（微电子学与固体电子学专业论文）基于单片机的多点化温度测量系统研制.pdf

中文摘要 中文摘要 温度在生产生活中，起着越来越重要的作用，在学多工农业生产中电流、电 压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用温度作为主要被控参数。但是在 日常生活中，目前的温度测量装置大多为单点测量仪器，许多要求进行多点温度 监控的场合来说，这样的仪器无疑有着很多的缺陷。测量不精确是其主要方面， 在这样的形式下，就需要一种能同时对多点温度进行测量，并能够进行数据传输 的系统。本课题以a t 8 9 c 5 1 单片机系统为核心，d s l 8 8 2 0 智能传感器作为检测仪， 通过r s - 4 8 5 总线及通信协议将采集的数据传送到主控机，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( 包括历史数据) 进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间能 够相互联系、相互协调，从而达到系统整体统一、和谐的效果，进而达到对多点 进行温度监控的目的。 关键词：a t 8 9 c 5 1 单片机；d s l 8 8 2 0 ；温度测量 黑龙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n d u s t r ya n dt h es o c i e t yd e v e l o p i n g ，t h et e m p e r a t u r eb e c o m e sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n ta n dal o to fp r o d u c t sa r es e n s i t i v et o t e m p e r a t u r e h o w e v e r , t e m p e r a t u r e - m e a s u r i n ga p p a r a t u si n t h em a r k e tn o wo n l yc a nc h e c ka n dm e a s u r et h e t e m p e r a t u r eo fo n ep o i n t ，a tt h es a m et i m e ，t h et e m p e r a t u r ei n f o r m a t i o ni sn o tr e a lt i m e a n dt h ep r e c i s i o ni sl o w i tt a k e sag r e a to ft r o u b l e sf o rt h ei n d u s t r y c o n t r o l l e r st om a k e d e c i s i o n i nt h i ss i t u a t i o n ，t od e s i g na n di m p l e m e n to n ea p p l i c a b l es y s t e m ，w h i c hc a n w a t c hm e a s u r ea n dc o n t r o lt h et e m p e r a t u r ea n dt h em e a s u r i n gr e s u l t si sr e a lt i m ea n d t h ep r e c i s i o ni sg r e a t ，i se s s e n t i a l i no r d e rt om e e t i n gt h i sa p p l i c a t i o n ，t h i sp a p e rt a l k s a b o u tt h em u l t i p l e p o i n t st e m p e r a t u r em e a s u r i n gs y s t e m t h ec u r r e n tt e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n td e v i c e si sm o s tf o rs i n g l ep o i n t ，w h e r e a st h e yh a v em a n yf l a w sf o rs o m e o c c a s i o n st h a tn e e dt o t e s tm u l t i p o i n tt e m p e r a t u r e s ot h es y s t e mi sn e c e s s a r yw h i c h c a nt e s tm u l t i - p o i n tt e m p e r a t u r e ，a n dt h es y s t e md e s i g n e di sj u s tf o ri t i nt h es y s t e m d e s i g n e d ，t h es i g n a li sp r o c e s s e db ya t 8 9 c 5 1w h i c hi so b t a i n e dt h r o u g ht h ei n t e l l i g e n t s e n s o rd s18 8 2 0a n dt r a n s m i t t e db yr s - 4 8 5b u s k e yw o r d s ：a t 8 9 c 5 1s i n g l ec h i p ；d s18 8 2 0 ；t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t 黑龙江大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得黑龙江大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。 靴敝储獬：僻 揖嗍哕年日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解墨蕉江太堂有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权墨蕴婆太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。 