工業(yè)現(xiàn)場溫度網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)論文

1、更多論文 畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書作 者： 學(xué) 號： 系 ： 計算機工程系 專 業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù) 題 目： 工業(yè)現(xiàn)場溫度網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 以pc機或工業(yè)控制機為上位機，集中顯示并管理下位機；以單片機作為現(xiàn)場測控單元，采用rs485總線連接上位機和下位機測控單元的測控網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理與傳輸。系統(tǒng)由pc機和單片機系統(tǒng)構(gòu)成小型的分散式測控系統(tǒng)，下位機使用atmel公司的at89c2051單片機，溫度傳感器采用美國dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器ds18b20，進行溫度數(shù)據(jù)的采集，然后通過rs-485總線傳輸?shù)絧c機，從而實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集

2、處理和傳輸,系統(tǒng)的溫度標定完全按照計量產(chǎn)品的規(guī)范進行，使得測量精度達到0.5級。上位機接口軟件采用visual basic語言進行編寫。通過本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場溫度的網(wǎng)絡(luò)測控。系統(tǒng)由溫度測量模塊、溫度采集模塊、通信模塊、溫度查詢模塊、溫度監(jiān)控模塊五個部分組成關(guān)鍵詞 溫度 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 硬件設(shè)計 rs485 現(xiàn)場總線畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要title the design of temperature network supervisory system based industry fieldbus abstractcomputer or industry control computer c

3、an display and manage the single chip;field monitor unit is based on the single chip can collect deal with and transmit the data by the rs-fieldbus between pc and single chip.the (distributed control system,dcs) system is composed of pc and the single chip system,the lower machine use the at89c2051

4、single chip which come from the company of atmel,the temperature sensor use numeric temperature sensor-ds18b20 which come from america company of dallas to carry on the data collection,then transmit the data to pc through the rs-485 fieldbus,it can finish collecting and tansferring the temperature d

5、ata, the system temperature demarcates defers to the standard of the measurement product completely, it makes the measuring accuracy to achieve 0.5 level.the interface function of the pc use visual basic language.the system can monitor the temperature of the industry field.the system is composed of

6、the temperature measure module,the temperature collection module,the temperature inquiry module and the temperature monitoring module.keyword: temperature network monitor and control hardware design rs485 bus fieldbus 目 錄1 引言12 溫度監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計23 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計33.1 溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計33.2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計44 溫度監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計44.1 硬

7、件設(shè)計54.2 軟件設(shè)計64.3 單片機外圍電路165 系統(tǒng)調(diào)試與測試185.1 電路部分測試185.2 下位機軟件調(diào)試與測試185.3 上位機軟件調(diào)試與測試195.4 系統(tǒng)整體測試215.5 ds18b20在使用中應(yīng)當注意問題286 溫度監(jiān)控系統(tǒng)的不足與擴展29結(jié)論30致謝31參考文獻32附錄33附錄a 芯片相關(guān)資料33附錄b 總線介紹42附錄c451 引言溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)變化都與溫度密切相關(guān)。通過對溫度的監(jiān)控可以判斷設(shè)備的工作情況，從而使工作人員做出正確的判斷和操作，因此溫度監(jiān)控是工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。從

8、17世紀初伽利略發(fā)明溫度計開始，人們開始利用溫度進行測量。真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計算機的功能也不斷增強，許多高性能的新型機種不斷涌現(xiàn)出來。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為自動化和各個測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，再加上單片機與溫度傳感器的結(jié)合便構(gòu)成了溫度監(jiān)控系統(tǒng)。溫度監(jiān)控是工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，尤其在環(huán)境及其惡劣和復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場，溫度監(jiān)控更是起著不可替代的作用。因此，工業(yè)現(xiàn)場溫度網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)就應(yīng)孕而生了。但是由于目前許多溫度監(jiān)控

9、系統(tǒng)所采用的溫度傳感器的輸出是一個變化的模擬電壓量，不能與計算機采集系統(tǒng)直接接口，需要先進行轉(zhuǎn)化，才能送入計算機。這就使得對于多點分布式的溫度測量帶來了不便，這體現(xiàn)在接線多，信號處理復(fù)雜等方面。 隨著計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)已成為許多工業(yè)企業(yè)中非常重要的部分。加之現(xiàn)場總線技術(shù)的日趨成熟及數(shù)字溫度傳感器的出現(xiàn)，使得現(xiàn)場總線技術(shù)和數(shù)字溫度傳感器更多的用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中來，從而使得工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加強大，監(jiān)控的范圍更加的廣泛。本系統(tǒng)的溫度測量端采用美國dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器ds18b20（見附錄a.2），使用at89c2051單片機（見附錄a.1）進行

