远程温度监控系统的设计

1、2006年10月重庆文理学院学报(自然科学版Oct 1,2006第5卷第4期Journal of Chongqing University of Arts and Sciences (Nature Sciences Edition V ol 15N o 14远程温度监控系统的设计蔡文学,廖长荣(重庆文理学院物理与信息工程系,重庆永川402160摘要本系统是以AT 89S51系列单片机为控制单元,并采用Dallas 单线数字温度传感器DS18B20采集现场温度数据而设计的远程温度控制系统.该系统具有结构新颖、电路简单和控制方便等优点,其监控的温度范围为-5599,温度值显示的精度为0.01,并可

2、根据需要设置控制温度的上、下限,系统具有超过设置上、下限温度自动报警等功能.系统可以被广泛地用于生产中的各领域,特别适合于人体无法接近的高温或危险场所的温度控制1关键词温度监控;远程;AT 89S51系列单片机;DS18B20芯片中图分类号O59文献标识码A 文章编号1671-7538(200604-0090-031引言许多领域都需要对温度的监控,如工厂的生产设备、化工领域、农作物的种植和储存、实验室等等.有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控1我们可以用远程监控,坐在办公室里就可以对现场进行监控,又方便又节省人力.本设计是基于VB 的单片机温度监控系统,其系统框图如图

3、1所示.本系统采用Dallas 单线数字温度传感器DS18B20采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A D 转换采集温度的思路.用Atmel 公司的Flash 单片机AT 89S51对数字进行处理和控制,通过RS -232串口传到PC 机对温度进行监视与报警,设置温度的上限和下限.AT 89S51具有ISP (在系统编程功能,不需要将CPU 从电路板上取下来,也不需要用专用的编程器,只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易.本系统监控的温度范围为-5599,温度值显示的精度为0.01,并可根据需要设置控制温度的上、下限,系统具有超过设置上、下限温

4、度自动报警的功能. 图1系统结构框图2监控系统的硬件系统设计2.1对DS18B20的简单介绍和用法说明1Dallas 半导体公司最新的单线数字温度传感器DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济1该半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第1片支持“一线总线”接口的温度传感器.测量温度范围为-55+125,在-10+85范围内,精度为±0.5.DS1822的精度较差,为±2.现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等.与前一代产品不同,新的产品支持3V 5.5V

5、 的电压范围,使系统设计更灵活、方便.DS18B20的内部结构主要有4部分:64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和T L 、配置寄存器.DS18B20的管脚排列如图2(见下页所示,其中DQ 为数字信号输入输出端;G ND 为电源地;VDD 为外接供电电源输入端(用寄生电源接线方式时接地.DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量1以12位转化为例,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625LS B 形式表达,其中S 为符号位.这是经12位转换后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM 中1二进制位中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0

6、,这5位为01只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度1如果温度小于0,收稿日期2005-11-02作者简介蔡文学(1981-,男,海南儋州人13该作品获第9届“挑战杯”全国大学生课外科技学术作品竞赛重庆赛区一等奖1这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度. 图2DS18B20管脚排列主机控制DS18B20完成温度的采集过程必须经过初始化、写操作、读操作3个步骤,而且必须有严格的时间隙.(1在初始化时,主机总线首先发送一最低为480s的复位脉冲,再释放总线1560s 进入接收状态.这时DS18B20检测到主机总线的上升沿之后等待1560s ,如果存在,在60

7、240s 之间通知单片机.(2写操作1主机在15s 内必须把所需写的位送到总线上,在1560s 之间DS18B20对总线进行采样.(3读操作.主机总线下降沿到来时总线保持1s的低电平,接着在15s 内主机必须完成位读取,并在60120s 间释放总线.这样DS18B20程序就包括初始化子程序、写子程序和读子程序.表1A D转换后的数字温度数据存储格式 2.2硬件电路设计说明本系统硬件电路包括CPU 温度采集电路、单片机与PC 机的通信电路和电源3个主要部分2.温度采集电路V ,-12V 电平的转换.本系统使用M AX 232电平转换芯片,只要加4只电容就能完成接口电平的转换.电源部分如图3(c

8、所示.系统电源采用市售的9V 直流稳压电源,经7805后滤波得到稳定的5V 电源,LE D2为电源指示灯.图3监控系统硬件电路3监控系统的软件系统设计3.1单片机控制程序设计本程序使用C 语言编写.主程序的流程图如图4所示.图4单片机控制程序流程程序运行后,首先等待PC 机传来数据,接收到一个数据后,开始采集DS18B20的温度数据.温度转换后把温度十位、个位、十分位、百分位分别存于shi 、ge 、shipbit 、beipbit 变量,然后传给PC 机.单片机和PC 机之间的通信协议是:波特率为4800bps ,无校验位,数据位为8,停止位为1.单片机给PC机传每帧数据为5个字节,第1个节

9、字为开始标志,第2、3、4、5个字节为温度数据3.3.2上位机控制程序设计VB6中提供MSC OM M1OCX串行通信控件.把它添加到窗体中,就可以通过RS-232建立PC机和单片机之间数据的传送.现在对MSC OM M.OCX控件几个重要属性做一说明4:表2上位机控制程序控件的属性设置控件名称Name属性Caption属性From From1温度监控系统C ommand1C ommand1启动C ommand2C ommand2停止C ommand3Caommand3发送C ommand4C ommand4恢复C ommand5C ommand5退出T ext1T ext1空T ext2T

