基于单片机温度采集与控制系统设计_开题报告

（一）研究背景及意义

温度在我们的生活环境中随处可见，和我们有着密切的关系，无论是科学研究还是日常生活，温度都是需要被控制的物理量。温度传感器作为新的感应、采集、转换温度的器件，作用越来越大，已经成为自动化检测控制系统中不可或缺的工具，它的用途也比较广泛，遍及工农业和日常生活。

现在我国国内也出现把微机作为核心的温度控制系统。这种系统具有很多优点，比如精度高、可重复使用、自动化程度高。微机技术为核心的可编程数据采集仅需要数据采集卡就可以工作，但不影响单片机为核心的系统。

在数据采集卡成本和功能的限制的比较下，单片机拥有多功能、准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和降温设备，更好的应用到实际生活中。

单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。所以研究单片机对各行业的温度采集系统尤其的重要，并且在无线传输的基础上，突出了对于温度的采集的优越性和方便性。

在现实生活中，这种温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种温度采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。因此，对于如何利用无线通信技术进行数据采集，尤其是如何提高无线数据采集的精度等课题的研究就变得非常的有意义。

（二）国内外发展状况

1.无线温度采集系统的发展

温度传感器对温度的测量起着非常重要的作用，作为信息技术比较前沿的产品，特别是温度传感器技术已经慢慢得到大部分群众的认可。在我国，温度传感器跨应用区域大。现在使用的温度传感器可以适用很多型号的单片机，优点是可以输出温度数据和有关的温度控制量。现在人们对传感器的要求也越来越高，目前正向着虚拟和网络传感器的开发、单片温度测量系统的开发和等高科技方向发展。

国内外温度采集系统采用有线通信，缺点是应用空间有限。就目前的技术而言，采用有线温度传感器和规模最大的控制系统，虽然有线温度传感器达到了理想的效果。从一定程度上看，因为线路复杂，短路和断路存在安全隐患，增加了系统调试的难度，也更难维护。无线温度数据采集与控制在现代计算机技术的发展下越来越好，更体现在许多方面的不可或缺性。

最近几年来，温度检测不管是在理论上还是在实际应用中，怎么保证温度实时采集，保证数据传输正确，仍然存在问题。温度主要氛围测量和温控两大部分，原先开发郭接触式温度测量，优点是简单可靠、成本低，但不能测热容量小以及运动的物体。后来开发了非接触式温度测量，恰恰可以测量运动及热容量小的物体。在实际测温中，我们需要根据被测对象的不同，选用合适的测温方法啊。

人民的生活与环境温度密不可分，在工业中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量。测量温度的关键是温度传感器，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用非常广泛。温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。现在的智能传感器（亦称数字温度传感器）是在

20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术，计算机技术和自动测试技术的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化，网络化的方向飞速发展，并朝着高精度，多功能，总线标准化，高可靠性及安全性，开发虚拟传感器和网络传感器，研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

无线温度采集的原理是指温度传感器将被测点的温度采集后输出的模拟信号逐步送往信号放大电路、低通滤波器以及A/D转换器（即信号调理电路），然后在单片机的控制下将A/D转换器输出的数字信号传送到无线收发芯片中，并通过芯片的调制处理后由芯片内部的天线发送到上位机，在上位机模块中，发送来的数据由单片机控制的无线收发芯片接收并解调，最后通过接口芯片发送到PC机中进行显示和处理。 

20世纪90年代美国五角大楼提出了“智能尘埃”的设计思想，目的是在战场上抛洒数千个微小的具有无线通信功能的传感器模块，用于监控敌人的活动情况。“智能尘埃”对相关原始数据进行过滤，通过自组织的无线传感网络把重要的信息发送给指挥部。2006年Dust Networks公司在Electronica大会上发布了世界上首个无线传感器网络系统级芯片（SoC）。Dust Networks在这张名为“智能尘埃”的芯片上集成了构建分配式传感器网络所需的所有硬件和软件功能。经过近几年的发展，这种芯片体积越来越小，功能越来越完备，在天气预报、环境监测以及军事领域的应用前景十分广泛。这种“智能尘埃”就是一种典型的传感器网络。

2.单片机在温度采集系统中的存在问题

在我们国内很多温度采集系统都利用有线通信。因此，在实际应用空间上具有局限性。另外，温度采集系统多采用热电偶，热敏电阻，铂电阻和集成电路作为温度传感器，这些传感器的输出信号均为模拟信号，需经过放大电路和A/D转换后才能与计算机连接，且系统结构复杂。

DS18B2内部结构，内含有两个温度系数振荡器：低温度系数振荡器用于产生时钟周期脉冲，而高温度系数振荡器决定门开通期。在未达到设置高温前，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，内部计数器通过对时钟脉冲计数测量当前温度，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。

因此，通过以上的各种因素的研究，检查，分析无线温度采集系统的设计方案，决定用AT89S51单片机作为控制核心，提出以DS18B20的单总线分布式温度采集与控制系统。多个温度传感节点通过单总线与单片机相连形成分布式系统。控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化，并在LCD1602上循环显示各节点温度的变化。通过串口将检测到的温度信息回馈到上位机（PC机），从而远程实现对整个系统的检测。

二、^范文提纲

第1章引言

第2章本系统的总体设计

2.1 本系统的构成与设计目标

2.2 本系统的工作原理

2.3 本系统的性能设计指标

第3章系统的硬件设计

3.1 系统单片机STC89C52

3.2 温度传感器 DS18B20

3.3 时钟电路模块DS1302

3.4 数据显示模块

3.5 键盘与单片机的接口电路

3.6 继电器连接单片机

第4章系统的软件设计

4.1 软件设计思想

4.2软件程序流程设计

4.3 程序设计软件介绍

第5章实验仿真与调试

5.1 实验仿真工具Protues

5.2 开发板调试

第6章总结与展望

三、参考文献

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