10、溫度數(shù)據(jù)的采集和存儲，然后通過rs-485總線傳輸（見附錄b.1）到pc機實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送，接口軟件采用visual basic語言進行編程。這樣省去了線路連接麻煩，信號處理復(fù)雜的缺點。本系統(tǒng)采用rs-485總線進行通信，而沒采用rs-232進行通信，主要是由于rs-232接口標準推出時間較早，其傳輸速率慢、傳輸距離短的缺點，在很多時候無法滿足工業(yè)應(yīng)用中多機通信的要求，而rs-485總線使用差分電平傳輸信號，支持比rs-232更遠的距離、更快的速度、更多的節(jié)點、其工業(yè)應(yīng)用更成熟。2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計針對本系統(tǒng)提出以下兩種整體方案：方案一： 基于can總線的工業(yè)現(xiàn)場溫度網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

11、本方案由溫度傳感器、can總線控制器、總線物理接口、總線接口卡組成，溫度信息由溫度傳感器采集，通過總線傳輸，通過總線接口卡傳到pc機，從而實現(xiàn)pc機對溫度的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 方案二：基于rs-485總線的工業(yè)現(xiàn)場溫度網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。本方案由溫度傳感器、rs232/rs485轉(zhuǎn)接卡組成，溫度由溫度傳感器采集，通過rs-485總線傳輸，通過rs232/ rs485轉(zhuǎn)接卡傳到pc機，從而實現(xiàn)pc機對溫度的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。對于第一種方案而言是完全可以實行的，雖然目前較為先進的can是多主總線網(wǎng)絡(luò)，但是考慮到畢業(yè)設(shè)計時間較短的因素，若逐一來完成設(shè)計有一定困難。若采用購買can總線接口卡的話則會增加成本。對于第二種方案

12、，雖然當前的can總線等工業(yè)總線在各方面的表現(xiàn)都優(yōu)于rs-485總線，但由于rs-485總線在軟件設(shè)計上與rs-232總線基本兼容，其工業(yè)應(yīng)用成熟，大量已有的工業(yè)設(shè)備均提供rs-485接口，因而經(jīng)過多方面比較還是選用第二種方案。該系統(tǒng)由pc機和at89c2051單片機系統(tǒng)組成，構(gòu)成小型的分散測控系統(tǒng)。其中，單片機系統(tǒng)的任務(wù)是完成工業(yè)現(xiàn)場溫度值的采集與存儲，并通過rs-485總線同pc機相連。而pc機的主要任務(wù)是承擔(dān)集中操作管理，通信控制，對各單片機系統(tǒng)的測控功能，并對整個系統(tǒng)進行管理。由于采用的是rs-485總線進行通信，而pc機上只有rs-232接口，因此需要通過rs-232/rs-485轉(zhuǎn)

13、接頭進行連接。系統(tǒng)構(gòu)成圖2.1所示：監(jiān)控模塊pc機rs-485總線rs232/485轉(zhuǎn)接口總線接口總線接口單片機單片機溫度采集模塊溫度采集模塊溫度傳感器溫度傳感器圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.1中采用了maxim公司的max485芯片（見附錄）。本系統(tǒng)的單片機所構(gòu)成的測溫點可以添加，其中每一個單片機都有自己的地址（唯一的），通信時采取主從通信方法，由上位機確定與哪個單片機進行通信。3 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計3.1 溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計在硬件設(shè)計中提出了出了兩個方案：方案一：使用單片機和單總線溫度傳感器構(gòu)成。單總線溫度傳感器可以采用dallas公司生產(chǎn)的ds18b20系列，這類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號，且

14、多路溫度傳感器可以掛在1條總線上，共同占用單片機的1條i/o線即可實現(xiàn)接口。在提升單片機i/o線驅(qū)動能力的前提下，理論上可以任意擴充檢測的溫度點數(shù)。方案二：溫度檢測可以使用低溫?zé)崤蓟蜚K電阻，數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有a/d通道的單片機?？紤]到一般的a/d輸入通道都只能接收大信號，所以還應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的放大電路。此方案的軟件簡單，但硬件復(fù)雜，且檢測點數(shù)追加時，成本會有較大增長幅度。方案一避免了接線多，信號處理復(fù)雜等方面的問題，在可靠性、抗干擾能力以及器件微小化方面都有明顯的優(yōu)點。因此本系統(tǒng)最終選擇方案一。單片機硬件系統(tǒng)如圖3.1所示：單片機系統(tǒng)溫度傳感器ds18b20復(fù)位電路電源max485圖3.1單片

15、機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)硬件主要由3個部分組成：1）溫度測量模塊2）數(shù)據(jù)采集模塊3）通信模塊。3.1.1 溫度測量模塊 通過對數(shù)字溫度傳感器的進行初始化，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，寫入、讀出數(shù)據(jù)命令的程序的編寫來實現(xiàn)溫度值的測量。3.1.2 數(shù)據(jù)采集模塊通過單片機的p1.1口把溫度傳感器測得的溫度值采集到單片機的內(nèi)部ram中，從而便于pc機查詢。3.1.3 通信模塊本系統(tǒng)為主從多機通信系統(tǒng)，采用半雙工通信，單片機的p1.0口同max485（見附錄a.3）的和de端相連，通過置高低電平來控制接受器和發(fā)送器工作，rxd和txd引腳分別于ro腳和di腳以進行數(shù)據(jù)交換。de是發(fā)送允許信號高電平有效，則是接收允許信

