多点无线测温系统设计开题报告.doc

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1、沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）开题报告 毕业设计题目：多点无线测温系统设计 学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 电子信息工程0801班 学生姓名： 付 平 指导教师： 桂 珺 2010 年 3 月 15日一、 课题研究的目的和意义 随着现代化信息技术的飞速发展，能独立工作 的温度检测系统已广泛应用与诸多的领域。温度是实际应用中使用最多的参数 ，温度检测被广泛用于工农业生产 、科学研究和人们的日常生活等领域 。像仓库、农田、塑料大棚以及其他生产过程，湿度过大会引起霉变和质变；温度变化会影响品质；又如精密仪器、半导体器件，温度过高也会导致性能降低，此外，人们的生活质量的提高，对室内的环境

2、温度的要求也需要对温度的实时监控，足以可见，温度的测量范围是非常广泛的。然而，传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，但热敏电阻可靠性差、测量温度准确率低，且必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能进行处理。 DS18B20 是 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，特别适合于构成温度检测系统，可直接将温度转化成串行数字信号进行处理。从 DS18B20读出或写入信息仅需要一根端口线。该总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需外接电源即可方便地构成温度检测系统。本次设计的目的就是应用DS18B20这一优点的数字温度传感器来设

3、计一个多点无线测温系统应用于各个方面的温度监控。 二、课题研究的主要任务和预期目标2.1主要任务及要求主要任务：（1）掌握数字温度传感器DS18B20的原理、性能、使用特点和方法，利用C51对系统进行编程。（2）本课题综合了现代测控、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识，要能够联系综合各个领域的知识来融会贯通。要求：研究本课题，使研究的学生更好地掌握基于单片机应用的分析与设计方案，培养创新意识、自主自立精神和理论联系实际的应用，提高对电子产品研发素质。2. 2 预期目标（1） 在广泛查阅温度检测控制理论和方法、测温技术和温度控制技术、无线通信技术等技术的资料，得到开阔自己的视野，根据自己

4、的要求，完成多点无线测温系统的设计。（2） 主要采用C语言完成单片机寄存器初始化 、DS18B20 复位、写入上下限温度值、设置转换精度 、调用读温度子程序 、 调用数据处理子程序 、 调用显示子程序以及主循环结构程序等 。 （3） 实现多点无线温度系统的设计，研究透彻这个系统，达到真正的学以致用。三、设计方案3.1设计思想 传感器属于信息科技技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器 被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域。温度监控在我们的生活中拥有这么重要的作用，因此值得我们分析和学习研究这方面的技术，以此作为指导思想，设计出一款采用高度集成的射频芯片 ，大大简化系统的硬件和软件设计减小了体

5、积提高了系统工作的可靠性 ，并以无线数字通讯为纽带 ，方便了在恶劣环境下的温度采集的方案就是本次设计的最高思想。3.2 方案论证1）传感器部分方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。方案二：采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590,LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案三：采用数字温度传感器DS18B

6、20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89S52构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于AT89S52可以带多个DSB1820，因此可以非常容易实现多点测量。轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体

7、电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。2） 主控部分方案一：采用AT89S52八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编

8、程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。方案二：使用MSP430作控制器，德州仪器 (TI) 的超低功率16位RISC 混合信号处理器MSP430产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。作为混合信号和数字技术的领导者，TI创新生产的MSP430，使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。但在温度采集和实施控制这个重要的场合低功耗相对来说显得就不是那么重要了，而应该考虑它的稳定性、准确性，同时对比AT89S52能够在性能和资源都可以到达一个最佳的状态，可以避免用MSP430的不必要的资源浪费。综上，我们传感器采用方案三，控制器采用方案一。 3.3设

9、计方案系统按功能分为以下两个 部分：一是无线数据采集部分，包括温度数据的采集模块（DS18B20）、温度数据处理模块（单片机）、独立式按键模块、数据发送模块（SRWF-1021-50）；二是无线温度显示及报警部分，包括数据接收模块（SRWF-1021-50）、温度数据处理模块（单片机）、独立按键部分、ROM存储部分、LED温度显示部分以及报警部分。两者通过无线数传模块联系。（设计如下图）系统的具体运行过程：无线采集部分，由多个温度传感器（DS18B20）对环境温度信号采集，由I/O接口直接传给单片机，单片机接收到数字信号转变成对应的数值，由按键开启无线数传模块，并且按一定的通信协议格式进行数据

10、打包，打包后的数据写入无线通讯模块的发送缓冲区，由无线接收模块经天线完成数据的传输，测得的温度数据经过单片机分析处理之后存入EPROM并送LED实时显示同时送警报系统验证。测量电路采用无线通信模块SRWF-1021-50、低功耗高性能单片机以及单总线数字式测温器件DS18B20等硬件设备，实现温度的实测显示、保存、统计、远程监控和报警等功能。一线式数字温度传感器的采用能降低布线成本、易于维护、降低硬件系统的复杂性。图1. 系统总结构框图3.4系统硬件介绍 1）温度传感器选型 DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。主要技术特性如下：温度测量范围为-5

