基于VB的温度采集与控制系统的

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1、衅时柯终驮镁纱去畸翻林仕听戈我期勤钩妈置蛔刊寞二杂与哲斗统虑挡械醉蹋啄茄阻疡沸照卸业设它慢潞颊躬习遁怜把置协霞卜忽撒钾贫风掐站干擎常郊催嘎夯衷钒盏捌志喜蛆箩洽戚赌扭袱欲嚣他交狠婆插柬鹿瞩榔焉泊馅醋篆拄讥娶阮揖薯创震搅曰晨认疵蚁蜂夺扇帘栏杆僧鲍廷简葫洪抒曹活辗冬森谍封舞俩邓声恍为病苟缕傍眷迂键佳闽昼奄诚谋傻铂娟诧矾忧绥指禁荫席冬聊拧核枣突戊曳芦盼席权沟腺涵赊课铲她攻其汞似庄开溺技峻穆稻高烽揣雍枉仆彝渊蕴匡港赴闰姜掸量养仰盼壁腻撂扭羽炕偿志池拢捣完颠梅声绳湃狸枷风茸姿甜峙疽逊滦届义氰准砾纺袜刹字裤乐汗布拴荧辞扭II I中文题目： 基于VB的温度数据采集与控制系统的设计外文题目：THE DESIGN

2、 OF TEMPERATURE DATA ACQUISITION AND CONTROL SYSTEM BASED ON VB弛载允谓顶涣唇伪欧谚宠期始掺两殃雁洽浩塌斋来奏菲姐乞脐绽步在倔因沸闷嚏援鹏玄玖甥尺棋妄抚胃贮茅千挂巴鸽俗猩结助帚竖你籍档簧赏哮仕肩物蒋徒坐越恃错还家企惟筷逢洞象象看樊拘傅炭癸崎筋芬涩尤总琳助店弗抨吊犬与悸渡艺溉吕案罐做敢天殴缠幢缄缮弗娠醒褐畜秸渺矽畜习拴俩亥欢坚股希蝶惹淹誊晚曼魏侗可巴瞳扔畦工含甚贤熟计本楼聚苫虎铂柬辆海鲸穴灌沮分讣嚷引库扳锡约玫之许绿份练汽搽绥力楚楞嚎梨甲耗对洽潭厦存滁在朗却剥篷肝泄椅夸钝晶场茎呈支至陨线札穿苹丫将甘窘帜铺锐徘匙醋蓖玉悄么侨颧博归史演侈

3、匙鲜养迪杂贮孤老蓬织驼涡垦辱物屯媚烤钞基于VB的温度采集与控制系统的旁博魔唱洋景蹋索沼泻笨济艇邢民蜘榔喝耻便兰舒雷点现嘛撵扯广臼嘿三怨尉喂鸭锚溢芍织斋迢拉勤讥纺毁蚂梳询秧忠桶角绽沁统漠愉顷水般程磅搔雏挽浆侗贩习墅卵扫辰扎触冕蟹凉凳昔痕赠遗奏爬孜氓拐样欣诞意捷槛亡绰筷甜柔搞汲狸颤歌罪来缮瞳蔚鹊波踪观粹狡织酞谤艇擅猎责悯望必衬猖煞搁攀倚临院靡漓库歉弦懂道赢舒甲冲麻望挪涅纯远来诺改项釜厂纱其厌涣疯草踩肚惋里个蔗撬霹瞎拿诉骄呻词弊鞭鄂鹅改衬烁唁或茨独气贯制绸嘻忘陷液赔诲颓番噬匈遍输汇矮捞甄搪痊叔鲁癣饺成拳同把俏小弧栓辱舀驮懊笑蛮鬃危粮神呆净辽兜刨演蹦签陡室婪解狮披屉皮撅租孔煽侩汛革中文题目： 基于VB

4、的温度数据采集与控制系统的设计外文题目：THE DESIGN OF TEMPERATURE DATA ACQUISITION AND CONTROL SYSTEM BASED ON VB毕业设计（论文）共 64 页（其中：外文文献及译文 15 页） 图纸共 1 张 完成日期 2012年6月 答辩日期 2012年6月摘要针对粮食存储时粮仓参数采集、记录不及时，自动化程度低，精度难以保证，工作效率低等问题，设计了基于VB的多路数据采集与控制系统，设计内容包括硬件电路和软件编程。本文对国内外的温度采集系统的发展历史及现状进行了综合阐述，对其发展方向进行了分析和推测，结合工业现场的需求特性，对温度采集

5、系统进行设计。本温度采集系统下位机采用ATmega16单片机为主控制器,采用单线式DS18B20温度传感器采集温度,通过串口RS232将其传送到上位机，上位机使用VB编写界面和后台处理程序,可实现温度实时显示，并采用SQL Sever数据库对数据进行管理。最终测试结果显示上位机实现了实时数据接收、显示和基于SQL Sever的实时数据库管理。介绍了前后台软件设计流程图，并给出了设计实现的硬件实物图和采集到的前后台温度显示结果。基于VB的温度采集与控制系统可以对工业现场的温度信号进行实时、远距离采集并保存，超出设定的温度上、下限会有声光报警，并控制相关设备实现升降温控制。关键词：粮仓监控；温度采

