分布式温湿度监测系统的设计综述Word格式文档下载.docx

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数据采集，单片机控制，是基于DS18B20传感器和STC89C51单片机为核心的采用数字化单总线技术的智能检测系统,其中控制部分外接显示电路、报警电路、按键、以及基本的晶振复位电路。

本设计通过智能传感器DS18B20采集并存储测量数据,然后将数据传送给单片机并与设定的温度高、低界限相比较,若当前温度值超过高温界限，LED1灯会亮并启动报警器，三极管Q1导通,继电器U1的常开触点闭合;

若当前温度值低于低温界限，LED2灯会亮并启动报警器,三极管Q2导通,继电器U2常开触点闭合。

通过LED显示器和LED灯来显示当前温度值并判断当前温度是否超过了所设定的最高和最低温度界限。

关键词

单片机；

温度；

传感器；

测量

Thedesignofdistributedtemperaturemonitoring

081307120MaXiaolongThetutorChuSuiyingSeniorExperimentlist

Abstract

Thissystemusesandesignideabasedonone-wiresensornetwork,consistingthedataacquisition,andMCUcontrol.ItisanintelligentdetectionsystembasedonDS18B20sensorsandSTC89C51MCUasthecoreofdigitalone-wiretechnology.Controlcircuitconsistsofwarning,serialcommunication,displayandtemperatureacquisition.

Inthissystem,intelligentsensorDS18B20collectionandstoragemeasurementdatas.Thendatasaresenttomicrocontrollerandcomparedwiththetemperatureboundrieshasbeenset.Ifcurrenttemperatureishigherthanupperbound,theLED1willbebrightandstartclarm,thetransisitor-Q1willbeconductandtheralaywillbecontactclosedatthesametime.Onthecountrary,ifitislowerthanlowerlimit,theLED2willbebrightandstartclarm,thetransisitor-Q2willbeconductandtheralaywillbecontactclosedatthesametime.ThroughtheLEDdisplayandLEDlightstodisplaythecurrenttemperatureandthetemperatureismorethanthejudgetosetthehighestandlowesttemperaturelimits.

Keywords

Singlechipmicrocomputer;

Temperature;

Sensor;

Measurement

温度监测系统的设计

081307120马孝龙指导教师楚随英高级实验师

一、绪论

1.1选题意义

随近年来，在我国以信息化带动的农业生成技术正在蓬勃发展.在农业生产中，对一些反季节种植作物大棚进行温湿度的检测和控制是非常必要的，直接关系到作物的生长状况，进而决定着菜农的收入状况，结果造成了不必要的损失.目前，我国很多地方的种植大棚温度检测和控制的方法还比较落后原始，还在采用温度计进行对温度的检测，这样不利于大规模的种植，限制了农业生产规模的扩大。

为了提高农作物的产量和产品质量，因此对种植大棚室内温湿度的检测系统的改进研究是迫切需要进行的.

1.2温度检测与控制系统在国内外的发展概况

我国对模糊控制理论的研究与应用起步比较晚，虽然发展很快，在各个领域取得了许多有影响的成果。

诸如在模糊控制、模糊辨识、模糊聚类分析、模糊图像处理、模糊集合论、模糊模式识别等领域取得了不少有实际影响的结果。

但是依然和国外发达国家的技术有一定的差距，具体表现在如下几个方面：

1.行业内企业规模小，且较为分散，造成技术力量不集中，导致研发能力不强，制约技术发展。

2.仪表控制关键技术、相关算法及控制软件方面的研究较国外滞后。

随着我国经济的发展以及加入WTO以后，我国政府和企业也逐渐认识到了这种差距，对此都非常重视，对相关企业资源进行重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式组建了一批合资、合作及独资企业，是我国温度控制系统的到迅速发展，取得了惊人的成果。

自70年代以来，由于工业控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法的推动下，国外温度调节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，日本、美国、德国、瑞典等国走到了世界的前列，掌握了领先的技术，并且都已经生产出一批商品化的、性能优异的温度控制器和仪器仪表，在各个行业都得到的广泛应用。

它们主要具有如下特点：

1.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。

2.能够适应于控制系统数学难以建立的温度控制系统的控制。

3.能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。

4.温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。

5.温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能控制等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广。

6.普遍控制器既有参数自定功能。

目前，外国温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型便携化等方面发展。

二、总体系统的设计以及关键器件的选择

2.1总体系统的设计

本文要设计的是一款农业种植大棚温度检测系统，因此要求该系统必须有较好的实时温度显示以及温度变化曲线显示的功能，以便较好的观测温度变化情况以及及时采取措施保证植物的健康生长，而且能够同时显示多个大棚温室里的温度。