16、號低電平有效。由p1.0來控制max485處于接收狀態(tài)還是發(fā)送狀態(tài)。a與b端則聯(lián)接的是發(fā)送與接收的遠程信號（其電氣特性為rs485）這樣即可與遠程的上位機進行通信。圖3.2串行通信接口電路3.2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計可以分為兩大塊：3.2.1 pc機軟件設(shè)計pc機軟件設(shè)計主要包括，pc機與下位機串行通信，對下位機溫度的監(jiān)控，以及對溫度值的存儲并對溫度值進行查詢。3.2.2 單片機軟件設(shè)計單片機軟件設(shè)計主要包括，單片機與pc機的串行通信，對溫度的測量、采集處理、存儲功能。4 溫度監(jiān)控系統(tǒng)詳細設(shè)計前面，我們對系統(tǒng)作了總體設(shè)計的概述，本節(jié)將對系統(tǒng)各個硬件模塊作詳細設(shè)計，以及軟件功能模塊

17、和接口的設(shè)計。本系統(tǒng)硬件構(gòu)成由三個主要功能模塊所組成，這在上節(jié)中已經(jīng)提到過。各功能模塊的主體均不相同，本節(jié)將作詳細的設(shè)計描述。4.1 硬件設(shè)計4.1.1 溫度傳感器的選取較早期的溫度測量采用的是熱電偶電橋法，系統(tǒng)主要由銅-康銅熱電偶、具有零基準點自動補償功能的專用熱電偶放大器、高分辨率a/d 轉(zhuǎn)換器、只讀存儲器和單片機系統(tǒng)組成。雖然這種方法的測量精度較高，但測試過程復(fù)雜，耗時長，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要預(yù)先精確計算電流/溫度對照表，并固化在eprom中。為保證溫控精度，軟件中還需采用局部變速積分等算法。另外，在采用電橋法測量的分布式系統(tǒng)中抗干擾能力較差，常會出現(xiàn)較大的誤差，在許多場合都難以應(yīng)用。另一

18、種溫度測量方法是采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定程度上呈線性關(guān)系，通過將模擬量放大、采樣而得到待測的溫度值。近年來發(fā)展了多種半導(dǎo)體溫度傳感器，如美國analog device 公司的ad590系列等。雖然這些傳感器被廣泛用于分布式溫度測量，但如果測溫點較多，分布范圍較廣，因而布線變得十分困難；同時，如果測溫點與主機相距較遠, 則傳輸過程中的抗干擾問題也將變得十分突出，需要采用電流環(huán)驅(qū)動等措施，使系統(tǒng)進一步復(fù)雜化，并提高了成本。這些問題使這些半導(dǎo)體溫度傳感器在大規(guī)模分布式溫度測量上的應(yīng)用較為困難。采用近年出現(xiàn)的新型數(shù)字式溫度傳感器成大規(guī)模分布式溫度測量系統(tǒng)，可以

19、解決上述困難，使系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力都大大高于模擬系統(tǒng)，系統(tǒng)配置簡單，維護容易，造價低而且其與單片機連接只占用一個i/o口，無需增加外圍元件。因此，本系統(tǒng)采用了dallas公司生產(chǎn)的ds18b20數(shù)字溫度傳感器（見附錄）。4.1.2 單片機的選取在單片機的選取上，采用atmel公司生產(chǎn)的at89c2051單片機(見附錄)。考慮到at89c系列與mcs51系列單片機相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)程序存儲器采用閃速存儲器，使程序的寫入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片(at89c20511051)，使整個硬件電路的體積更小,再加上它良好的性能價格比，在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、計算機產(chǎn)品

20、、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等應(yīng)用方面成為用戶降低成本的首選器件。4.1.3 繪制電路原理圖進一步學(xué)習(xí)使用protel軟件，按照設(shè)計方案繪制系統(tǒng)電路原理圖。圖4.1電路原理圖4.2 軟件設(shè)計4.2.1 下位機軟件的模塊化設(shè)計a) 方案論證下位機軟件使用匯編語言編寫，使用匯編語言具有編譯效率高、執(zhí)行速度快等優(yōu)點。在下位機程序設(shè)計上，提出了兩個方案：方案一：下位機采用中斷方式。單片機一直在執(zhí)行溫度的測量，采集存儲工作，在這個過程中，如果接到上位機的查詢命令后，就執(zhí)行中斷命令，把溫度值傳給上位機。然后繼續(xù)執(zhí)行剛才未完成的工作。方案二：下位機采用查詢方式。單片機一直在執(zhí)行溫度的測量，采集存儲工作，每執(zhí)行完一次

