分布式温湿度监测系统的设计.docx

郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计）2008 届 通信工程 专业 0813071 班级题 目 分布式温度监测系统姓 名 学号 指导教师楚随英职称高级实验师二O—二年5 月 16 日内容提要本系统采用单总线传感器网络的设计思想，包含了二个组成部分： 数据采集，单片机控制，是基于DS18B20传感器和STC89C51单片机为核 心的采用数字化单总线技术的智能检测系统 ,其中控制部分外接显示电 路、报警电路、按键、以及基本的晶振复位电路本设计通过智能传感器DS18B20采集并存储测量数据，然后将数据传 送给单片机并与设定的温度高、低界限相比较,若当前温度值超过高温界 限，LED1灯会亮并启动报警器，三极管Q1导通,继电器U1的常开触点闭 合；若当前温度值低于低温界限，LED2灯会亮并启动报警器，三极管Q2导 通，继电器U2常开触点闭合通过LED显示器和LED灯来显示当前温度 值并判断当前温度是否超过了所设定的最高和最低温度界限关键词单片机；温度；传感器；测量The design of distributed temperature monitoring081307120 Ma Xiaolong The tutor Chu Suiying Senior ExperimentlistAbstractThis system uses an design idea based on one-wire sensor network, consisting the data acquisition, and MCU control. It is an intelligent detection system based on DS18B20 sensors and STC89C51 MCU as the core of digital one-wire technology.Control circuit consists of warning,serial communication, display and temperature acquisition.In this system, intelligent sensor DS18B20 collection and storage measurement datas.Then datas are sent to microcontroller and compared with the temperature boundries has been set.If current temperature is higher than upper bound,the LED1 will be bright and start clarm, the transisitor-Q1 will be conduct and the ralay will be contact closed at the same time.On the countrary,if it is lower than lower limit,the LED2 will be bright and start clarm, the transisitor-Q2 will be conduct and the ralay will be contact closed at the same time. Through the LED display and LED lights to display the current temperature and the temperature is more than the judge to set the highest and lowest temperature limits.KeywordsSingle chip microcomputer;Temperature;Sensor;Measurement目录一、绪论 11.1选题意义 11.2 温度检测与控制系统在国内外的发展概况 1二、总体系统的设计以及关键器件的选择 22.1 总体系统的设计 32.2.1 DS18B20 简介 32.2.2 DS18B20 的工作原理 82.2.3 DS18B20的控制方法 102.2.4 DS18B20 使用中的注意事项 12三、系统硬件电路设计 133.1 原理图电路 13图 3.1 原理图电路 143.2 各部分电路 143.2.1 显示电路 153.2.2 单片机电路 153.2.3 DS18B20 传感器电路 153.2.4 继电器电路 163.2.5 晶振控制电路 163.2.6 复位电路 17四、系统软件设计 174.1 系统设计的整体思想 174.2 系统总流程图 184.3 系统各部分流程图 194.3.1 写入子程序流程图 194.3.2 读温度子程序流程图 204.3.3 复位,应答子程序流程图 224.4 系统程序设计 23致 谢 29参考文献 29温度监测系统的设计081307120 马孝龙 指导教师 楚随英 高级实验师一、绪论1.1 选题意义随近年来，在我国以信息化带动的农业生成技术正在蓬勃发展.在农 业生产中，对一些反季节种植作物大棚进行温湿度的检测和控制是非常 必要的，直接关系到作物的生长状况，进而决定着菜农的收入状况，结 果造成了不必要的损失.目前，我国很多地方的种植大棚温度检测和控制 的方法还比较落后原始，还在采用温度计进行对温度的检测，这样不利 于大规模的种植，限制了农业生产规模的扩大。

为了提高农作物的产量 和产品质量，因此对种植大棚室内温湿度的检测系统的改进研究是迫切 需要进行的.1.2 温度检测与控制系统在国内外的发展概况我国对模糊控制理论的研究与应用起步比较晚，虽然发展很快，在 各个领域取得了许多有影响的成果诸如在模糊控制、模糊辨识、模糊 聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别等领域取得了不 少有实际影响的结果但是依然和国外发达国家的技术有一定的差距， 具体表现在如下几个方面：1. 行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研发能力不强，制约技术发展2. 仪表控制关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后 随着我国经济的发展以及加入 WTO 以后，我国政府和企业也逐渐 认识到了这种差距，对此都非常重视，对相关企业资源进行重组，相继 建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式组建 了一批合资、合作及独资企业，是我国温度控制系统的到迅速发展，取 得了惊人的成果自 70 年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算 机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下，国外温度调 节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果， 在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国走到了世界的前列，掌握了领 先的技术，并且都已经生产出一批商品化的、性能优异的温度控制器和 仪器仪表，在各个行业都得到的广泛应用。

