温度监测系统设计开题报告

1、本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目：单片机温度检测系统及tcp/ip协议栈的应用研究学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 一 课题研发背景及意义 1.1温度监测系统设计的背景及意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研

2、究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益

3、广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。1.2 mcs-51单片机的特点集成度高。mcs-51单片机的典型代表产品为80312，8031芯片内部包含了128个字节的ram，4个8位并行i/o口，1个全双工的串行口，2个16位的定时器计数器以及一个处理功能很强的中央处理器mcs-51单片机的另一代表产品为8751，它在8031单片机的基础上，增加了4k字节的eprom。在许多不复杂的应用场合，只用一片8751即可满足要求。系统结构简单。mcs-51芯片内部采用模块式结构，增加或更换一个模块，就能得到指令系统和引脚兼容的新产品例如mcs-52系列单片机，其结构是增加了128个字节的

4、ram和一个16位定时器计数器。系统扩展方便。mcs-513具有外扩至64k字节程序存储器和64k字节的外部ram和i/o口的能力。当mcs-51芯片内部ram和芯片本身的i/o口线不够用时，即可进行系统的扩展。许多公司生产的i/o接口芯片和各大公司生产的通用存储器芯片都可以直接与mcs-51相连接从而很方便地扩展系统功能。处理功能强、速度高。mcs-5l单片机指令系统中有加、减、乘、除及各种逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能，这在检测、控制中特别有用。cpu时钟频率高达12mhz，指令系统中近50的指令为单字节指令，指令执行速度快。完成单字节乘法和单字节除法仅需4s(时钟频率为12mhz)

5、。1.3远程检测zlip协议输入输出流程简介和其他的多数tcp/ip协议一样，zlip采用了协议的分层结构。分为应用层，tcp层ip层和网络设备接口层。图1描述了zlip输入和输出数据包的流程以及需要调用的函数。输出时，tcp层先查看unsend队列，发现非空，将数据包插入队列；发现为空，则查看对方窗口是否够大能够接受这个数据包，然后填写tcp头部信息。ip层需要选择一个网络设备接口，选择的方法是：目的ip和该接口的子网掩码相与是否等于子网掩码。然后调用这个几口的output函数来发送。zlip提供了netifadd（）函数，可以动态的添加网络设备接口。输入时，timer（）函数调用每个接口的

6、input函数。ip层判断ip版本，ip校验和，判断是否应该转发数据包，然后根据ip头部的protocol字段将包传给相应的高层处理。tcp层，需要判断tcp校验和，然后在现有的套接字中查找，判断是否有套接字可以接受这个数据包，判断tcp序号是北欧为希望的然后更新这个连接的状态，然后调用该套接字的回调函数recv。需要强调一下，如果接受的tcp的序号不在我方滑动窗口内，那么应该马上发送一个tcp应答包，因为这可能是我方发送的应答包丢失了，我方接收的数据包是对方重发的tcp包。二、 需求分析本设计的内容是温度远程监测系统，然后通过特定的tcp/ip协议对温度进行远程监测，。温度监测在日常生活及工

7、业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度监测。而以往温度监测是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。设计基于51单片机的温度检测系统，用于检测温度。具体要求如下： 1测温范围-55+125。 2温度误差0.5。 33在远端pc机上显示实时温度。三 系统设计在本系统的电路设计方框图如图1.1所示。它由三部分组成，控制部分主芯片采用单片机at89s51；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

8、；温度采集部分采用ds18b20温度传感器。单片机ds18b20led显示指示灯tcp/ip协议栈 图31 系统结构图1. 控制部分单片机at89s51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2. 显示部分显示电路采用3位共阳led数码管，从p0口送数，p2口扫描。3. 温度采集部分ds18b20温度传感器是美国dallas半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由ds18b20数字温度传感器及其与单片

9、机的接口部分组成。数字温度传感器ds18b20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的p1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到ds18b20和单片机，硬件很简单四 ds18b20温度传感器1 ds18b20的性能特点如下9：1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2) 多个ds18b20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3) 无须外部器件；4) 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5v；5) 零待机功耗；6) 温度以3位数字显示；7) 用户可定义报警设置；8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热

10、而烧毁，但不能正常工作。 2 ds18b20的内部结构ds18b20采用3脚pr35封装，如图1.2所示；ds18b20的内部结构，如图图22 ds18b20封装3 ds18b20内部结构主要由四部分组成5：1) 64位光刻rom。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的crc校验码，这也是多个ds18b20可以采用一线进行通信的原因10。64位闪速rom的结构如下.表21 rom结构8b检验crc48b序列号8b工厂代码（10h） msb lsb msb lsb msb lsb图23 ds18b20内部结构2) 非挥发的温度报警触发器th和tl，

11、可通过软件写入用户报警上下限值。3) 高速暂存存储，可以设置ds18b20温度转换的精度。ds18b20温度传感-器的内部存储器还包括一个高速暂存ram和一个非易失性的可电擦除的e2pram。高速暂存ram的结构为8字节的存储器，结构如图1.3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节th和tl的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。ds18b20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图1.3所示。低5位一直为，tm是工作模式位，用于设置ds18b20在工作模式还是在测试模式。 表

12、22 ds18b20内部存储器结构byte0温度测量值lsb（50h）byte1温度测量值msb（50h）e2prombyte2th高温寄存器-th高温寄存器byte3tl低温寄存器-tl 低温寄存器byte4配位寄存器-配位寄存器byte5预留（ffh）byte6预留（0ch）byte7预留（ioh）byte8循环冗余码校验（crc）2) 非挥发的温度报警触发器th和tl，可通过软件写入用户报警上下限值。3) 高速暂存存储，可以设置ds18b20温度转换的精度。ds18b20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，r1和r0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如图1.4。图23 ds18b20

13、字节定义tm r1r0 1 1 1 1 1由表1.1可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存ram的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的crc码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当ds18b20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625lsb形式表示。当符号位s0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；

14、当符号位s1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表1.2是一部分温度值对应的二进制温度数据6。表24 ds18b20温度转换时间表r1r0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表25一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100

15、008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h续表25-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h4) crc的产生 在64 b rom的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（crc）。主机根据rom的前56位来计算crc值，并和存入ds18b20中的crc值做比较，以判断主机收到的rom数据是否正确。另外，由于ds18b20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统

16、对ds18b20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化ds18b20（发复位脉冲）发rom功能命令发存储器操作命令处理数据五系统硬件电路设计设计(1)主板电路图51 主板电路图 (2) 显示电路显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。图52 显示电路图(3) 单片机电路图53 单片机电路引脚图 (4) ds18b20温度传感器电路图5-4 温度传感器电路引脚图(5) 晶振控制电路图5-5 晶振控制电路图 (6) 复位电路图5-6复位电路图六 tcp/ip协议栈初探 单片机tcp/ip就是在单片机上运行的tcp/ip协议栈。由于嵌入式联网设备越来越多，需要在嵌入式设备上实现tcp/ip协议栈，但是嵌入式设备不同于pc机，它们一般采用mcu也就是单片机而不是cpu作为核心处理器。这就需要在单片机上实现tcp/ip协议栈。对于高端的32位单片机，由于其性能已经接近于低端pc机cpu（例如奔腾ii系