多点温度采集系统的设计
多点温度采集系统的设计电气与自动化工程[20200121205710]
摘 要
多点测温在现代检测技术中需求广泛。在电气与电子方面，低压电器中接线头温度测量、发动机绕组温度测量、太阳能电池电源的研发、笔记本电源的监测都需要进行多点温度的检测；在工程中，混凝土浇筑温度检测、工程试验也需进行多点测温；在农业方面，大棚种植、粮食存储都得多点温度巡回监测。
本文设计了一套以AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器为核心，包含温度采集、显示及数据处理与存储的多点温度采集系统，该设计采用LCD1602作为显示模块， 能够直观地显示所测量的温度值。同时还利用LabVIEW编程设计PC机上位机的监控界面。上位机通过串行口与下位机进行通信从而实现温度监控、报警以及温度存储功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机AT89C51数字温度传感器温度采集LabVIEW上位机
目 录
1. 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 研究方法和系统描述 3
1.4课题研究的主要内容 3
2. 系统硬件电路设计 5
2.1系统硬件设计概述 5
2.2单片机最小系统设计 5
2.2.1 AT89C51单片机简介 6
2.2.2 时钟电路设计 6
2.2.3 复位电路设计 7
2.3温度采集模块设计 8
2.3.1传感器的选型 8
2.3.2 DS18B20数字温度传感器简介 9
2.3.3 DS18B20的性能特点 9
2.3.4 DS18B20的测温原理 10
2.3.5 DS18B20的供电方式 12
2.3.6 温度采集模块的电路设计 12
2.4 外围设备的硬件设计 13
2.4.1按键模块的设计 13
2.4.2显示模块的设计 14
2.4.3报警模块的设计 15
2.4.4电源模块的设计 16
2.4.5串口通信电路的设计 17
3. 系统软件设计 20
3.1 AT89C51系统的开发环境概述 20
3.1.1 AT89C51系统的开发环境 20
3.1.2 AT89C51的编程语言 20
3.2 系统软件设计 21
3.2.1 温度采集模块的软件设计 22
3.2.2 按键模块的软件设计 24
3.2.3 显示模块的软件设计 24
3.2.4 报警模块的软件设计 26
3.2.5 通信模块的程序设计 26
3.3上位机模块的程序设计 29
3.3.1 虚拟仪器简介 29
3.3.2 主要程序设计 29
3.3.3 LabVIEW中的串口通讯的实现 30
3.3.4数据处理和显示 33
3.3.5数据的存储和读取 34
3.3.6采集速率和温度报警 35
4. 系统的调试 37
4.1 DS18B20调试 37
4.2 按键、显示模块以及上位机的联调 37
4.3 报警模块调试 39
5. 总结与展望 40
5.1系统设计总结 40
5.2温度采集系统发展与展望 40
参考文献 41
附录 42
附录一：电路仿真图 42
附录二：主程序代码 42
致谢 46
1. 绪论
1.1研究背景与意义
近年来，随着科学技术的逐步发展，多点温度检测技术在各个领域的应用越来越广泛。各行各业对温度测控的要求都逐步提高。人们的日常生活、工农业的生产都离不开温度的测量。多点测温在现代检测技术中更是需求广泛。在电气与电子方面，低压电器中接线头温升测量、发动机绕组温度测量、太阳能电池电源的研发、笔记本电源的监测都需要进行多点温度的检测；在工程中，混凝土浇筑温度检测、工程试验也需进行多点测温；在农业方面，大棚种植、粮食存储都得多点温度巡回监测。所以对于多个点的温度信息的采集的研究有着不可替代的意义。
在当今的工业生产过程中，对于多点温度的则检测显得更为重要,尤其是大型企业的技术设备往往需要监测大量对象的温度参数。在许多需要对温度进行监控和分析的场合，还需要一种精度和自动化水平高、应用范围广的温度采集手段。而现在市面上常见的的温度测量仪表大多数都是针对单点测量的，而且还有着温度信号传送不及时、精密度不够高的缺陷。工业上的控制端需要依据温度的改变适时地发出正确的指令，这样一来，温度信息的精确度不高就直接对控制部分产生了不利的影响。
本设计研究了一种能够结合虚拟仪器编程对多个温度采集点进行采集的系统，可以同时测量多点，而且实时性高、精密度高。传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支持，不管采用什么样的数据存储器，它的存储容量都是有限的，所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新，这样不利于用户对数据进行整体分析，因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握。本系统实现计算机和单片机的连接经过串口进行通信，把采集到的温度数据传送到PC机，在LabVIEW环境下对数据进行记录存储，这样既可以充分利用虚拟仪器的强大功能，同时减少了系统的设计成本，这在很大程度上提高了效率，具有良相当好的应用前景，可以适应当代的工业以及农业的应用需求。
