基于51单片机的温度数据采集传输系统的设计_毕业设计.doc
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中国石油大学（华东）现代远程教育
毕业设计（论文）
题目：
智能温度数据采集系统的设
计
学习中心：
重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心
年级专业：
0409级电气工程及其自动化
中国石油大学（华东）远程与继续教育学院
论文完成时间：
年月日
中国石油大学（华东）现代远程教育
毕业设计（论文）任务书
发给学员徐伟平
1．设计（论文）题目：
智能温度数据采集系统的设计
2．学生完成设计（论文）期限：
年月日至年月日
3．设计（论文）课题要求：
传感器理论单片机实际应用有机结合，由A/D转换模块，输出控制模块，数据传输模块，温度显示模块和温度调节驱动电路等多部分组成。
4．实验（上机、调研）部分要求内容：
利用课余时间里，将所学的知识并利用电路设计软件，去设计图形，掌握了传感器的基本理论知识，更深入的掌握单片机的开发应用和PC编程控制。
用wordxp排版论文版面和图象处理软件加工文中图表，用软件去模拟电路，实现整个过程。
5．文献查阅要求：
充分利用课余时间到图书馆以及网络去查阅相关资料，上网查寻与本论题相关的先进的一些资料,熟悉RS-232-C串口编程的技术，考究调整电路的实现过程以及怎么样通过单片机来间接的控制。
6．发出日期：
年月日
7．学员完成日期：
年月日
指导教师签名：
学生签名：
摘要
本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度数据采集监控系统。
文中传感器理论单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。
数据采集系统正由传统的顺序控制采集系统进入到过程控制数据采集系统，这种采集系统由硬件和软件两部分构成，它的采集数据存放在存储器中，根据各种不同的数据采集任务，通过编程改变系统的路数、采样率和信号帧格式等性能，以满足各种采集任务的需要。
在过程控制数据采集系统中，通常可以改变的系统参数有：
采集点；采样率；数据字长；增益；帧格式。
该系统可以具有多个远程控制采集单元，采用分散远置的方法，将各个远控采集单元放置在各个被采集部位。
本设计应用性比较强，设计系统可以作为生物培养液温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。
课题主要任务是完成环境温度数据检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。
设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。
关键词：
数据采集单片机温度
44
目录
摘要 I
目录 II
第1章前言 1
1.1背景和意义 1
1.2目的和内容 1
1.3发展前景 2
1.4设计思想 2
第2章设计要求 4
2.1控制要求 4
2.2受控对象的数学模型 4
第3章系统的硬件配置 5
3.1单片机和系统总线 5
3.2硬件介绍 5
3.2.1温度传感器 5
3.2.2核心处理单元MicroChipPIC16F877A单片机 6
3.2.3RS-232-C接口电路 8
3.2.4继电器 9
3.2.5半导体降温片及电阻加热丝 10
3.3温度控制系统的组成框图 11
3.4温度控制系统结构图及总述 12
第4章温度控制系统软件设计 14
4.1软件设计 14
4.2MicrochipPIC16F877A单片机温度控制系统软件结构图 14
4.3单片机控制流程图 15
4.4温度变换程序模块 16
4.5温度非线性转换程序模块 16
4.6通信协议的设计 17
4.6.1通信协议概述 18
4.7通信协议说明 19
4.7.1信号帧分类 19
4.7.2信号帧格式 19
4.7.3通信协议处理流程 21
4.8PC上位机的软件设计 23
4.8.1PC软件设计方法的选择 23
4.8.2PC软件通信方式的选择 23
4.8.3具体实现方法 26
4.9单片机软件设计 29
4.9.1波特率 29
4.10通信协议设计结论 39
4.10.1通信可靠性分析 39
4.10.2通信速度分析 39
第5章结论 41
致谢 43
参考文献 44
第1章前言
1.1背景和意义
为了确知某一测试对象的各项特性，我们常常要借助各种仪表和各种手段（直接测量或遥测）来获得各种各样的测量结果（数据）。
但这些数据中包含有变换误差、设备误差以及在传输过程中（当采用遥测方式时）引入的各种干扰所造成的误差等。
而且这些数据量通常都很大，有意义的部分和无意义的部分混杂在一起，如果不加取舍的直接应用，必然会造成极大不便。
传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压﹑力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准（非线性校准、温度补偿、传感器标定等）；且它们的体积较大、使用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与，外界设备多，成本高，因而越来越适应不了社会的要求。
在对多类型、多通道信号同时进行检测和控制中，传统的测控系统能力有限。
如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很迫切的问题.