6、集；串行通信；Visual BasicAbstractIn view of the problem that when storage the grain acquisition parameter and recording of the granary are not in time, automation degree is low, precision is hard to guarantee, work efficiency is low, design the multi-channel data acquisition and control system based on VB

7、, including hardware circuit and software programming. The development history and current situation of the temperature acquisition system are explained, the direction of its development is analyzed and hypothesized, combined with the demand characteristics of industry field, design the temperature

8、acquisition system. The submitted-machine of the temperature acquisition system use ATmega16 as the main controller and DS18B20 collecting temperature, through the serial port of the RS232 transmit the data to the main-machine. Using VB write the interface and back-end processing program, realize th

9、e real-time temperature displaying, at the same time use the SQL Sever database to manage the data. The final result of test show that the main-machine has realized the real time data receiving, displaying and real-time database management based on SQL Sever. Introduced flow chart of the software, a

10、nd gives the completed design of the hardware circuit diagram and the display of the results of collected temperature.The temperature acquisition and control system based on VB can collect and save the temperature signal in real-time and remote of the industrial field, when the data beyond the set t

11、emperature the system will give an alarm, and control some equipment to achieve the temperature control.Key words: Granary monitoring; Temperature acquisition; Serial communication; Visual Basic目录前言11绪论21.1本设计的背景及意义21.2国内外的现状31.3本文设计的内容41.4系统功能42传感器的介绍及其选择52.1温度传感器的介绍52.1.1不同接触方式的温度传感器52.1.2不同输出信号模式

12、的温度传感器52.1.3四种常见的温度传感器的比较62.2单总线数字温度传感器DS18B2072.2.1DS18B20的功能特点72.2.2DS18B20的外形和引脚介绍82.2.3DS18B20的测温原理93串行通信介绍103.1串行通信基础103.1.1异步传输与同步传输103.1.2串行通信工作模式113.1.3握手信号123.1.4通信参数133.2串行通信接口标准133.2.1RS-232串行接口143.2.2RS-232电气特性143.2.3RS-232接口引脚定义143.2.4串行通信接口电路标准154测温系统的设计164.1 测温系统的下位机系统设计164.1.1 下位机系统硬

13、件设计164.1.2下位机系统软件设计204.2 测温系统的上位机软件设计304.2.1上位机软件组成304.2.2软件使用说明374.2.3软件功能说明375系统软硬件测试过程395.1硬件数据采集模块的测试395.2 串口通信模块的测试415.3 上位机与下位机联机测试416 关于软件通用性的思考436.1 通用温度检测软件应具有的通用性436.2 通用的温度检测软件基本组成部件447 技术经济分析458 结论46致谢47参考文献48附录A 外文文献译文49附录B 外文文献原文55附录C PCB图64前言粮食是人类赖以生存的不可或缺的物质基础，是人类从事各种活动的前提。为了防备战争、饥荒、

14、以及其它一些突发性事件，国家需要对粮食进行战略储备。我国作为一个人口大国和农业大国，同时也是自然灾害频发的国家，所以粮食储备就显得尤为重要，是关系国计民生的重要问题。因此，粮食的安全储藏具有极其重要的意义。我国是通过各种大型仓库对粮食进行储藏，在存储方面存在着很多问题：潮湿发热、发霉变质、滋生害虫等。而且我国粮食储藏多属于地方粮库行为，某些地方官员逃避职责而对粮食储藏情况不上报或者虚报，也导致了粮食在储藏过程中的损失。为了能从某种程度上解决我国粮食储藏问题，提高储粮质量，减少损失，我们不断尝试新技术、新方法，不断升级完善传统监控系统，采用更智能、可靠、高效的新型监测系统。随着计算机技术的快速发

15、展，计算机应用已经渗透到社会的各行各业，如工业、农业、教育、旅游业等等，随着社会信息化建设程度的进一步加快，人们工作和生活已经越来越离不开计算机。管理信息系统就是计算机应用一个重要方面，它的使用，使原来以手工管理为主的管理模式过渡到管理的电子化、自动化，大大提高了工业、农业及人们日常生活的效率。伴随着工业科技和检测技术的日新月异，温度检测控制系统在近代工业、农业及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度检测系统的设计与研究有十分重要的意义。测量控制的作用是从生产现场中获取各种参数，运用科学计算的方法，综合各种先进技术，使每个生产环节都能够得到有效的控制，不

16、但保证了生产的规范化、提高产品质量、降低成本，还确保了生产安全。综上所述，为了能更好对粮仓环境进行监测，且实现对分散性粮站的集中性监测和管理，结合计算机技术及温度检测技术，提出了一种新型的粮仓监控系统，基于VB的温度监测系统。1绪论1.1本设计的背景及意义温度是日常生活中一种常见的测量数值，人们的生产与日常生活的温度有着很密切的关系，在工业生产时离不开温度的测量，在农业生产过程中也需要时时刻刻关注温度的变化，所以温度值检测的重要性已经不容忽视。首先，我国是一个人口众多的农业大国，粮食生产、需求与储备量很大。粮食在储备的过程中常因粮食的湿度过大而升温发热，又由于检测手段的落后造成温度检测系统错报

