。本设计中，主要采用的异步通信方式，在进行程序设计时为了实现正常的通信，必须对端口号进行选择，设置合适的波特率、校验位、数据位及停止位等参数。两台通信机的参数必须一致才能实现通信，否则无法实现数据传输。

2.上位机LabVIEW程序设计

上位机LabVIEW对单片机的串口通信主要是通过VISA实现的，本机安装的是VISA5.3，VISA实质上是一个I/O接口软件库及其规范的总称。

I/O接口软件存在于仪器和仪器驱动程序之间，完成对仪器内部寄存器进行直接存储数据操作，并且为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。应用LabVIEW里的visa库对串口通信进行设置。本设计串口的设置参数为（波特率9600bps 8 位数据，1位停止，1位起始，无校验），下位机的串口设置与上位机一致。需要注意的是系统从串口读来的数据被自动转换为ASCII字符，要得到数据并显示，还要编写相应的子程序vi。

3.下位机程序设计

程序是整个系统的灵魂，硬件电路只有通过程序的驱动才能正常工作，因此程序对于系统来说非常重要。程序中出现一个小的错误可能使系统无法正常工作。系统软件设计的主要任务是：串口初始化，接收上位机发过来的下位机启动指令，控制单片机从温度传感器采集温度数据，通过读取温度值程序将采集到的温度值送入上位机系统中。系统初始化阶段，令单片机的定时器T1工作于方式2，用于产生串行通信所需的波特率，然后单片机开始等待PC上位机的指令，当单片机得到启动指令时，单片机开始采集温度数据。单片机将采集到的温度数据储存在缓冲区中，然后单片机将采集到的数据分为四个字节，送入上位机进行分析。

五、系统调试

LabVIEW程序的调试与其他计算机语言的编写调试类似，都需要找出语法错误，但LabVIEW的图形化编程方式就相对简单得多，大大提高编程的效率。如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行，这时这个按钮被称作错误列表，点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个列出的错误，选用FIND功能，则出错的对象或端口会变成高亮。

在LabVIEW的工具条上有一个画着灯泡的按钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮。点击这个按钮或使该按钮图标变成高亮形式，再点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被执行的部分以灰色显示，执行后的部分以高亮显示，并显示数据流线上的数据值，这样，就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。

六、结语

本设计是一个基于LabVIEW的温度检测系统，主要实现单片机与PC机的串口通信，能及时地将温度数据传给PC机，并将在上位机界面显示温度曲线，直观地表现温度变化。本设计的三个设计要点有：

1.串口通信的参数设置，以MAX232电平转换芯片实现单片机与串行口的电平转换，采用Prolific公司生产的PL2303接口转换器，实现USB信号与RS232信号的转换，与实现单片机与LabView的串口通信。

2.采用LabView软件的图形化界面设计出测量仪器，以实现上位机的数据传输和处理。

3.硬件方面采用单片机和DS18B20数字温度传感器进行现场温度的处理与传输。

参考文献：

[1]汪敏生，等著.LabVIEW基础教程.北京：电子工业出版社，2002：12-13.

[2]刘君华，贾惠芹.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程.西安：西安电子科技大学出版社，2001：21-22.

温度智能检测系统设计论文 篇11

1系统组成

本系统采用ATmega16为控制核心,该芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大,具有多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能,大大简化了硬件设计,提高了系统的可靠性.减少了对印制电路板的空间要求,降低了成本和系统功耗。

DS18B20为前端温度检测元件,其采用了单总线接口技术。信息的读出与写入仅需要一根口线即可。 其供电范围为3-5.5V, 且提供了寄生供电模式,可以从数据线获取供电电源,以便进一步简化CPU与DS18B20之间的硬件连接,使得系统结构更加简单可靠。

显示模块可以对各个DS18B20地址和温度进行巡回显示。硬件方面采用3位数码管显示,采用2片74HC595驱动该数码管,硬件电路简单,成本较低。

本系统还增加了隔离485通信模块,此模块可以跟上位机建立联系,方便上位机实时监测各测量点的温度。

2 DS18B20温度实现

2.1 DS18B20读写操作

1)复位操作

2)写操作

当单片机把数据线从高逻辑电平拉至低逻辑电平时,产生写时间片。有两种写时间片:写1时间片和写0时间片。所有写时间片必须有最短为60us的持续期,在各写周期之间必须有最短1us的恢复时间。

在I/O线由高电平变为低电平之后,DS1821在15-60us的窗口之间对I/O线采样。如果线为高电平, 写1就发生。如果线为低电平,便发生写0。

3)读操作

当单片机把数据线从高逻辑电平拉至低逻辑电平时,产生读时间片。数据线必须保持在低电平至少1us;来自DS1821的数据在读时间片下降沿15us有效。因此,为了读出从读时间片开始算起15us的状态主机必须停止把I/O引脚驱动至低电平。在读时间片结束时,I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回至高电平。所有读时间片的最短持续期限为60us,各个读时间片之间必须有最短为1us的恢复时间。

2.2单线多点通信协议

单线总线是一种在一条总线(即一根I/O口线)上, 具有单主机、多从机结构的总线系统。为了不引起逻辑上的冲突,所有从机系统的单线总线接口都必须是漏极开路的,从而实现多个从机系统输出信号在总线上实现“线与”,因此在使用时必须对总线外接上拉电阻。