1.2国内外研究现状
单片机的出现在微处理器的发展史上有十分重大的意义，它的出现代表着嵌入式计算机系统分支的出现。在通用的操作系统不断的升级的进程中，单片机在模拟仿真，数据处理，人工智能等方面都取得了普遍的的应用。目前的单片机以8位机为主，控制能力不断增强，体积逐渐减小且成本大幅降低，它以迅猛的的发展态势被普遍地应用于各种电子系统。
国际上对温度控制技术的研究在在20世纪70年代就已开始了，首先以模拟式的组合仪器，搜集现场信息并实施记录、指导和控制。在80年代末出现的分布式控制系统改变了这一状况。目前国际上温度测控技术发展较快，有些国家正往全自动化及无人化的方面发展。
我国于上个世纪80年代开始对于温度测控技术的研究，相对于发达国家较晚。在汲取国际先进的温度测控技术的基础上，我们国家的工程技术人员了解了控制单个环境因子的室内温度计算机控制技术，大体来说，我国温测设施正从消化吸收、简单应用阶段迈向综合性应用阶段，我国目前温度检测技术水平较低，工厂化的程度也亟待加强，依然面临生产实际中的许多复杂问题，比如设备配套能力差、产业化程度低、可靠性较差等。从技术上来说，目前温度控制系统以单参数单回路系统为主，少有多参数综合控制系统。
赵丽娟在《基于单片机的温度监控系统的设计与实现》一文中介绍了一种基于单片机的温度闭环控制装置,通过对机内数字PID参数的设置,达到对不同受控对象的不同温度要求进行高精度控制。同时还设计了一种基于89C51单片机和DS1820数字温度传感器的智能温度测控系统,可实现温度控制、故障分析以及通过GSM移动通信模块进行远程报警等功能.系统具有结构简单、稳定可靠、操作方便等特点,有广阔的应用前景。
李晓伟、郑小兵、李建军在《基于单片机的精密温控系统设计》中设计了一种基于单片机的精密温控系统.该系统采用单片机为核心控制部件进行PID运算,数字式温度传感器DS18B20芯片测量温度,大功率放大器OPA548驱动半导体致冷器TEC实现温度控制,精度达到±0.1℃。
金凯鹏、胡即明在《基于模糊PID算法远程温度控制系统的实现》中，以实时温度作为控制对象，设计了一套远程温度控制系统,并结合了模糊PID控制算法，利用其电路组成和设计原理，实现了对远程温度系统的监视和控制功能。采集端主要实现温度采集、数码显示、温度设定、无线编码发射、加热开关控制等功能;监控部分主要实现无线解码接收、温度显示、报警等功能模块.此本系统实现了实时控制与无线传输的结合。
摘 要
多点测温在现代检测技术中需求广泛。在电气与电子方面，低压电器中接线头温度测量、发动机绕组温度测量、太阳能电池电源的研发、笔记本电源的监测都需要进行多点温度的检测；在工程中，混凝土浇筑温度检测、工程试验也需进行多点测温；在农业方面，大棚种植、粮食存储都得多点温度巡回监测。
本文设计了一套以AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器为核心，包含温度采集、显示及数据处理与存储的多点温度采集系统，该设计采用LCD1602作为显示模块， 能够直观地显示所测量的温度值。同时还利用LabVIEW编程设计PC机上位机的监控界面。上位机通过串行口与下位机进行通信从而实现温度监控、报警以及温度存储功能。
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关键字:单片机AT89C51数字温度传感器温度采集LabVIEW上位机
目 录
1. 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 研究方法和系统描述 3
1.4课题研究的主要内容 3
2. 系统硬件电路设计 5
2.1系统硬件设计概述 5
2.2单片机最小系统设计 5
2.2.1 AT89C51单片机简介 6
2.2.2 时钟电路设计 6
2.2.3 复位电路设计 7
2.3温度采集模块设计 8
2.3.1传感器的选型 8
2.3.2 DS18B20数字温度传感器简介 9
2.3.3 DS18B20的性能特点 9
2.3.4 DS18B20的测温原理 10
2.3.5 DS18B20的供电方式 12
2.3.6 温度采集模块的电路设计 12
2.4 外围设备的硬件设计 13
2.4.1按键模块的设计 13
2.4.2显示模块的设计 14
2.4.3报警模块的设计 15
2.4.4电源模块的设计 16
2.4.5串口通信电路的设计 17
3. 系统软件设计 20
3.1 AT89C51系统的开发环境概述 20
3.1.1 AT89C51系统的开发环境 20
3.1.2 AT89C51的编程语言 20
3.2 系统软件设计 21
3.2.1 温度采集模块的软件设计 22
3.2.2 按键模块的软件设计 24
3.2.3 显示模块的软件设计 24
3.2.4 报警模块的软件设计 26
3.2.5 通信模块的程序设计 26
3.3上位机模块的程序设计 29
3.3.1 虚拟仪器简介 29
3.3.2 主要程序设计 29
3.3.3 LabVIEW中的串口通讯的实现 30