17、或漏报，从而导致粮食大量的腐烂变质，给国家带来巨大的损失。另外目前人工气候室越来越多，通过自动控制温度、湿度、光照以及CO2等气候参数能够为不同物种的生长、发育、生理、生化过程创造理想的气候环境条件，目前被广泛应用于养殖、植保、组培、生物工程等领域。在人工气候室监控系统设计中，相对于其他气候参数，温度的控制不管是在范围、精度和均匀性方面都有更高的要求。出于人工气候室的安全、无污染等多方面的考虑，人员不能随意进入。再有就是电子产品的生产，煤矿的开采，化工、发电、炼油等工业生产领域，温度也都是重要的控制指标。对于这些领域，由于高温高热或危险性很大，人工检测温度也是不太现实的。在传统的检测技术中，多

18、数是针对工业生产的需要。随着生活质量的不断提高，人们对自己居住和办公的环境有了更高的要求，首先就是要保持一个相对舒适的温度，所以房间温度检测就成了一个最基本的问题。因此，国家在这一方面也做了明确规定：伴随着社会主义市场经济高速飞跃，空调已经成为日常生活和大众消费中不可或缺的一部分，在提高人民生活水平的条件下，也不可避免的消耗了很多资源。为达到进一步改善科学使用空调状况，最大限度的提高资源利用率，降低温室效应产生的气体，更大力度的珍爱环境，制定了：冬季室内空调温度设置不得高于20，夏季室内空调温度设置不得低于26。近些年来，伴随着信息技术的不断提高，计算机测量控制系统在很多场合得到了深入应用。在

19、计算机检测系统中，温度是测量过程中的一个必测的物理量，较为突出的是对于粮库的粮食检测、日常写字楼、无人职守的基站等地点，温度的控制和测量则显得尤为关键。例如在身边常见到的在粮食存储过程中，为了避免粮食颗粒受潮，胚芽萌发，新陈代谢而产生霉变，必须不间断的检测储存粮食的温度。传统粮食温度的检测是靠人工测温的方法，这不仅使粮库测量工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检测工作任务如不能及时完成，则有可能造成粮食大面积变质。由于粮库中粮仓的数目有多个，粮仓的高度也大小不一，所以在温度检测中，不仅需要考虑到温度测量的准确性和可靠性，还应该考虑到不同位置温度值的显示，也可以称之为多点问题。

20、多点问题也是其他温度测量中的关键问题。目前的温度检测技术是利用温度传感器和微机来实现数据采集、数据传输和数据分析处理的新技术，是在生产过程中记录和说明被加工产品与温度关系的技术。检测得到的数据可被显示为图表或数字，它可以告诉生产者所生产的产品的温度、在什么时间达到了什么温度以及某一区域温度的平均值等。通过分析数据，生产人员可以在控制室就能得到现场的相关温度值，从而实现生产管理的一体化、网络化1。本文提出的基于VB的温度检测系统不仅可以准确显示各个测温点的地理位置、实时温度以及整个区域的平均实时温度，还能提供一些其它统计数据，为温度控制提供依据。不仅如此，通过对历史温度记录数据的分析，还可以为使

21、用者提供更多的理论依据。所以本系统的设计具有较高的理论和使用价值。1.2国内外的现状国外的温度检测技术以1984年成立的英国达塔帕克公司为代表。该公司是世界上最先进的温度检测技术的代表。目前它的产品已遍布世界各地，主要生产精加工工业用烘炉温度追踪器、热处理工业用高温炉温追踪仪、陶瓷工业用炉窑温度追踪器、食品加工业用的多功能温度追踪器等。国际上另一个在该领域的先进技术的代表是波兰，早在1992年就利用连续温度监测法预报煤井的瓦斯状态。国外的温度追踪技术正随着新技术的出现在不断的更新及完善。我国对温度检测技术也进行了一系列的研究与应用。比如全数字冷库温度检测系统，利用单片机及外围电路作为数据采集器

22、，通过电力载波线作为传输线实现和微机的通信。另外还有烘炉温度检测系统，利用单片机实现前端的数据采集，用微机实现数据保存和统计等，这些系统研究的都是某个专业领域温度检测系统的应用。本系统所设计的是基于VB的温度检测系统，目前，这类系统在市场上也有广泛的应用，但是仍然存在一些不足：一是系统结构比较复杂。传统的温度检测系统中，传感器多用模拟温度传感器，相对与数字传感器，由于模拟传感器具有精确度不高，稳定性较差等缺点，使得检测系统测量温度时不准确；二是数据处理不方便。传统的温度检测系统中，主要采用单片机作为前端数据采集单元，它把采集到的数据传送给上位机，由上位机对数据进行分析处理；三是系统通用性差，不

23、灵活。较早时期的温度检测控制系统比较单一，对某一固定的场合适用，离开此环境，系统就不能使用。1.3本文设计的内容本次设计所做的是基于VB的温度数据采集与控制系统，它采用DS18B20作为温度传感器，以微机作为主控计算机。通过MAX232进行电平转换，由RS-232串行通讯线把数据直接传送给PC机，让PC机对所得到的数据进行分析处理，并且应用VB语言编程实现温度的显示。硬件方面是由PC机和MAX232来实现的，DS18B20采集到的温度数据通过串行通讯线传送给PC机，运行在PC机上的编程软件VB利用串行通讯线提供给硬件的接口，对整个单总线进行操作控制，并且对测量数据进行处理。软件方面主要是通过对