21、測量采集存儲工作，就查詢一下，看上位機是否發(fā)來查詢命令，若發(fā)來查詢命令，則執(zhí)行發(fā)送命令，把溫度值發(fā)送給上位機，若沒受到上位機的查詢命令，則繼續(xù)執(zhí)行溫度的測量采集存儲工作。比較這兩個方案，第一種方案效率高一次點，它不必在每一次測量、采集、存儲完成后都查詢一下上位機有沒有發(fā)出查詢命令。但是，考慮到在存儲溫度值時只寫入了一個字節(jié)的溫度值，溫度存儲未完成，這時如果上位機發(fā)送查詢命令，執(zhí)行中斷的話，這樣傳給上位機的溫度值就不準確了，況且也不是當前最新的溫度值。方案二，則不同，它在每次測溫、采集、存儲過程完成后，查詢是否有上位機發(fā)來查詢命令如果有，則可以直接把當前的溫度值發(fā)送給上位機，這在傳輸?shù)臏囟戎档臏?/p>

22、確性上和實時性上就比較好。因此最終采用第二個方案。b) 數(shù)字溫度傳感器簡介ds18b20測溫原理斜率累加器預(yù)置計數(shù)比較器高溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器1減到0增加溫度寄存器停止預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器2減到0圖5.2 ds18b20測溫原理圖本系統(tǒng)在溫度采集中使用的ds18b20測溫原理圖如4.2所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量，計數(shù)門的

23、開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中。斜率累加器預(yù)置計數(shù)比較器高溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器1減到0增加溫度寄存器停止預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器2減到0圖4.2 ds18b20測溫原理圖減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的值就是所測溫度值，圖4.2中的斜率累加器用于補償和修正測溫

24、過程中的非線形性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值達到被測溫度值。 ds18b20性能特點1) 具有獨特的單線接口方式，只要求一個端口即可實現(xiàn)通信2) 內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器rom3) 在ds18b20中的每個器件上都有獨一無二的序列號4) 實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫5) 測量溫度范圍在55到125之間，測量分辨率為0.06256) 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇7) 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置，用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限8) 支持多接點 9) 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.05.5v10)負壓

25、特性：電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。ds18b20引腳功能系統(tǒng)所選用的是3腳的pr-35封裝ds18b20數(shù)字溫度傳感器，其引腳功能描述如下表所示：表4.1 ds18b20的引腳功能描述序號名稱引腳功能描述123gnddqvdd接地信號數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源可選擇的vdd引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部有一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eepram，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl。高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配

26、如表4.2所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應(yīng)的溫度計算：當符號位s=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當s=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表2是對應(yīng)的一部分溫度值。第3和第4字節(jié)是th 和tl的拷貝，是易失性的，每次上電復(fù)位時被刷新，第5字節(jié)為配置寄存器，它主要用來確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。低5位一直為1，tm是測試模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式。在出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的

27、精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，默認為12位，即分辨率為0.0625。第6，7，8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1，第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表4.2 ds18b20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位溫度值高位高溫限值th低溫限值tl配置寄存器保留保留保留crc檢驗012345678表4.3 配置存儲器與分辨率關(guān)系r0r1溫度計分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/ms00110101910111293.75187.5375750表4.4 溫度值和數(shù)據(jù)量之間的關(guān)系溫度數(shù)字輸出（二進制輸出）數(shù)字輸出（十六進制）+125+25+0.50-0.5-25-12500000000 1111101000000000

28、 0011001000000000 0000000100000000 0000000011111111 1111111111111111 1100111011111111 1001001000 fah00 32h00 01h00 00hff ffhff cehff 92h溫度算法(分辨率位0.0625): 1)當sssss=11111b ,d=-1;當sssss=00000b,d=1 2)當d=1時，溫度值t=(高字節(jié)256+低字節(jié))0.0625 3)當d=-1時，溫度值t=-(256-高字節(jié))256-低字節(jié)0.0625高8位sssss262524低8位232221202-12-22-32-4

29、溫度值采集過程如圖4.3所示：ds18b20初始化發(fā)跳過rom命令發(fā)ds18b20溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)跳過rom命令ds18b20初始化發(fā)讀取溫度命令圖4.3溫度采集過程結(jié)束 ds18b20的工作時序主要包括：初始化時序、讀時序、寫時序a、初始化時序初始化時序見圖4.4。主機總線在t0時刻發(fā)送一個最短為480s的低電平復(fù)位脈沖信號，接著在t1時刻釋放總線并進入接收狀態(tài)，dsl8b20在檢測到總線的上升沿之后，等待15s60s，接著在t2時刻發(fā)出低脈沖(60s240s)，如圖中虛線所示，18b20響應(yīng)之后又恢復(fù)為高電平，t2t4稱為18b20的響應(yīng)時間，最少為480s。圖4.4初始化時序圖t0t1t2