3.3.4数据处理和显示 33
3.3.5数据的存储和读取 34
3.3.6采集速率和温度报警 35
4. 系统的调试 37
4.1 DS18B20调试 37
4.2 按键、显示模块以及上位机的联调 37
4.3 报警模块调试 39
5. 总结与展望 40
5.1系统设计总结 40
5.2温度采集系统发展与展望 40
参考文献 41
附录 42
附录一：电路仿真图 42
附录二：主程序代码 42
致谢 46
1. 绪论
1.1研究背景与意义
近年来，随着科学技术的逐步发展，多点温度检测技术在各个领域的应用越来越广泛。各行各业对温度测控的要求都逐步提高。人们的日常生活、工农业的生产都离不开温度的测量。多点测温在现代检测技术中更是需求广泛。在电气与电子方面，低压电器中接线头温升测量、发动机绕组温度测量、太阳能电池电源的研发、笔记本电源的监测都需要进行多点温度的检测；在工程中，混凝土浇筑温度检测、工程试验也需进行多点测温；在农业方面，大棚种植、粮食存储都得多点温度巡回监测。所以对于多个点的温度信息的采集的研究有着不可替代的意义。
在当今的工业生产过程中，对于多点温度的则检测显得更为重要,尤其是大型企业的技术设备往往需要监测大量对象的温度参数。在许多需要对温度进行监控和分析的场合，还需要一种精度和自动化水平高、应用范围广的温度采集手段。而现在市面上常见的的温度测量仪表大多数都是针对单点测量的，而且还有着温度信号传送不及时、精密度不够高的缺陷。工业上的控制端需要依据温度的改变适时地发出正确的指令，这样一来，温度信息的精确度不高就直接对控制部分产生了不利的影响。
本设计研究了一种能够结合虚拟仪器编程对多个温度采集点进行采集的系统，可以同时测量多点，而且实时性高、精密度高。传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支持，不管采用什么样的数据存储器，它的存储容量都是有限的，所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新，这样不利于用户对数据进行整体分析，因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握。本系统实现计算机和单片机的连接经过串口进行通信，把采集到的温度数据传送到PC机，在LabVIEW环境下对数据进行记录存储，这样既可以充分利用虚拟仪器的强大功能，同时减少了系统的设计成本，这在很大程度上提高了效率，具有良相当好的应用前景，可以适应当代的工业以及农业的应用需求。
1.2国内外研究现状
单片机的出现在微处理器的发展史上有十分重大的意义，它的出现代表着嵌入式计算机系统分支的出现。在通用的操作系统不断的升级的进程中，单片机在模拟仿真，数据处理，人工智能等方面都取得了普遍的的应用。目前的单片机以8位机为主，控制能力不断增强，体积逐渐减小且成本大幅降低，它以迅猛的的发展态势被普遍地应用于各种电子系统。
国际上对温度控制技术的研究在在20世纪70年代就已开始了，首先以模拟式的组合仪器，搜集现场信息并实施记录、指导和控制。在80年代末出现的分布式控制系统改变了这一状况。目前国际上温度测控技术发展较快，有些国家正往全自动化及无人化的方面发展。
我国于上个世纪80年代开始对于温度测控技术的研究，相对于发达国家较晚。在汲取国际先进的温度测控技术的基础上，我们国家的工程技术人员了解了控制单个环境因子的室内温度计算机控制技术，大体来说，我国温测设施正从消化吸收、简单应用阶段迈向综合性应用阶段，我国目前温度检测技术水平较低，工厂化的程度也亟待加强，依然面临生产实际中的许多复杂问题，比如设备配套能力差、产业化程度低、可靠性较差等。从技术上来说，目前温度控制系统以单参数单回路系统为主，少有多参数综合控制系统。
赵丽娟在《基于单片机的温度监控系统的设计与实现》一文中介绍了一种基于单片机的温度闭环控制装置,通过对机内数字PID参数的设置,达到对不同受控对象的不同温度要求进行高精度控制。同时还设计了一种基于89C51单片机和DS1820数字温度传感器的智能温度测控系统,可实现温度控制、故障分析以及通过GSM移动通信模块进行远程报警等功能.系统具有结构简单、稳定可靠、操作方便等特点,有广阔的应用前景。
李晓伟、郑小兵、李建军在《基于单片机的精密温控系统设计》中设计了一种基于单片机的精密温控系统.该系统采用单片机为核心控制部件进行PID运算,数字式温度传感器DS18B20芯片测量温度,大功率放大器OPA548驱动半导体致冷器TEC实现温度控制,精度达到±0.1℃。
金凯鹏、胡即明在《基于模糊PID算法远程温度控制系统的实现》中，以实时温度作为控制对象，设计了一套远程温度控制系统,并结合了模糊PID控制算法，利用其电路组成和设计原理，实现了对远程温度系统的监视和控制功能。采集端主要实现温度采集、数码显示、温度设定、无线编码发射、加热开关控制等功能;监控部分主要实现无线解码接收、温度显示、报警等功能模块.此本系统实现了实时控制与无线传输的结合。
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