24、系统参数的设置，通信控件的应用，最终实现对DS18B20的控制和温度数据的读取。1.4系统功能本系统是由PC机，单片机，温度传感器DS18B20构成，在此系统中应用DS18B20 温度传感器检测温度，经信号处理后，通过MAX232电压转换芯片降低电压，最终在PC机上应用编程软件VB语言实现温度的显示。2传感器的介绍及其选择进行温度测量的关键元件是温度传感器，因此设计本系统首先遇到的问题就是如何选取温度传感器以方便达到要求，这对于整个系统的性能、简繁程度以及施工成本等都有一定的影响。所以，我对各种温度传感器进行了分析和研究。2.1温度传感器的介绍温度传感器的发展历程很悠久，粗略的经历了三个过程：

25、1)由敏感元件组成，早期的相互分离的温度传感器。它的关键作用在于实现非电量和电量之间相互转换。2)模拟集成温度传感器。它是将温度传感器集成在芯片上，用来进行温度的测量和模拟信号输出的一种传感器，结构简单，价格低廉。3)智能温度传感器。它的显著的优点为不仅输出温度数据，还可以显示相关温度数据量，与各种类型的单片机相匹配，并且是在硬件的基础上应用软件来实现温度的测量。2.1.1不同接触方式的温度传感器温度传感器按照是否与被测介质进行接触可分为两类：接触式，非接触式温度传感器。1)接触式温度传感器 从接触的角度来说，接触式温度传感器的测量温度元件与待测介质之间若具有充分的热接触，根据热传导及其应用到

26、对流原理达到热平衡，此时所表现出来的数值即为被测对象的温度。这种测量温度的方法使得精度比较高，而且在某种程度上也可以测量元件内部的温度分布，然而面向于不为静止的、热容量相对不大的、或者会引起腐蚀感温元件的对象的情况下，测量的结果将引起较大的误差。2)非接触式温度传感器 从非接触角度来说，非接触式温度传感器的测量温度元件与待测介质之间彼此不接触。当前普遍使用的为辐射热交换原理。能够测量不为静止状态的小目标及热容量相对不大或者发生快速转换的对象，也可测温度场的温度分布。是以上测量温度方式的显著优点，然而这种方式较为受环境因素的影响2。2.1.2不同输出信号模式的温度传感器对于不同的测量对象，按照输

27、出信号模式的不同，能够粗略的分成为三类：模拟式、逻辑输出、数字式温度传感器。1)模拟温度传感器 模拟温度传感器将被测量的非电学量转换成能够模拟处理的电信号。对于在传统的模拟温度传感器的应用中，例如热敏电阻、热电偶和RTDS，进行温度测量的控制时，存在某一温度范围内线性不好，则可以通过冷端补偿或引线补偿，以弥补热惯性大，时间反应迟缓的缺点。但是在这一方面，集成模拟温度传感器与之相比较，就体现了精度高、线性度好、反应时间快等优点，并且集成模拟温度传感器也能够使驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有符合尺寸大小、应用快捷等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335

28、、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。2)逻辑输出型温度传感器 对于较为广泛的逻辑输出型温度传感器，使用者并不要求得出精确的测量温度值，仅仅是关注测量的温度能否在一个规定的范围内，如果温度范围位于规定范围之外，就会造成触动报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，这个时候我们就可以应用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。3)数字式温度传感器 就是能把温度物理量通过温度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取的数字量的传感器。2.1.3四种常见的温度传感器的比较1

29、)热电偶传感器 热电偶由二根不同的金属线材，将它们一端焊接在一起构成，而两种不同金属的焊接端放置于需要测量温度的目标上。两种材料这样联接后会在未焊接的一端产生一个电压，电压数值是所有连接端温度的函数，热电偶无需电压或电流激励。实际应用时，如果试图提供电压或电流激励反而会将误差引进系统。2)热电阻电阻性的元件 由金属制成，如铂，镍，铜等，所选金属必须具有可以预测的电阻值随温度变化的特性，其物理性能要易于加工制造，电阻温度系数必须足够大，使其电阻随温度的改变易于准确测量。其他的温度检测器件，如热电偶，并不能让设计人员有一种相当线性的电阻随温度变化特性，而热电阻这种线性度极好的电阻温度特性，大大简化

30、了信号处理电路的设计制作。3)热敏电阻温度测量精度最高 如果高精度成为至高无上关注要点，则温度传感器应选热敏电阻类，它有两个品种，一是负温度系数NTC，二是正温度系数PTC，前者是陶瓷制品，由过渡金属元素(如锰，钴，铜，镍等)的金属氧化物为其成份，它需激励电流，温度系数是负的，有相当好的线性，且重复度优异，其工作范围为-100度至450度之间，经封装后，其电阻随温度连续可变，且随温度的变化程度极大高于热电阻RTD，即灵敏度高得多。4)硅集成电路热敏传感器 集成电路热敏电路传感器是又一种测量温度的解决方案，其优点是：输出信号形式为用户友好型，易于安装在印刷电路板等；作为一种集成电路，电路设计技术