30、t4t3400s-960s15s-60s480s60s-240sb、寫時序t0t1t1t045s1s15s45s60s60s1s圖4.5寫時序圖 （b）寫1時序圖15s（a）寫0時序圖當主機總線t0時刻從高拉至低電平時，就產(chǎn)生寫時序，見圖4.5，從t0時刻開始15s之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，dsl8b20在t0后15s60s間對總線采樣。若為低電平，寫入的位是0；若為高電平，寫入的位是1。連續(xù)寫2位間的時序應(yīng)大于1s。c、讀時間隙見圖4.6主機總線t0時刻從高拉至低電平時總線只須保持低電平1s之后在t1時刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時序，讀時序在t1時刻后t2時刻前有效。t2距t0為15s，也就是

31、說，t2時刻前主機必須完成讀位，并在t0后的60s120s內(nèi)釋放總線。圖4.6讀時序圖t0t2t360s1st115s主機起作用ds18b2起作用上拉電阻起作用c) 單片機通信模塊單片機通信節(jié)點程序包括初始化部分，主程序部分。初始化部分要完成串行口的初始化，串行口使用工作方式3，波特率通過定時器t1溢出率設(shè)為9600bit/s，允許接收。系統(tǒng)使用晶振頻率為11.0592mhz，因此必須將定時器1的初始值設(shè)置為253。本系統(tǒng)中，串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是采用查詢的方式完成的，因此不需要打開串行口中斷。主程序部分主要是進行溫度的測量，溫度值的采集存儲，并接收上位機的查詢命令，并根據(jù)自身地址相比較，做出

32、是否發(fā)送數(shù)據(jù)。程序中通過mov a ,sbuf來進行接收上位機數(shù)據(jù)，通過mov sbuf,a來向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。各單片機通信采用查詢方式來實現(xiàn)。單片機平時通過溫度傳感器進行溫度數(shù)據(jù)的采集并存儲當前的溫度值，每進行一次采集存儲后，查詢一下看pc機是否發(fā)出呼叫信號，如果查詢到呼叫信號，與本單片機地址進行比較，如果相同，則把溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給pc機；如果呼叫信號與本單片機地址不符，則執(zhí)行溫度數(shù)據(jù)采集存儲。其流程圖如圖4.7：初始化與本機地址相比較是否相同yn發(fā)送溫度數(shù)據(jù)到pc機y發(fā)送完畢n圖4.7單片機通信框架接收pc機發(fā)來信號結(jié)束 d) 下位機系統(tǒng)流程圖：與本機地址比較機開始查詢是否有pc機呼叫初始化

33、把溫度值發(fā)送pc機是否相同發(fā)送完畢存儲到內(nèi)部ram中yyynnn圖4.8系統(tǒng)流程圖ds18b20初始化發(fā)跳過rom命令發(fā)ds18b20溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)跳過rom命令ds18b20初始化發(fā)讀取溫度命令 4.2.2 上位機軟件的模塊化設(shè)計上位機軟件采用visual basic6.0語言編寫。選用vb語言編寫，主要是考慮到它的高效性，簡單易學(xué)及功能強大的特點，它支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計，具有結(jié)構(gòu)話的事件驅(qū)動編程模式，并可以使用無限擴增的控件，而且，可以十分方便的做出良好的人機界面。vb為用戶提供了一個很重要的通信控件，該通信控件通過串行口傳送、接收數(shù)據(jù)，為用戶的應(yīng)用程序提供了串行通信的基礎(chǔ)。系統(tǒng)主窗口監(jiān)

34、控窗口chuangkou溫度查詢幫助退出系統(tǒng)能夠圖4.9 上位機軟件組成圖溫度報表能夠a) 串行通信介紹用visual basic 6.0進行串行通信程序的設(shè)計有兩種方式，一是直接調(diào)用windows api,另一種方式是使用通信組件。在開發(fā)串行通信程序的過程中，利用微軟的mscomm通信控件則相對較簡單，該控件具有豐富的與串行通信密切相關(guān)的屬性及事件，提供了對串口的各種操作。mscomm控件在串口編程時非常方便，程序員不必花時間去了解較為復(fù)雜的api函數(shù)，而且在vb中容易使用。因此，采用第二種方式。mscomm提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅(qū)動方法，一是查詢法。1) 事件驅(qū)動法在使用事

35、件驅(qū)動法設(shè)計程序時，每當有新字符到達或端口狀態(tài)改變，或發(fā)生錯誤時，mscomm控件將觸發(fā)oncomm事件，而應(yīng)用程序在捕獲該事件后，通過檢查mscomm控件的commevent屬性可以獲知所發(fā)生的事件或錯誤，從而采取相應(yīng)的操作。這種方法的優(yōu)點是程序響應(yīng)及時，可靠性高。2) 查詢法查詢法適合于較小的應(yīng)用程序，在這種情況下，每當應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷檢查mscomm控件的commevent屬性，以檢查執(zhí)行結(jié)果或檢查某一事件是否發(fā)生。b) 在串行通信模塊，采用了事件驅(qū)動法來處理通信問題。1) pc機通信pc機的通信功能主要是向各單片機發(fā)送控制命令并接受數(shù)據(jù)。pc機發(fā)送單片機的地址來呼