它们主要具有如下特点：1.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制2.能够适应于控制系统数学难以建立的温度控制系统的控制3. 能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制4. 温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点5. 温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工 智能控制等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广6. 普遍控制器既有参数自定功能目前，外国温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型便携 化等方面发展二、总体系统的设计以及关键器件的选择2.1 总体系统的设计本文要设计的是一款农业种植大棚温度检测系统，因此要求该系统 必须有较好的实时温度显示以及温度变化曲线显示的功能，以便较好的 观测温度变化情况以及及时采取措施保证植物的健康生长，而且能够同 时显示多个大棚温室里的温度本次设计为了突出经济、可靠、耐用的特点，决定采用以单片机系 统设计代替常规模拟电路系统设计本系统在硬件设计上采用 STC89C51单片机和DS18B20数字温度传感器组成下行机硬件系统具 有即时温度采集，可实现温度自动记录，分析，持续运行，使系统有良 好的可靠性、扩展、人性化设计和较低的生产成本性能。

本系统的电路设计方框图如图2.1所示，它由三部分组成:①控制部 分主芯片采用单片机89C51 :②显示部分采用3位LED数码管以动态扫 描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器继美国DALLAS半导体公司生产的DS1820传感器之后，该公司又推出了一种新型数字式温度传感器DS18B20，这是一种最新的数字化单总线器件，它是一种改进型数字温度传感器，基于最新一代适配微处理 器而制造的，较之于传统的热敏电阻，该类传感器可以直接读取温度值， 并可通过一定的编程实现9 ~ 12位数字读数，其次读写信息可通过单总 线来完成，方便快捷，另外，DS18B20可以直接由其悬挂的总线供电， 而无需外加电源，从而使系统结构简单化,也增加了其可靠性DS18B20 单总线独特及其经济的特点，便于用户组建所需的传感器网络，使得测 量系统有了全新的构建方式 DS18B20 数字温度传感器支持单总线接 口，能够实现・55°C~+125°C的温度测量范围，并且圧10~+85°C范围 内，测量误差为土 0.5C并且可单独设定实际系统的分辨率，并不论断 电与否，均能保存在 EEPROM 中，现场温度的测量以单线总线数字方式 传输，即温度的测量值通过串行通讯的方式传输，大大提高了系统的抗 干扰能力。

因此DS18B20数字式温度传感器能够应用于复杂恶劣的环境 中温度的测量，如地下实验监测、生产线温度检测控制和家用电器的温 度控制，因此广泛用于工业、农业、军事等的温度测量控制领域DS18B20有以下几点特点：① 独特的单线总线接口方式：DS18B20与上位机连接时可通过一条传输 线路实现双向数据传输② 可通过数据线供电，供电电压容许范围大，为+3.0~ +5.5V ,也可选 用外部+5V供电③ 实际工作过程中，不需要添加外围器件④ 用户可自行设定温度报警上下限值，其值是非易失性的⑤ 可测温度范围为-55 ~ +125C测温分辨率为0.5C( -10C—+85C), 2°C(-55~+125°C)⑥ 负压特性，电源反接时能够自动保护DS18B20不会被烧毁，此时的芯 片无法正常工作⑦ 转换速度快，效率高，可在93.75ms内完成9位温度转换⑧ 可实现多点测温，多个DS18B20温度传感器可并联在唯一的三线上⑨ 适用于各种微处理器和上位机系统⑩ 内含64位的只读存储ROM，每片DS18B20出厂前就有唯一的产品 序号大型测温系统，单线上可挂接多片DS18B20传感器DS18B20有两种封装形式。

一种是采用3脚PR35封装，另一种是8脚SOIC封装本系统采用PR3三脚封装，管脚排列与封装如图2.2所示图 2.2 DS188B20 的引脚和封装1脚一GND:接地2脚一I/O :数据输入输出端（即单线总线），属于漏极开路输出外接上 拉电阻后，常态下成高电平3脚一VCC:电源端，为可供选用的外部+5V电源端，不用时接地 DS18B20的内部结构框图如下图2.3所示，主要由7个部分组成：① 寄生电源；② 温度传感器；③ 64位激光ROM与单线接口；④ 高速暂存器，即便筏式RAM,用于存放中间数据；⑤ TH。