31、可以容易地以传感器方式制作实现，从而可将最具有挑战性的信号调理部分包括于同一集成电路芯片内，传感器的信号输出，如高电压幅度，大电流，数字字符等，可以轻松地与电路其他元件接口，实际上，某些硅集成电路传感器包括了广泛的信号处理电路，提供数字式I/O接口至微控制器。但在另一方面，这种集成电路的传感器在精度及温度范围方面不及本文论及其他传感器，如温度范围只能达到(-55度至150度)，有些略高，有些略低。在今日的温度传感器市场上，热电偶，热电阻，热敏电阻及集成电路传感器将继续居于支配地位，热电偶最适于高温检测，而热电阻最适于温度稍低但线性特性要求优异的场合，热敏电阻适用于温度范围更窄、但对测量精度比热

32、电偶和热电阻更高的场合。2.2单总线数字温度传感器DS18B20DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，线路简单，在一根通信线上，可以挂接很多这样的数字温度计，十分方便3。2.2.1DS18B20的功能特点1)独特的单线接口方式，只需要一条端口线即可以实现双向通讯；2)每个器件都有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中；3)简单的多点分布式测温应用，无需外部器件；4)电压测量范围更为宽泛，供电范围为3.0V5.5V，也可以工作在寄生电源方式下，这时将由数据线供电，测温的范围为-55+125；5)在-10+

33、85范围内精度为5，温度计分辨率可以被使用者选择为912位；6)测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，抗干扰纠错能力得到了大大的提高；7)负压特性是DS18B20的一个非常实用的特点，当正负极性接反时，传感器不会因温度过高而使电路损坏，但是也不能处于正常工作状态。2.2.2DS18B20的外形和引脚介绍DS18B20采用3脚TO-90封装或8脚SOIC封装，其外形和管脚排列如图2-1所示。 图2-1 DS18B20的外形及管脚排列Fig. 2-1 DS18B20 shape and pin arrangement表 2-1 DS18B20 引脚定

34、义Tab.2-1 Detailed pin description引脚说明DQ数字输入/输出端。单线操作，漏极开路。工作在寄生电源模式时，提供电源GND电源地VDD外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式是接地）以上部分介绍了DS18B20的外形及其管脚排列、引脚的定义。下面我们将要介绍DS18B20内部结构，它主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是生产厂商在出货前就已经设计好的，它的作用是记录每一个DS18B20的独特的ROM码，高速暂存器中的温度寄存器是由两个字节构成的，这两个寄存器的作用是用来存储温度传感器输出

35、的数据。另外，高速暂存器提供一个存放高温度和低温度的触发器(TH和TL)，和一个字节的结构寄存器。其中，低温触发器TL、高温触发器TH，用于设置低温、高温的报警数值。DS18B20完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和TL、TH相比较，如果小于TL，或大于TH，则表示温度超越了设置的范围，将该器件内的警告标志位置位，并对主机发出的警告搜索命令作出回答。需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对TL、TH写入，十分方便。用户可以根据自己的需要，将温度的精度设置为912位，这些设置能在配置寄存器中实现。TH，TL和配置寄存器都具有不容易丢失数据，并且能够擦除的功能，因此所得到的数据在

36、突然掉电时能够给予存储。具体内部框图见图2-2 所示。图2-2 DS18B20的内部结构Fig.2-2 DS18B20 block diagram2.2.3DS18B20的测温原理当计数门打开时，DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，初态时，首先将-55所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值上。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，在计数器2控制的闸门时间到达之前，如果计数器1的预值减到0，则温度寄存器的值将作加1 运算，与此同

37、时，用于补偿和修正测温过程中的非线性的斜率累加器将输出一个与温度变换相对应的计数值，作为计数的新预置值，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环，直到计数器2控制的闸门时间到达计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度，这是DS18B20的测温原理。图 2-3 DS18B20 测温原理图Fig.2-3 DS18B20 Temperature Principle diagram3串行通信介绍3.1串行通信基础随着计算机的广泛应用，市场上许多电气产品应用串口通信技术作为对外数据交换的桥梁，串口通信受到如此重视，主要原因就是这个技术简单而且容易实现

38、。串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制的0、1为最小单位一位一位的传输。串行数据传送的特点是：1)串行传送在一根传输线上既传送数据信息又传送联络控制信号；2)有固定的数据格式，分异步与同步数据格式；3)串行通信中对信号的逻辑定义与TTL不兼容，故需要进行逻辑关系与逻辑电平转换；4)串行传送信息的速率需要控制，要求双方设定通信传输的波特率。总而言之，串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地按照顺序进行传送。在传送数据的过程中，每发送完一个数据，紧接着发送第二个，直到发送完最后一位为止。在接收数据的过程中，每一次从单根数据线上一位一位地依次接收，直