36、叫單片機，等待單片機發(fā)送采集的溫度數(shù)據(jù)。如果單片機驗證地址正確，則開始向pc機發(fā)送采集過來的溫度數(shù)據(jù)。pc機收到溫度數(shù)據(jù)后，存入數(shù)據(jù)庫，以供查詢。本系統(tǒng)中用到的主要mscomm控件屬性如下：、commport：設(shè)置并返回通信端口代碼。默認值為1，最大值為16，需要使用超過16個通信端口時，要采用其他方式操控通信端口（如pcommpro軟件）。例如將串口2設(shè)為通信端口：mscomm1.commport=2。、setting：設(shè)置初始化參數(shù)。其格式為“*，p，d，s”，其中*為波特率(baud)，p為校驗方式，d為數(shù)據(jù)位數(shù)，s為停止位。默認值為“9600，n，8，1”，意為“串口通信速度為9600

37、baud，無校驗，每次數(shù)據(jù)為8個bit，停止位為1個bit”。波特率可為110，300，600，1200，2400，9600，14400，19200，28800，38400（保留）等等。校驗位默認為none（無校驗），若傳輸距離長，可增加校驗位，可選m為符號校驗，e為偶校驗，o為奇校驗，s為空白校驗。停止位的設(shè)定值可為：1（默認值），1.5，2。此處的設(shè)置要和單片機側(cè)的設(shè)置保持一致，否則不能實現(xiàn)正常的通信。例如我們采用的初始化參數(shù)為“2400，n，8，1”，則單片機側(cè)的設(shè)置相應(yīng)項為：定時器1的初值為e6并且smod（串行口波特率加倍位）為1（對應(yīng)2400bit），串口控制寄存器scon為40（

38、10位異步收發(fā)，對應(yīng)8bit數(shù)據(jù)位，1bit停止位）。、portopen：設(shè)置或返回通信端口狀態(tài)。、input：從緩沖區(qū)返回并刪除字符。將串行輸入寄存器的數(shù)據(jù)讀出，并清除寄存器中已讀取的數(shù)據(jù)。寄存器的特性是fifo（first in first out，先進先出）。例如：bufin=mscomm1.input，是將輸入寄存器中的字符讀入bufin字符變量中。、inputlen：設(shè)置并返回input屬性每次從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)。默認值為0，表示讀取全部字符。本系統(tǒng)inputlen=2，即一次讀取兩個字節(jié)。、rthreshold：設(shè)置或返回引發(fā)接收事件的字節(jié)數(shù)。當接收寄存器達到設(shè)置的字節(jié)數(shù)時，

39、將引發(fā)oncomm事件中的接收事件。、commevent：返回最近的通信事件或錯誤。只要有通信事件或錯誤發(fā)生就會產(chǎn)生oncomm事件。commevent屬性中存有該事件或錯誤的數(shù)值代碼。程序員可通過檢測數(shù)值代碼來進行相應(yīng)的處理。、inputmode：設(shè)置或返回input屬性取回的數(shù)據(jù)的類型。有兩個形式，設(shè)為cominputmodetext（默認值）時，按字符串形式接收；設(shè)為cominputmodebinary時，當作字節(jié)數(shù)組中的二進制數(shù)據(jù)來接收。單片機和pc機的通信一般使用cominputmodebinary形式，本系統(tǒng)采用字節(jié)接收方式流程圖如圖4.10：發(fā)送地址接受溫度數(shù)據(jù)y傳送結(jié)束n圖4.

40、10 pc機通信軟件框圖結(jié)束開始2) 系統(tǒng)主窗體模塊其界面如圖4.11：圖4.11 系統(tǒng)主窗體界面圖3) 溫度監(jiān)控模塊溫度監(jiān)控模塊是在串行通信的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)上位機對下位機的測溫點進行監(jiān)控，并及時的把溫度值送到上位機，并把收到的數(shù)據(jù)顯示出來。 圖4.12溫度監(jiān)控界面其界面如圖4.124) 溫度查詢模塊 通過選擇測溫點來查詢所要查看的溫度值，并顯示出來。其界面如圖4.13所示：圖4.13溫度查詢界面5) 數(shù)據(jù)庫設(shè)計由于本系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)量不是很大，因此采用小型的access 數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的名稱為wd.mdb，數(shù)據(jù)庫wd.mdb中有一個表record來記錄上位機所接收到的溫度值，以供用戶查詢。結(jié)構(gòu)見

41、表4.4所示：表4.4 record設(shè)計表字段名稱數(shù)據(jù)類型字段大小編號測溫點溫度值時間自動編號數(shù)字數(shù)字日期/時間長整型長整型雙精度圖4.14 數(shù)據(jù)庫record表4.3 單片機外圍電路4.3.1 時鐘電路單片機的時鐘電路是一種典型電路，cpu的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種。內(nèi)部時鐘晶振頻率一般選擇在1.2mhz12mhz之間，典型值為12mhz或者11.0592mhz。c1、c2是反饋電容，可以幫助起振，其值在5pf30pf之間選取，典型值為30pf。如果單片機的時鐘必須使用某一個外接始終信號，就不用外接晶振，由于此時的外接晶振引腳上沒有晶振信號輸入，內(nèi)部