温度控制是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。
随着科学技术的发展，由单片集成电路构成的温度传感器的种类越来越多，测量的精度越来越高，响应时间越来越短，因其使用方便、无需变换电路等特点已经得到了广泛的应用，例如：
以前常用的AD590和LM35等，以及现在得到广泛应用的DSl820、DS1821和DS1620等。
本次毕业设计正是为了完成温度数据的采集和控制而设计。
1.2目的和内容
新型数字化、网络化传感器在工程中的应用具有极其重要的意义。
这类传感器是各种参量送入计算机系统，进行智能监测、控制的最前端。
随着科技的发展，数字化、网络化传感器应用日益广泛，以其传统方式不可比拟的优势渐渐成为技术的趋势和主流。
由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。
传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。
因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。
另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。
温度传感器是其中重要的一类传感器。
其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。
1.3发展前景
近年来，利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温度检测技术的一种发展趋势。
其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。
传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。
数字化技术推动了信息化的革命，在传感器的器件结构上采用数字化技术，使信息的采集更加方便。
1.4设计思想
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度数据采集监控系统。
文中传感器理论单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。
本设计应用性比较强，设计系统可以作为生物培养液温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。
课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。
设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。
本设计系统包括温度传感器，A/D转换模块，输出控制模块，数据传输模块，温度显示模块和温度调节驱动电路六个部分。
文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。
整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。
第2章设计要求
2.1控制要求
1生物繁殖培养液的温度要保证在适于细胞繁殖的温度内，这主要在控制程序设计中考虑。
温度控制范围为15～25，升温、降温阶段的温度控制精度要求为0.5度，保温阶段温度控制精度为0.5度。
图2-1温度控制曲线
2微机自动调节正常情况下，系统投入自动。
3模拟手动操作当系统发生异常，投入手动操作。
4微机监控功能显示当前被控量的设定值、实际值，控制量的输出。
2.2受控对象的数学模型
生物繁殖的培养液主要用于生物的繁殖研究，而温度是影响生物繁殖的重要因素。
本系统要求长时间监视培养液的温度，并对当前的温度进行控制。
本控制对象为生物繁殖用培养液，采用继电器进行控制。
第3章系统的硬件配置
3.1单片机和系统总线
单片机：
PIC16F877A（PIC16F877A为美国MICORCHIP公司生产的带A/D转换的8位单片机）。
显示系统：
商用计算机。
用户内存：
256MRAM。
系统总线：
RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）RS232C有25条线，，分为5个功能组，包括4条数据线，11条控制线，3条定时线，7条备用线和未定义线。
操作系统：
Windows2000/XP。
3.2硬件介绍
计算机，及计算机工作的外围电路设备
3.2.1温度传感器
温度传感器采用补偿型NTC热敏电阻其主要性能如下：
1补偿型NTC热敏电阻B值误差范围小，对于阻值误差范围在5％的产品，其一致性、互换性良好。
适合于一般精度的温度测量和计量设备。
2外型结构和尺寸：
图3-1温度传感器结构尺寸图
3主要技术参数：
时间常数≤30S
测量功率≤0.1mW
使用温度范围-55～+125℃
耗散系数≥6mW/℃
额定功率0.5W
4降功耗曲线：
图3-2温度传感器功耗曲线图
3.2.2核心处理单元MicroChipPIC16F877A单片机
MicroChipPCI16F877A单片机主要性能：
具有高性能RISCCPU
仅有35条单字指令。
除程序指令为两个周期外，其余的均为单周期指令。
运行速度：
DC-20M时钟输入。
DC-200ns指令周期。
8K*14个FLASH程序存储器。
368*8个数据存储器（RAM）字节。
引脚输出和PIC16C73B/74B/76/77兼容。
中断能力（达到14个中断源）。
8级深度的硬件堆栈。
直接，间接和相对寻址方式。
上电复位（POR）。
上电定时器（PWRT）和震动启动定时器。
监视定时器（WDT），它带有片内可靠运行的RC振荡器。
可编程的代码保护。
低功耗睡眠方式。
可选择的振荡器。
低功耗，高速CMOSFLASH/EEPROM工艺。
全静态设计。
在线串行编程（ICSP）。
单独5v的内部电路串行编程（ICSP）能力。
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