太原理工大学现代科技学院信息系

本科毕业论文（设计）开题报告

1.选题意义

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。

    当前控制系统的发展，与微型计算机技术的进步密不可分。目前，已有各种各样的微型机控制系统在各行各业中广泛应用，按被控对象的规模来分，主要有以下几种。1.单片微机控制；2.可编程逻辑控制；3.STD总线工业控制；4.工业PC机控制。其中单片机控制系统的应用最为广泛，其最大的特点是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便、更加灵活，并且成本低。除此之外其集成度高、功能强；结构合理；抗干扰能力强；指令丰富等特点也备受人们青睐。

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，采用新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单，可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。

本课题研究的重要意义在于生产过程中随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数，就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是数字温度传感器技术，在我国各领域已经应用的非常广泛可以说是渗透到社会的每一个领域，与人民的生活和环境的温度息息相关。

2.国内外研究现状概述

温度传感器技术的国内外研究动态

 一、热敏电阻

以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，在多项温度测量应用中受到广泛欢迎，也是国内粮情测控系统中采用最多的温度传感器。热敏电阻的电阻温度系数较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻。

 二、光纤传感器

光纤温度传感器是近几年发展的新技术，也是工业中用的最多的光纤传感器之一。目前研究的光纤温度传感器主要有辐射式温度传感器、半导体吸收式温度传感器、光纤热色传感器等。光纤温度传感器的精度更高，但成本较贵。

三、数字式温度传感器

 数字式温度传感器的种类也不少，但用于粮情测控系统的温度传感器主要是 Dallas 的 DS18x20 系列温度传感器，其温度检测范围为55℃~+125℃，检测精度为士 0.5 ℃。DS18x20 采用 1-WireTM 接口，封装形式有 PR-35 和 SSOP-16 两种，粮情测控系统中采用的是 PR-35 封装。DS18x20 采用 9 个位表示测温点的温度值，每个 DS 18x20 内部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个 DS18x20 共存于同一根数据传输线上.DS18x20 内部分为 4 个部分：1、64 位序列号；2、保存临时数据的 8 字节片内 RAM；3、保存永久数据的 2 字节 EEPROM； 4、温度传感器。

这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据 信号转换芯片、计算机接口芯片，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路 AD 转换、温度补偿等功能。 由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。 目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模 块、中继器、接插器、分线器等，技术也比较成熟。

随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，人们在温度检测的准确度、便捷、快速等方面有着越来越高的要求，新型智能温度检测系统代替传统的温度检测系统是必然趋势。

本课题就可利用低成本的 AT89S52 单片机和 DS18B20 单线数字式温度传感器设计出一个简单实用的数字式温度监控系统，可广泛的应用于家庭、蔬菜大棚、冰箱、空调、仓库等场合。基本设想的要求是：系统测温范围在-55℃ —125℃之间，可显示当前的温度值，拥有声光报警的功能，另外还可与上位机相互通讯、相互控制。该系统可在现场和上位机上进行温度上限及下限报警值的设置，并通过上位机来保存温度曲线，可随时调档查看其变化情况。

 该系统是基于计算机控制的理论原理，利用现代化检测技术来实现数字式温度监控，具有数字化程度高、精度高、适应性强等特点，在多种温度检测中将具有广阔的应用前景。

3.主要研究内容

1.研究（设计）内容

传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，本文介绍了一种基于DS18B20的数字温度计设计方案。本方案利用AT89S52单片机控制DS18B20进行数据采集并并通过NRF905将数据远程传输至PC机（上位机），另外，采集结果可在PC机上实现显示、预警、远程控制等功能。其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。

2.拟达到目标

能够在模拟系统中实现现场温度的数据采集、处理、远程传输至PC机（上位机），PC机对接受的数据进行显示、预警、远程控制等处理。并将模拟系统在Proteus平台上进行仿真。

3.元件的选用

数字式温度传感器DS18B20，主控制器AT89S52，无线传感器NRF905，PC机。

4.毕业设计（论文）主要工作内容

1．熟悉温度监控系统的工作原理及测控要求

2．查阅资料：阅读相关的中英文献

3．根据测控要求，设计出符合测控要求的测控系统

4．绘制出测控系统的原理图

5．完成主要元器件的选型或参数计算

6．完成控制软件的编制

7．写出符合要求的毕业论文

4.拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）

通过调查法，实证研究法，实验研究法等方法进行研究和设计功能的实现。

步骤及措施：首先按照设计要求拟定出系统方案，根据课题，由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应进行A/D转换后在单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，但如用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。所以用温度传感器（定为用温度传感器DS18B20）可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

系统最终方案选定后，要开始着手整体电路设计，系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等。通过搜集所需的资料和数据来对电路进行设计。

然后进入单片机软件程序的设计，系统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。通过搜集所需的资料来对程序进行设计。

最后，进行硬件的调试看所做的设计能否实现预期的功能。记录下实验数据和结果，对不完善的地方进行修改和重复实验，完善设计的功能。

主要电路的设计：

  

由原理图可以看出系统由现场、远程无线通讯、终端三部分组成，其中无线通讯模块用于衔接现场和终端两个模块。

因此设计工作主要包括三个部分：

1.现场部分

画出以数字式温度传感器DS18B20，主控制器AT89S52，无线传感器NRF905为主要元件组成的现场检测部分的电路原理图。编写控制程序，并进行仿真，拟定使用Proteus软件进行仿真。

2.无线通讯部分

由于该部分起衔接作用，其硬件分属其他两个部分，因此该部分无电路设计和软件编写。而且目前尚未发现可对其进行仿真的软件，因此拟定解决方案为以下两种，

(1).利用Proteus软件自己制作、封装该通讯模块NRF905的元件模型，然后进行仿真。该方案难度较大。

(2).用假设法直接略去该部分，即假设现场部分发送出了某一数据xxx, 且终端部分准确的接收到了这一数据xxx，然后直接使用数据xxx进行下面的仿真。略去了中间的无线传输部分。

   3.终端部分

该部分的主要作用对接受的数据进行显示、预警、远程控制等处理。因此拟定使用组态软件MCGS进行仿真。

5.研究工作安排及进度

6.参考文献

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