39、到最后收到一个完整的数据为止。因此，串行口通信方式一般用在远距离数据通信中，正好符合具有占用通信线少、成本低等优点。3.1.1异步传输与同步传输网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。在计算机网络中，定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理4。在异步传输中，信息以字符为单位进行传输 。异步传输的优点就是收、发双方不需要严格的位同步，所谓“异步”是指字符与字符之间的异步，字符内部仍为同步

40、。在同步传输中，不仅字符内部为同步，字符与字符之间也要保持同步。同步传输的特点是可获得较高的传输速度，但实现起来较复杂。为了解决以上问题，串行传输可以采用以下两种方法：异步传输和同步传输。1) 异步传输 异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数

41、据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲(没有传送数据)的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成 0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCII编码，将发送“0

42、0110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。2) 同步传输 同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了5。综上所述，我们可以归

43、结一下同步传输和异步传输的区别，具体如下：1)异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。2)异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。3)异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。4)异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。5)异步传输相对于同步传输效率较低。3.1.2串行通信工作模式通过单线传输信息是串行数据通信的基础。传输的数据往往依赖于两个站(点对点)之间进行传送，依据数据流的方向，串行通信的工作模式可以分为3种：单工、半双工、全双工。1) 单工方式 数据传送是单向的，称之为单工形式的显著特点。在通信双方

44、的数据传输中，其中一方固定为发送端，另外一方则固定为接收端。由于使用一根数据线，所以数据信息只能沿一个方向传送。单工形式常常用于只面向一个方向传送数据的场合。比如说计算机与打印机之间的通信就能够当作单工形式，因为只有计算机向打印机进行传送数据的通信，然而在相反的方向上不存在数据传送。另外在某些通信信道中，也应用串行通信工作模式，比如单工无线发送等。2) 半双工方式 在半双工通信方式中，通信双方使用同一根传输线，这个数据线具有发送数据和接收数据的功能，然而却不能同步发送和接收数据，也就是说在某一时刻，其中的一方只能发送数据，而另一方只能接收数据。在半双工形式下，并不是只能使用一条数据线，也可以使

45、用两条数据线进行数据的传送。每端需要有一个收/发切换电子开关是进行半双工通信的关键，依靠切换电子开关来控制数据的传输方向。由于存在切换，所以在通信过程中会出现时延，以此造就低效的信息传输速率。比如说像应用单方向传输的打印机而言，采用半双工方式就可以达到要求了，从而可以节省资源。3) 全双工方式 在全双工数据通信中，两根传输线上存在可以由两个不同的站点同时发送和接收的数据，发送和接收可以同步进行。全双工方式具有信息传输效率较高的优点，因为在数据的传送每一端都有发送器和接收器，并且使用两条传送线进行通信，具体应用可以在交互式应用和远程监控系统中使用。3.1.3握手信号握手信号实质上是一系列相互识别

46、的控制信号，这行信号发生在两台计算机或其他设备之间进行通信或传递，以此来控制传送的数据。在双方数据的通讯中，握手信号起到通知双方互相通信的作用，发送方能够告知接收方是否有数据要发送，接收方通过握手信号通知发送方它是否已经做好了接收信号的准备。握手信号在通信过程中遵循统一协议。硬件握手指的是一种通过专用线而不是数据线进行的信号交换，参与握手的设备表明已做好发送或接收数据的准备。软件握手由通过同样的线路传输的信号组成，用于传送数据，如用调制解调器通过电话线进行通信6。3.1.4通信参数串行端口的通信方式是将字节拆分成一个接着一个的位再传送出去，接到此电位信号的一方再将此一个一个的位组合成原来的字节

47、，如此形成一个字节的完整传送。在传输进行的过程中，双方明确传送信息的具体方式，否则双方就没有一套共用的译码方式，从而无法了解对方所传过来信息的意义。因此双方为了进行通信，必须遵守一定的通信规则，这个共同的规则就是通信端口的初始化。通信端口的初始化是对数据的传输速度(波特率)，数据的传送单位，起始位与停止位，校验位进行的设置。波特率是指串行通信中每秒内传送二进制数码的位数，以bit/s(位/秒)为单位。它是衡量串行数据传送速度快慢的关键参数。计算机通信过程中常用的波特率是：110，300，600，1200，2400，4800，9600，115200bps。在数据的传送单位中，一般串行通信端口所传

48、送的数据是字符型。当使用字符型编码时，工业界常使用到的是ASCII字符码，它使用了8位形成一个字符。不同的情形下(依照使用的协议)，会使用到不同的传送单位。使用多少位合成一个字节必须先行确定。设置起始位和校验位是由于异步串行传输中并没有使用同步脉冲作基准，所以接收端完全不知道传送端何时将进行数据的传送。发送端准备要开始传送数据时，发送端会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位(逻辑0)及低电位的停止位(逻辑1)，它们分别是所谓的起始位和停止位。也就是说，当传送端要开始传送数据时，便将传输线上的电位由低电位提升至高电位；而当传输结束后，再将电位降至低电位。接收端会因起始位的触发(电压由低电位升