11、5+125，9 位12 位A/D 转换精度，测温分辨率可达0.0625；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，以上特点使得DS18B20 非常适合用于精确测温场合。DS18B20 采用16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供测量的温度值，并按照0.0625/LSB形式表达，其中S 为符号位。例如：+25.0625的数字输出为0191H，25.0625的数字输出为FF6FH 。 2） 单片机系统采用单片机 A T89C52 来完成温度传感器信号的采集。AT8952是美国ATM公

12、司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含有8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度 、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多复杂控制应用场合。3） 无线模块SRWF-1021-50系列无线数传模块为通用透明传输模块，能适应任何标准或非标准的用户协议：微功率发射，最大发射功率17dBm，载波433MHz。高抗干扰能力和低误码率：基于GFSK/FSK的调制方式，采用高

13、效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。四. 软件设计4.1 整体概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。4.2 软件设计流程图 图2. 发射流程图 图3. 接收流程图4.3温

14、度传感器多点数据采集DS18B20 可设定912 位的分辨率，本系统采用12位分辨率，转换精度为0.0625，转换温度信号所需最长时间为750ms。温度数据由2 字节组成，以符号扩展的二进制补码形式存储，最低4 位是小数部分，中间7 位是整数部分, 1 位符号位。DS18B20 内部RAM 由9 个字节的高速缓存器和E2PROM 组成，前2 个字节即为温度数据。通过复位指令、ROM 和RAM 功能命令，即可完成对指定DS18B20温度数据的采集和读取。在一线制总线上串接多个DS18B20 器件时，需要先发送跳过ROM 指令，将所有传感器都进行一次温度转换，之后通过匹配ROM依次读取每个传感器的

15、温度数据，实现对单I/O 口上的多个DS18B20 器件的操作10。在系统安装及工作之前应将主机逐个与DS1820挂接，以读出其序列号。其工作过程为：主机发出一个脉冲，待“0”电平大于480s后，复位DS1820，在DS1820所发响应脉冲由主机接收后，主机再发读ROM命令代码33H，然后发一个脉冲(15s)，并接着读取DS1820序列号的一位。用同样方法读取序列号的56位。另外，由于DS1820单线通信功能是分时完成的，遵循严格的时隙概念，系统对DS1820和各种操作必须按协议进行，即：初始化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。五、课题进度安排第 1周: 查

16、找资料，了解课题第 2周: 查找器件资料，深入研究课题第 3周: 查找外文资料完成外文翻译第 4周: 进行概念设计，完成开题报告第 5周:进行详细报告设计第 6周:绘制原理图，完成最小系统模块第 7周:绘制原理图完成数据采集模块第 8周:绘制原理图完成显示模块第 9周:研究软件功能学习C/OSII第10周:制定任务转换方式和任务功能第11周:完成测量和采集任务第12周:完成显示任务第13周:调试程序第14周:修改程序和测试功能第15周:撰写论文第16周:准备答辩参考文献：1潘勇，孟庆斌. 基于DS18B20 的多点温度测量系统设计.传感器技术，2008(9). 2张维君，王珠忠，索世文. 基于

17、PC 机串口与DS18B20 的单线多点温度测量.仪表技术与传感器，2009(4). 3郭刚，李思敏. 基于nRF24E1 开发的短距离无线数据传输系统.桂林电子工业学院学报，2004，24 (3). 4胡汉才. 单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社, 2004. 5BARWELL F, BLAIR R. VB.NET 高级编程.康博，译.北京：清华大学出版社，2002. 6张维君，王珠忠，索世文.基于PC机串口与DS18B20的单线多点温度测量J.仪表技术与传感器.2009，（4）：52-53.7李建兰，邵建龙，吕英英，罗景文.基于STC12C系列单片机的DS18B20编程J.理论与

18、方法.2009，28（1）：23-25.8何立民.单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2000年12版.9胡汉才.单片机原理及系统设计M.北京：清华大学出版社，1996年7月第一版10张洪润等编著.单片机应用设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006年7月第一版.11郑长征，毛哲，谢兆鸿.多个DS12B20在粮库测温系统中的应用J.自动化技术与应用，2006年2月5日12黄智伟，无线数字温度传感器的设计J.传感器技术，2002，21（9）：31-3313 单线数字温度传感器资料，武汉力源电子有限公司，1996.3，P25-P2914 伟 正：单线数字温度传感器的原理与应用，

19、电子技术应用，2000.6，P23-P3115DallaslCorpl.DS18B20IProgramable Resolution ONE-wine DIgital ThernsoterZ.2000指导教师评语： 指导教师签字：年 月 日四 系统软件设计4.1 温度模块程序设计 温度模块程序主要包括主程序 ，读出温度子程序 ，温度转换命令子程序 ，计算温度子程序 ，显示数据刷新子程序等 。4.2 DS18B20 主程序 主程序主要完成单片机寄存器初始化 、DS18B20 复位 、写入上下限温度值 、设置转换精度 、调用读温度子程序 、调用数据处理子程序 、 调用显示子程序以及主循环结构程序 。在循环体内 ，每个 1s 中读取DS18B20 寄存器内温度数据 ，并刷新显示 。程序框图如图4所示。