为保证数据的完整性,所有的单线总线器件都要遵循严格的通信协议:包括复位脉冲、应答脉冲、写时序以及读时序等信号类型。所有的单线总线命令序列(如初始化、ROM命令、寄存器读写命令等)都是由这些基本的信号类型组成的。在这些信号中,除了应答脉冲外,其它均由主机发出,并且值得注意的是: 发送的所有命令和数据都是字节的低位在前。

2.3 DS18B20 ROM码的搜索算法

2.3.1 ROM码的搜索原理

根据单线总线协议,当主机发出搜索ROM命令后, 从机应答时从64位ROM码的最低位开始,先发送原码,然后发送该位的补码,之后主机写入1位数据, ROM码最低位与此数据相同的DS18B20继续应答, 反之则不再应答,如此循环“读2位、写1位”的过程,直至读到一个完整ROM码为止,然后复位总线,进行下一次搜索。下面对读、写进行具体分析。

1)读 2 位

由于主机发出搜索命令后,所有从机都会将自己ROM码的第一位(最低位)的原码和补码放到总线上, 那么就有下面四种情况:

2)写 1 位

主机写1位的目的是为了排除和定位,具体要写入什么数据需要根据读2位的结果而定:

11:表明无器件则结束搜索过程

01:表明所有器件该位相同,写入0

10:表明所有器件该位相同,写入1

00:表明总线上的器件在该位上数据发生冲突, 此时,写入1位数据具有“排除”的作用,如果器件ROM码在该位上的数据与写入的数据相同,则继续保持与总线的联系,如果不同则此器件在本次搜索中从总线上“排除”,不在响应主机发布的命令,直到主机进行下一次复位。

2.3.2 ROM码的搜索策略

由上图所知,只有遇到读2位为“00”时才会出现分叉,这也是搜索的关键所在。每一次搜索由根(即开始节点)沿树的一条路径进行,直到叶子(最后一位ROM码),读回一个ROM码,为了确保每次搜索所选路径不同,必须对所经过的分叉进行记录。具体规则为:

(1)复位总线,发送ROM搜索命令。

(2)按读2位、写1位的方式进行,寻找“00” 读码。在读到“00”之前若为“01”或“10”,直接记录对应位ROM码,并写入该原码;若为“11”, 退出搜索。

(3)第一次搜索读到“00”时,先全部都写0, 选择ROM码为0的路径,将最高“00”读码(即图中最接近叶子)位置记录并保存下来为“最高00位”。

(4)之后每次搜索中,遇到“00”读码后,比较此位与“最高00位”的位置,若在“最高00位”之前, 则一律写上一次搜索在此位置写入的值;若位置相同, 则写1;若在之后则写0。

每一次搜索完成后,要将“最高00位”更新为本次搜索中写0的最高“00”读码位置,这也是最为重要的一步。

(5)当“最高00位”更新为0,即已到树的根部, 则表明已搜索完全部ROM码,过程结束。

2.3.3单线多点功能实现

DS18B20的存储器由一个高速暂存RAM和一个非易失性、电可擦除(E2)RAM组成。后者存储高温度和低温度触发器TH和TL。暂存存储器有助于在单线通信时确保数据的完整性。数据首先写入暂存存储器,在那里它可以被读回,当数据被校验之后, 复制暂存存储器的命令把数据传送到非易失性(E2) RAM中。这一过程确保了更改存储器时数据的完成性。

暂存存储器是按8位字节存储器来组织的。头两个字节包含测得温度信息。第三和第四字节是TH和TL的非易失性拷贝,每一次上电时被刷新。接着两个字节没有使用,但是在读回时,它们呈现全逻辑1。 第七第八字节是计数寄存器,它们可获得较高的温度分辨率。第九个字节是前面8个字节的CRC值。

利用DS18B20的E2RAM, 提前为DS18B20做好编号, 例如1、2、3等, 写到DS18B20的E2RAM中,多点测温时,通过ROM搜索得到各个DS18B20的ROM码,并根据事先写入的编号,进行重新排序,将DS18B20的ROM码与器件对应的物理位置对应起来。

2.3.4软件实现

3结语

DS18B20集温度测量、AD转换为一身,具有体积小、动态范围宽、测量精度高、单总线结构等优点, 能较好地解决热敏电阻可靠性差、测量温度准确率低等缺点。可广泛应用于工业控制中的各种温度监测。 而单总线结构具有很强的扩展性,可以组建多点测温监测网络,因此,这种测温系统具有很强的实用价值。

摘要：系统采用数字温度传感器DS18B20和Mega16单片机为核心构成该智能温度检测仪。该检测仪可同时对20路温度信号进行在线巡回检测,通信距离最大可达100米。同时具有继电器输出、与上位机进行通信的功能。本系统构成简单,精度高,应用范围广。

关键词：温度,智能巡检,单片机

参考文献

[1]江世民.基于DS18B20的智能温度测量装置邵阳学院学报(自然科学版),2004(4)27-30

[2]廖琪梅,韩彬等基于单总线器件DS18B20的温度测量仪.国外电子元器件,2008(2):24-26