10、ext2空Mscomm1Mscomm1无Label1Label1当前温度Label2Label2上限温度Label3Label3下限温度Label4T em p空(1C omm port设置并返回通讯端口号.端口号可以设置为116的任何数,如Mscomm.C omm port=1,表示设置当前通讯端口为C OM1.(3P ortopen设置并返回通讯端口的状态,也可以打开和关闭端口.(4Input从接收缓冲区返回和删除字符.该属性在运行时为只读.(6Output向传送缓冲区写数据.要传送的数据可以是文本数据或二进制数据.(7C ommEvent返回最近的通讯事件或错误.只要有通讯错误或事件发生

11、错误时就会产生Oncomm事件.C ommEvent属性中存有该错误或事件的数值代码.4系统测试结果运行软件如图5所示,点击“启动”时打开串口,这时计算机发送一个联络数据,单片机接收到时开始工作.当VB读取一个字节是数据开始标志时,关闭OnC omm事件接收,从缓冲区中取出数据来显示.在声明中,定义两个变量对温度上、下限进行设定.当高过或低于设定的上、下限温度时,系统发出报警声.窗体中依次布局如图5所示 .图5系统运行结果界面5结语本系统硬件简单,成本低,有较强的抗干扰能力,使用方便,时实性好,可以被广泛应用于工农业生产的各个领域,实现温度的自动控制.本系统是基于单点温度控制而设计的,显然不适

12、合于多点检测.在实际中,若需要多点检测时,可在单总线上挂多个DS18B20,但超过8个时要考虑驱动问题,软件设计也变得复杂多了,同时也要考虑挂DS18B20单总线的长度问题,一般不要超过50m.为实现更远程的控制,可以考虑把系统设计成无线系统,以突破DS18B20单总线的长度的限制.参考文献2刘守义.单片机应用技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2003.3马忠梅.单片机的C语言应用程序设计(第3版M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.4张基温,姚晓玲,孙波.Visual Basic程序开发教程M.北京:清华大学出版社,2004.(下转第97页科研;策划学生课外科研活动项目,制订教师指

13、导责任制,给教师分配指导任务等.4.5充分借鉴国内外经验本文作者之一曾在日本立命馆大学进行大学管理运营干部特别进修.通过对该大学琵琶湖草津校区(BK C罗姆纪念馆、理工学院实验室和机械工厂实习室的实地参观,得到的启示是:教师的科研精神对实验室文化建设具有举足轻重的作用;实验室的环境格调、宣传亦对实验室文化建设具有强烈和直接的渲染作用.这种作用经过多年的积累和沉淀,会自然而然地形成一种鲜明的、具有自身特色的实验室文化,对学生具有很好的感染和熏陶作用.5结语当今,知识经济的产值占国民经济总产值的比重越来越大,尊重知识、尊重人才的呼声越来越高.实验室作为培养实用型人才和科研成果的产出基地越来越受到重

14、视,加强实验室文化建设势在必行.在实验室文化建设过程中,除了做好本文第4部分所述的5个方面外,还需要学校领导重视,同时将实验室文化建设与科学管理和积极向上的学校文化的大环境相融合.参考文献1学校法人立命馆.中华人民共和国大学管理运营干部特别进修教材M.2006年2月.2刘志红.高校实验室建设与管理J.经济师,2004,(6.3贾继文,王一川,李贻学.论高等院校的实验室建设与管理J.山东农业大学学报(社会科学版,2004,(2.4甘翠芳.学校实验室文化对学校文化的影响及其文化功效的释放J.玉林师范高等专科学校学报,2000,(2.Study on Construction of U nivers

15、ity Laboratory Culture and Its Several ProblemsZH OU Shou-xi,H U Y i,SHI D ong-ping(Dept.of Physics and Information Engineering,Chongqing University of Arts and Science s,Y ongchuan Chongqing402160,China Abstract:About the construction of university laboratory culture,firstly,we must understand its

16、connotations, identity and function.Secondly,it is necessary to clear about the ideas of the reconstruction of laboratory culture and to plan its scheme carefully.Finally,the five focused problems on the reconstruction of university laboratory culture should be noted.K ey w ords:laboratory;cultural

17、construction;connotations;ideas(上接第92页A Design of R emote T emperature Monitored Control SystemC AI Wen-xue,LI AO Chang-rong(Dept.of Physics and Information Engineering,Chongqing University of Arts and Science s,Y ongchuan Chongqing402160,China Abstract:In this paper,a new rem ote tem perature m oni

18、tored control system is introduced.In this system,a AT89C51single-chip is applied as a control unit and a Dallas chip DS18B20is applied too as a digital tem perature sens or.The system possess of many excellences,including its novel structure,sim ple circuit and expedient control.The system tem perature can be controlled in a range of-55to99and the tem perature can be displayed as a precision of0.01.The upper and lower limit value of the tem perature controlled by this system can be set discretiona