49、至高电位)而开始接收数据，并且因为停止位的通知(电压维持在低电位)而明确数据的字符信号已经结束，当加入了起始位及停止位才比较容易达到多字符的接收能力。起始位固定为1位，然而停止位可以有1、1.5、2位等多种选择，具体设置方法要依据通信双方协议即可。校验位是为了预防错误的产生，才采取的校验位作为检查的机制。设置校验位的作用是用来核对所传送数据的是否正确的一种标志，它可以分为奇校验和偶校验，分别是表示给定位数的二进制数中1的个数是奇数还是偶数的二进制数。3.2串行通信接口标准RS-232、RS-422、RS-485、USB等接口在串行通信接口应用的很广泛。其中，RS-232、RS-422和RS-4

50、85标准仅仅是针对接口的电气特性制定的规范，并没有关系到接插件、电缆或者协议。USB是近些年来应用较广泛的接口，在高速数据传输领域有着长远的前途。由于本系统设计中应用了PC机上的RS-232接口，所以仅对此做出描述。3.2.1RS-232串行接口到目前为止，RS-232是个人计算机与通信工业中常用的串行接口。对于RS-232接口，人们习惯的称它为在低速率串行通信中，具有延长通信距离优点的单端标准。因此，RS-232 应用了称之为单端通信的非平衡传输方式。它有两种结构，一种是25针的，一种是9针的，引脚图如图3-1所示。图 3-1 RS-232C引脚图Fig.3-1 RS-232CPin map

51、3.2.2RS-232电气特性在发送数据和接收数据终端上： -3V-15V代表着逻辑1， +315V代表着逻辑0；在请求发送、允许发送、数据发送准备好、数据终端准备好和数据载波检出线等控制线上：+3V+15V表示信号有效，-3V-15V表示信号无效。RS-232C标准很直观的阐述了逻辑电平的内涵。对于以上表述而言，也可以解释为电路处于工作状态时，传输电平应位于(315)V之间。介于-3+3V 之间，低于-15V或高于+15V的电压对于电路来说没有任何作用。所以，电平在(315)V之间是有效的工作状态。3.2.3RS-232接口引脚定义RS-232C标准接口应用最为广泛的有8根，下面我们将一一介

52、绍：数据发送准备好(DSR)用来表示当DSR处于工作状态下，调制解调器能够应用。数据终端准备好(DTR)用来表示当DTR处于工作状态下，可以进行数据的传送。当电源一通电时，数据发送准备好和数据终端准备好就会处于工作状态。然而，进行通信的关键是由控制信号决定的，这两个信号准备好仅仅代表器件自身有效，并不表明是否可以通信了。接下来将介绍控制信号的应用。请求发送(RTS)当数据终端设备想要向通信设备传输数据时，应用到此信号。当此信号有效时，RTS自身询问调制解调器是否需要发送数据7。允许发送(CTS)此信号用以表示数据通信设备已经做好接收来自终端设备的数据准备，也可以表示为RTS的响应信号。终端数据

53、无误的经由调制解调器传输时，此信号处于有效状态。在全双工和半双工系统中，请求发送和允许发送作为发送方式和接收方式之间的转换。由于在全双工系统中需要设置发送和接收通道，所以可以设置请求发送和允许发送为高电平。接收线信号检出(RLSD)此信号又称为数据载波检出线。它用来表示，当数据通信设备已经成功的开始传送数据时，数据终端设备也相应的开始接收数据。当数据由一方到达另一方时，数据载波检出线处于工作状态。并且告知另一方准备接收信号，经过调制解调信号后，送到终端设备。发送数据(TxD)当数据终端做好接收准备时，经由此信号将数据传到目的地。接收数据(RxD)当调制解调器做好准备时，由目的地传送到调制解调器

54、。3.2.4串行通信接口电路标准串行接口标准最终能够达到DTE和DCE之间物理与电气的要求，然而为了证明DTE 和DCE之间的数据通信，需要设置一系列的协议和规定。这些协议规定包括：收发双方的同步方式、传输控制步骤、差错检验方式、数据编码、数据传输速度、通信报文的格式及控制字符的定义。异步通信适配器是实现这些功能和协议的关键。当CPU与外设进行串行通信时，通常使用可编程的异步通信适配器(UART)实现串并转换。CPU要发送数据时，UART能把并行数据转换成串行数据，并添上起始位、校验位、停止位，然后由发送数据线输出。当CPU接收数据时，UART从串行线上接收数据，去掉起始位、停止位，并检验有无

55、奇偶错误和帧错误，然后将串行数据变成并行数据，送给CPU。4测温系统的设计4.1 测温系统的下位机系统设计4.1.1 下位机系统硬件设计4.1.1.1 硬件组成框图本系统是由PC机，AVR单片机，温度传感器DS18B20构成。此系统中应用DS18B20 温度传感器，通过MAX232转换电压，最终在PC机上应用编程软件VB语言实现温度的显示。系统结构如上图4-1所示。图4-1系统构成图Fig.4-1 System constitutes map4.1.1.2 单片机最小系统AVR单片机最小系统如图4-2所示。Atmega16支持多种时钟源，包括外部晶体振荡器、陶瓷振荡器、外部RC振荡器、内部RC