42、的始終電路將停振。這種方式稱為外部時鐘方式。時鐘電路設(shè)計本電路選用的電容為30pf，晶振頻率為11.0592mhz。這樣就確定了單片機的4個周期分別是：振蕩周期1/11.0592s機器周期（sm）12/11.0592s指令周期12/11.05924*12/11.0592s電路設(shè)計原理圖如圖4.15所示圖4.15 時鐘電路原理圖xtal1和xtal2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端口用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。石英晶振用來連接芯片片內(nèi)osc的定時反饋回路，石英晶振起振后要能在x

43、tal2線上輸出一個3v左右的正弦波，以便使芯片片內(nèi)的osc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，osc的輸出時鐘頻率fosc為0.5mhz-16mhz，典型值為12mhz或者11.0592mhz。電容值為30pf c1和c2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fosc的目的。4.3.2 復(fù)位電路單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器cpu以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復(fù)位后是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響

44、到整個系統(tǒng)工作的可靠性。復(fù)位電路通常分為手動復(fù)位與上電復(fù)位。采用上電復(fù)位時，電容兩端相當于是短路，于是rst引腳上為高電平，然后眼電源通過電阻對電容充電，rst端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機開始工作。而手動復(fù)位在電路中設(shè)計按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機的復(fù)位。5 系統(tǒng)調(diào)試與測試5.1 電路部分測試在按照電路圖焊制好電路板后,對電路板的各個焊點，進行了檢查，檢查出幾個焊點虛焊，并及時的加焊。電路板插上芯片后，使用萬用表進行測量，沒有發(fā)現(xiàn)短路，短接的情況發(fā)生。5.2 下位機軟件調(diào)試與測試 學(xué)習(xí)aedk仿真機以及l(fā)ca51仿真軟件的使用和調(diào)試，來進行下位機程序的運行

45、和調(diào)試。5.2.1 下位機通信模塊的調(diào)試寫好串行通信程序后，使用仿真軟件lca51進行多次編譯調(diào)試，沒有錯誤后，使用仿真機進行了測試。在測試前，確保所用器件連接正確，因為上位機軟件還編寫，所以下位機通信模塊測試，使用仿真機同串行測試軟件comtest進行測試。在測試下位機與串行測試軟件通信是要注意下位機所選的波特率要與測試軟件所選的波特率相一致，否則會出現(xiàn)錯誤，無法正常通信。通過測試程序來測試下位機可以同上位機的測試軟件正常通信。5.2.2 下位機溫度測量采集模塊的調(diào)試在下位可以正常通信的基礎(chǔ)上，對單片機的溫度采集傳輸模塊進行了調(diào)試。在調(diào)試過程中，pc機上的串行測試軟件在發(fā)出查詢溫度命令后，接

46、收到單片機發(fā)來的溫度值是十六進制數(shù)，需要通過溫度計算公式計算方可以得出十進制溫度數(shù)據(jù)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，在設(shè)置時延長短的不同可以影響到測量溫度的范圍和精度。5.3 上位機軟件調(diào)試與測試5.3.1 上位機通信模塊的調(diào)試在進行pc機串行通信的調(diào)試中，把計算機的兩個com口com1和com2用一根rs總線連接起來，用來測試所編寫的上位機程序同串行測試軟件通過com口是否可以通信。要進行串行通信首先要打開com口，由于程序在編寫時所編寫打開串口程序沒有執(zhí)行，并沒有打開串口，所以調(diào)試了很長時間，總是不能通信，后來通過測試軟件才發(fā)現(xiàn)是由于串口沒打開。如果串口打開的話，打開同一個串口，就會彈出提示信息窗口“該串口

47、已被占用！”。但是測試軟件打開同一串口時并沒彈出提示信息窗口。這才找出com無法通信的真正原因。重新修改了程序后，才實現(xiàn)了串行口的正常通信。另外，上位機的波特率也要同下位機相同否則也無法進行通信。5.3.2 上位機測溫模塊的調(diào)試由于上位機的串行口通信調(diào)試成功，下位機程序調(diào)試得差不多了，除了有一點誤差。這樣上位機的測溫模塊的調(diào)試變得不是很難，只要上位機發(fā)送一個命令給下位機，下位機在接受道命令后同自己的地址相比較，如果相同，便會把溫度值發(fā)送給上位機，上位機只要負責(zé)接收并顯示出溫度值就可以。這里要注意的是對接收到的溫度值是兩個字節(jié)，分高8位和低8位，因此要使用數(shù)組來表示，同時要通過專門的計算公式把收