学位论文作者签名：工召p 翩虢鲐谆 辩嗍7 年r 辩嗍哕年矽月b 日 学位论文作者毕业后去向黑加越识塘切 裟一掀蒜燃础 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 选题背景 在人类的生产生活中，随着生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见 到温度控制的影子，在农业生产中的温室大棚温度控制，尤其在工业生产及现代 化国防建设中，温度控制都起着重要的作用。现代工业设计、工程建设及同常生 活中常常需要用到温度控制，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域， 例如工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后 的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。 单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，为自 动化和各个测控领域中广泛应用的器件。特别是采用单片机来对温度进行控制， 不仅具有控制方便、简单和灵活性大、高精度等优点，而且可以大幅度提高被控 温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。尤其在当前节能降耗的 大背景下，通过对温度进行测量、监控可以改善各种设备和系统的能源消耗不合 理的状况，减少能源的浪费。随着科技的进步及发展，温度传感器就有测量精度 高、功能多样化等特点。而温度传感器正从原有的模拟化、集成化朝着数字化， 智能化方向跨越式发展。伴随着“温室效应”的发展，相信温度控制的作用将会 越加明显。 1 2 选题的现实意义 随着单片机和传感技术的快速发展，自动测控系统也随着有了长足的发展， 并逐步取代传统的温度控制。数字化单总结线技术利用d a l l a s 公司生产的新型器 件实现。它将系统的控制线、地址线、数据线三者合为一根导线，允许在这根导 线上挂接数百个控制对象，形成多点单总线测控系统。测控对象所采用的芯片都 由该公司供给。采用单总线协议，可在检测点将模拟信号数字化，在单总线上传 输的信号便是数字信号。 黑龙江大学硕士学位论文 这种设计实现了温度实时测量、显示和控制。利用此设计实现了抗干扰能力 强，测量精度高等优点，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高， 并且可维护性好，实现对温度的实时控制，是一种比较智能、经济的方案。 目前市场主要使用单点和多点两种温度测量仪表。单点温测仪表，主要采用 传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高， 测量范围大，而得到了普遍的应用。其测温范围大都在2 0 0 4 c 一8 0 0 之间，分辨率 1 2 位，最小分辨温度在0 0 0 1 - 0 0 1 之间，自带l e d 显示模块，显示4 位到1 6 位 不等。而有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好 的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，虽然相对与单点测量精度 有一定的差距，实现了多路温度的测控，但价格昂贵。针对目前市场的现状，本 课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。 1 3 系统整体目标 本系统的实现目标： ( 1 ) 实时巡检功能 本系统能检测多路温度，检测温度允许范围0 9 9 。同时根据检测环境， 检测点数能够扩展。 ( 2 ) 高精度 应用8 位a d 转换芯片，采用过采样和工频周期求均值技术，分辨率达到8 位，检测温度变化最小值达到0 5 。 ( 3 ) 传输距离远 使用r s 一4 8 5 串行总线进行传输，同时m a x 4 8 5 驱动芯片进行电平转换，使其 传输距离大于1 2 0 0 m ，并且抗干扰能力强。 ( 4 ) 功能完善 ( a ) d 系统统一设置系统时i 日j 和温度修于值。 ( b ) 可由系统分另u 设置各从机的温度报警上下限，具仃声光报警功能。 第1 章绪论 ( c ) 主机具有定时、整点收集各从机数据功能，可保存各从机以往2 4 小时的 数据，具有数据更新与掉电保护功能。 ( d ) 系统可显示当前温度、时间等信息，人机界面友好。 1 4 实现方案 系统框图如图1 1 所示，以a t 8 9 c 5 1 单片机系统作为核心，对多点的温度进 行实时控制巡检。各检测单元能对温度进行实时或定时采集，测量结果利用单片 机的串行口，通过r s 4 8 5 总线和通信协议将采集到的数据传送至主控机，通过主 控机把传送到的数据进行分析、存档、处理。主控机控制各个检测单元进行温度 采集，同时收集测量数据，并对测量结果( 包括历史数据) 进行整理、显示和打 印。主控机与各检测单元之间相互作用、相互联系、相互协调，从而使系统具有 整体统一和谐的控制效果。 i 温度测点1 = 。g = 刮键盘 l 温度测点1 = 。 主 c 剖l e d 显示l 温度测点 = 控 机 o o i 温度测点1 = 。 l o o p e n ds u b p r i v a t es u b c o m m l o n c o m m 0 d i ma a a si n t e g e r d i m m b 弭e 0 a s b y t e s e k c tc a s ec o m m lc o m m e v e n t c a s ec o m e r c d c a s ec o m e v d i s r c a s e c o m e r c a 髓叩m e v r i n g c a s e m e v r e c e i v e m h w e = c o m m li n p u t 其他连接测试程序见附录3 4 8 坷皿墨墨卫盈 e 舢! ：_ i 雹l 窜国 ，_ 四- 雷口 2 薯盈vl 幽 日。幽衄 a 。1 日团墨j 囡 ”i ；盛_ l 囡 图4 2 数槲列表圈 一寻 e t m m 一曩日【 鬲 第4 章多点温度蔫量程序 采集数据列表如圄4 2 所示，可以实时观测个点温度数据。同时将数据存储到 数据库中，可实现搜索、删除、打印等功能，对数据库的管理如图4 3 所示。综上 所述，基本完成了上位机软件的设计，其效果图如图4 _ 4 所示。测各点数据温度以 及对数据的管理程序见附录4 。 图温度数据库 f i g 4 0d a b b a o f t e m p e r a t u r e 囡4 _ 日 _ h 口 ， 测量点1 -删量直2