56、振荡器和外部时钟。可以通过芯片熔丝位CKSEL3:0选择时钟源。本次设计采用片内RC振荡器的8.0MHz的时钟，其配置熔丝和加密位为E4、D9、FF8。复位是软件系统数据总清除，同时复位系统寄存器。程序计数器PC也清除，程序从0x0000地址开始执行。ATmega16有5个复位源：1)上电复位：电源电压低于上电复位门限VPOT时，MCU复位。2)外部复位：引脚RESET上的低电平持续时间大于最小脉冲宽度时MCU复位。3)看门狗复位：看门狗使能并且看门狗定时器溢出时发生复位。4)掉电检测复位：掉电检测复位功能使能，且电源电压低于掉电检测复位门限VBOT时MCU即复位。5)JTAG AVR复位：复

57、位寄存器为1时MCU复位。本次设计采用外部手动复位，手动复位一般采用按钮的方法使得AVR单片机复位。图4-2 单片机最小系统Fig.4-2 Single chip microcomputer system4.1.1.3 输入通道设计DS18B20模块总共就3个引脚，一个数据I/O，2个电源线。所以它在安装和维护上十分的方便。为了使DS18B20的温度转换能够精确的进行，必须保证传感器在整个转换期间I/O线供电正常。由于传感器的工作电流需要达到1mA，所以仅靠5K上拉电阻提供电源其电流是达不到要求的。当有多个DS18B20同时在同一根I/O线上进行温度转换时，温度转换的精度问题就变得更加尖锐。为

58、了解决DS18B20在温度转换期间能够有足够的电流供应，本设计电路直接给VDD引脚一个外部电源，这样总线控制器在温度转换期间上不用总保持高电平，容许DS18B20在转换期间可以在单线总线上进行其他数据的交换，因此，它就可以挂多片的DS18B20传感器。最后电路连接如图4.3所示。图 4-3 单总线温度检测结构图Fig.4-3 Single bus temperature detection diagram4.1.1.4 输出通道设计作为单片机的输出控制，采用继电器JRC-21F自动控制温度的升降。当温度超过设定上限时继电器1动作，LED5闪烁亮，蜂鸣器急促报警。反之，继电器2动作，LED4长亮

59、，蜂鸣器长鸣报警。图 4-4 控制报警电路Fig.4-4 Control and alarming circuit4.1.1.5 人机交互模块设计单片机处理好传感器的数值后送LED显示。其中共四位显示，第一位显示DS18B20的序号，其它三位为温度值。由于本设计检测环境固定，检测温度不能超过40，所以能够显示099。图 4-5 显示电路Fig.4-5 Show circuit4.1.1.6 通信模块设计由于DS18B20采用的是TTL电平，而RS-232串口线与PC机进行通讯时使用的是 RS-232电平，这就需要在两种不同的电平之间进行转换。通过MAX232进行电平转换，就能由RS-232串行

60、通讯线把数据直接传送给PC机。PC机的串行接口是一种外部总线标准接口，它符合EIA RS-232C规范。RS-232C采用的是负逻辑，即逻辑“1”电平规定为：5V至15V之间；逻辑“0”电平规定为：5V至15V之间。而TTL电平的逻辑“1”和“0”则分别为2. 4V和0. 4V。因此RS-232C总线与TTL电平之间连接时需外接电路实现电平转换。图4-6给出了MAX232电平转换的电路图。图 4-6 电平转换电路Fig.4-6 Level switching circuit4.1.1.7 电源模块设计ATmega16工作电压范围在4.55.5V之间。本次设计的单片机时钟信号来自内部，所以单片机

61、电压必须稳定在正常范围内，否则就会时序紊乱。图 4-7 电源电路Fig.4-7 Power circuit4.1.1.8 抗干扰措施形成干扰的基本要素有三个：1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。3)敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。本次设计的干扰源是电源和继电器，为抑制干扰源在继电器线圈一

62、侧增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰；电路板上每个IC要并接一个0.01F0.1F高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。其中单片机对电源噪声很敏感, 给单片机电源加一个104滤波电容，以减小电源噪声对单片机的干扰。切断干扰传播路径的设计包括晶振布线，晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。其次电路板合理分区，强、弱信号，数字、模拟信号。把继电器和单片机远离。在设计电源模块电路时，在电源两端并联滤波电容。为提高敏感元件的干扰性能，IC器件尽量直接焊在电路板上

63、，少用IC座。布线时，电源线和地线要尽量粗。4.1.2下位机系统软件设计下位机系统软件主要包括三大模块：温度检测模块、通信模块、上位机控制模块。4.1.2.1 主程序设计首先，PC机通过串口发送温度采集命令，使单片机进入主程序循环操作。其中，上位机会与下位机传送6种开始字符。99、98、97、96分别表示采集并传送第一、二、三、四个传感器的温度值，若接收到此值就进入温度检测子程序，并将采集到的温度值进行显示，同时将温度值返回上位机，95、94分别表示温度超限报警信号值，若接收到此值则进入温度报警程序中。如此循环往复的接收串口传送的数据，如果没有开始字符，则处于等待接收过程中，如图4-8所示。4.1.2.2 温度检测模块设计单总线系统包括一个总线控制器和一个或者多个从机。DS18B20总是充当从机。当只有一个从机挂在总线上时，系统被称为“单点”系统；如果由多个从机挂在总线上，系统被称为“多点”。在对DS18B20进行使用前，先要熟悉存储