48、到的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)顯示出來。5.3.3 上位機數(shù)據(jù)庫接的測試要保存溫度，首先要同數(shù)據(jù)庫建立連接，使用下列語句實現(xiàn)同access數(shù)據(jù)庫的連接，保存顯示的溫度值。dim con as new adodb.connectiondim myrs as new adodb.recordsetwith con.connection=”provider=microsoft.jet.oledb.4.0;datasource=wd.mdb;persist security info=false”.openend with一開始使用adodc控件來連接數(shù)據(jù)庫和存儲數(shù)據(jù)，但是由于每換一臺電腦，或是把數(shù)據(jù)庫

49、文件更換一下位置，就會使數(shù)據(jù)存儲的路徑不對，都需要重新建立odbc數(shù)據(jù)源和重新選擇數(shù)據(jù)庫的路徑，這樣給使用帶來了極大不便，最后設(shè)置連接數(shù)據(jù)庫的路徑為相對路徑來實現(xiàn)。5.3.4 上位機溫度查詢模塊的測試溫度值查詢模塊借助于adodc控件來查詢，借助于datagrid控件來顯示。通過選擇測溫點來查詢溫度值，測試界面如圖5.1：圖5.1溫度查詢顯示測試通過測試，可以正常的從數(shù)據(jù)庫中查詢相應(yīng)測溫點的溫度值。5.3.5 系統(tǒng)在測試過程中出現(xiàn)的提示信息圖 5.2串口打開成功提示1) 運行上位機軟件在主界面選擇“溫度監(jiān)控”菜單，彈出“溫度監(jiān)控窗口，在選擇串口的下拉菜單中選擇串口號 ，然后點擊“打開”按鈕，就

50、會彈出信息提示窗口圖5.2所示：2) 點擊“關(guān)閉”按鈕就會彈出圖5.3所示信息提示窗口圖5.3串口關(guān)閉提示圖5.4未選擇串口提示3) 在未選擇串口的情況下，點擊“打開”按鈕，會彈出圖5.4所示提示信息窗口4) 若選擇的串口已被其他設(shè)備占用則彈出圖5.5所示提示信息窗口圖5.5串口已占用提示5) 若在未打開串口的情況下，點擊“測溫”按鈕，會彈出圖5.6所提示信息窗口 圖5.6未打開串口提示6) 在顯示溫度值的窗口為空時，點擊“保存”按鈕會彈出圖5.7提示信息窗口圖5.7 保存數(shù)據(jù)不為空提示7) 在點擊主界面上的“溫度數(shù)據(jù)查詢”菜單時彈出查詢窗口，在未選擇要查詢點時點擊“查詢”按鈕，會彈出圖5.8

51、所示提示信息窗口圖5.8未選擇查詢點的提示8) 若選擇的測溫點在數(shù)據(jù)庫中無數(shù)據(jù)，則會彈出圖5.9所示信息提示窗口圖5.9無溫度記錄提示9) 若在選擇串口后，點擊“打開”按鈕，沒有彈出“串口打開成功！”，則表明串口未打開，則重新選擇串口號。5.4 系統(tǒng)整體測試把兩個測溫點都掛在rs485總線上進行測試，來測試其網(wǎng)絡(luò)通信是否成功，經(jīng)過測試，可以正常的通信，并能夠達到對溫度監(jiān)控的目的。由于條件的限制，無法進行長距離的測量。系統(tǒng)在整體測試時由于電路板反面的銅絲留得過長，導(dǎo)致電源短路燒壞仿真器電源，由于測試前沒有仔細檢查造成的事故。這給我深深上了一課，讓我在做學(xué)問的態(tài)度上有了更深刻地認識。以后不管做什么

52、事情，容不得半點馬虎。在溫度測量測試中，由于無法提供零下溫度，所以只測量了零度以上的溫度，從25120的范圍測量數(shù)據(jù)如圖5.10所示。但是通過模擬發(fā)送零下溫度值所對應(yīng)的十六進制數(shù)，通過上位機的溫度計算機程序可以得出正確的零下的溫度值。由于測量工具的有限，和缺少測量環(huán)境等原因僅對以下的一些溫度值進行了粗略的測量，對誤差進行了簡單的分析?？偟膩碚f誤差不是很大，在1以內(nèi)。表5.1 自來水水溫測量對比水溫溫度傳感器溫度計123456789102626.062526.06252626.062526.02526.062526.062526.112526.1525.525.325.225.425.525.525.325.425.525.25溫度傳感器測量自來水水溫的平均值為26.06，溫度計測量自來水水溫的平均值為25.385，兩者之間的測量誤差為0.6。在測量過程中，水溫受室溫的影響，因此和下面測量的室溫差距不大，可以看出在測量的過程中，水溫有隨著室溫增高的趨勢，這也會帶來測量的誤差。表5.2 室溫測量對比室溫溫度傳感器溫度計1234567891026.2526.187526.187526.312526.37526.312526.37526.437526.526.437525.525.625.72626.126.12