本次设计为了突出经济、可靠、耐用的特点，决定采用以单片机系统设计代替常规模拟电路系统设计。

本系统在硬件设计上采用STC89C51单片机和DS18B20数字温度传感器组成下行机硬件系统，具有即时温度采集，可实现温度自动记录，分析，持续运行，使系统有良好的可靠性、扩展、人性化设计和较低的生产成本性能。

本系统的电路设计方框图如图2.1所示，它由三部分组成:

①控制部分主芯片采用单片机89C51；

②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；

③温度采集部分采用DS18B20温度传感器。

图2.1系统电路

2.2.1DS18B20简介

继美国DALLAS半导体公司生产的DS1820传感器之后，该公司又推出了一种新型数字式温度传感器DS18B20，这是一种最新的数字化单总线器件，它是一种改进型数字温度传感器，基于最新一代适配微处理器而制造的，较之于传统的热敏电阻，该类传感器可以直接读取温度值，并可通过一定的编程实现9～12位数字读数，其次读写信息可通过单总线来完成，方便快捷，另外，DS18B20可以直接由其悬挂的总线供电，而无需外加电源，从而使系统结构简单化，也增加了其可靠性。

DS18B20单总线独特及其经济的特点，便于用户组建所需的传感器网络，使得测量系统有了全新的构建方式。

DS18B20数字温度传感器支持单总线接口，能够实现-55℃～+125℃的温度测量范围，并且在-10～+85℃范围内，测量误差为±

0.5℃。

并且可单独设定实际系统的分辨率，并不论断电与否，均能保存在EEPROM中，现场温度的测量以单线总线数字方式传输，即温度的测量值通过串行通讯的方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。

因此DS18B20数字式温度传感器能够应用于复杂恶劣的环境中温度的测量，如地下实验监测、生产线温度检测控制和家用电器的温度控制，因此广泛用于工业、农业、军事等的温度测量控制领域。

DS18B20有以下几点特点：

①独特的单线总线接口方式：

DS18B20与上位机连接时可通过一条传输线路实现双向数据传输。

②可通过数据线供电，供电电压容许范围大，为+3.0～+5.5V，也可选用外部+5V供电。

③实际工作过程中，不需要添加外围器件。

④用户可自行设定温度报警上下限值，其值是非易失性的。

⑤可测温度范围为-55～+125℃，测温分辨率为0.5℃（-10℃—+85℃），2℃（-55～+125℃）。

⑥负压特性，电源反接时能够自动保护DS18B20不会被烧毁，此时的芯片无法正常工作。

⑦转换速度快，效率高，可在93.75ms内完成9位温度转换。

⑧可实现多点测温，多个DS18B20温度传感器可并联在唯一的三线上。

⑨适用于各种微处理器和上位机系统。

⑩内含64位的只读存储ROM，每片DS18B20出厂前就有唯一的产品序号。

大型测温系统，单线上可挂接多片DS18B20传感器。

DS18B20有两种封装形式。

一种是采用3脚PR35封装，另一种是8脚SOIC封装。

本系统采用PR3三脚封装，管脚排列与封装如图2.2所示

图2.2DS188B20的引脚和封装

1脚—GND:

接地。

2脚—I/O：

数据输入/输出端（即单线总线），属于漏极开路输出。

外接上拉电阻后，常态下成高电平。

3脚—VCC:

电源端，为可供选用的外部+5V电源端，不用时接地。

DS18B20的内部结构框图如下图2.3所示，主要由7个部分组成：

①寄生电源；

②温度传感器；

③64位激光ROM与单线接口；

④高速暂存器，即便筏式RAM,用于存放中间数据；

⑤TH触发寄存器和TL触发寄存器，用来存储用户自行设定的温度上下限值；

⑥存储器和控制逻辑；

⑦8位CRC（循环冗余校验码）发生器。

图2.3DS18B20内部结构

⑴64位光刻ROM，结构如下

8位CRC编码

48位产品序列号

8位产品系列号

MSBLSBMSBLSBMSBLSB

光刻ROM中的64位序列号中高8位是CRC校验码，接着是48位的产品序列号，低8位是产品类型的编号。

这64位序列号是传感器DS18B20的地址序列码，在出厂前已经被刻录好，每个DS18B20传感器的地址是不一样的，这样就可以使得多个DS18B20采用一线总线进行通信。

⑵非易失性温度报警触发器TH和TL，主要作用是在系统控制中利用软件设置用户需要的温度报警上下限。

⑶高速暂存寄存器

DS18B20的内部存储器包含有一个高速暂存RAM和一个非易失性的E2RAM,用来存储TH和TL，写入RAM的数据在校验结束后传入E2RAM。

配置寄存器的作用是确定温度值的数字转换分辨率，位于高速暂存器中的第5个字节，DS18B20温度传感器工作时将温度转换为相应精度的数值，该转换过