(完整版)基于单片机的温度监控系统毕业设计论文

1 绪论1.1 课题背景本课题要求实现温室温度的自动检测和控制，能够显示温室温度，当温度超出正常范围时系统发出报警信号。

温度是工业生产过程中最普遍、最重要的检测参数之一。

任何物理变化和化学变化的过程都与温度密切相关。

温度检测和控制都直接与安全生产、节约能源等技术经济指标相联系。

温度测量在工业、民用、军事等领域占有重要的地位。

航空、汽车、家电、科研等领域都需要温度测试设备，用于测试和确定电工、电子及其他产品及材料进行高温、低温、交变温度或恒定试验的温度环境的变化，判断当检测目标的温度值达到警示条件时发出警告信号。

一般系统运行时，温度不可过高，温度检测系统可以设定一个报警值，对于温度超过该温度值时进行声光报警，提示管理人员尽快断电对设备进行检修，这样就可以防止温度过高对电机、部件所造成的损坏，避免造成更大的损失[2-3]。

传统的温度检测系统采用热电阻、热敏电阻、热电偶等传感器作为感测器件，采用差动放大器进行放大，用单片机进行数据处理，最终显示出温度值。

本设计的核心部件用精密温度传感器，专门负责现场温度的测量、变换和数字量化，选用单片机作为微控制器进行温度采集，然后将采集到的温度值的数据利用微控制器将当前温度显示出来。

通过RS-485总线将当前采集到的温度值发送到PC机，在控制室的观察人员能够及时准确的监视当前温度情况。

1.2 课题现状温度检测具有广泛的应用性，在工业、民用、军事等领域都有着极其重要的应用。

1.2.1 CPU温度检测现在的电脑主板具有老式主板所没有的CPU温度检测报警功能。

CPU 温度过高会导致系统工作不稳定或者死机，甚至损坏CPU等，所以对CPU 的温度检测是很重要的。

它会在CPU温度超出安全范围时发出警告检测。

温度的探头有两种：一种集成在处理器之中，依靠BIOS的支持；另一种是外置的，在主板上面可以见到，通常是一颗热敏电阻。

它们都是通过温度的改变来改变自身的电阻值，让温度检测电路探测到电阻的改变，从而改变温度数值。

1.2.2 TH-IR101F 红外测温仪设备由红外传感器和显示报警系统两部分组成，它们之间通过专用的五芯电缆连接。

安装时将红外传感器用支架固定在通道旁边或大门旁边等地方，使得被测人与红外传感器之间的距离相距35cm。

在其旁边摆放一张桌子，放置显示报警系统。

只要被测人在指定位置站立1秒钟以上，红外快速检测仪就可准确测量出旅客体温。

一旦受测者体温超过38℃，测温仪的红灯就会闪亮，同时发出蜂鸣声提醒检查人员。

红外温度快速检测仪为在人流量较大的公共场所降低非典的扩散和传播提供快速、非接触测量手段，可广泛用于机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所，对体温超过38℃的人员进行有效筛选。

1.2.3 TH-IR201S计算机红外测温系统用户能够利用红外传感器、USB变换器和附带的红外温度测量软件，非常方便、快速地组成红外测温系统，或将红外体温快速检系统集成在保安监控系统中。

1.2.4 矿用隔爆型电气设备外壳电子最高表面温度的检查GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》中规定，Ⅰ类（煤矿用）电气设备采取措施能防止煤粉堆积时，最高表面温度不得超过450℃，有煤粉沉积时最高表面温度不得超过150℃。

在实际检查中，若感觉电气设备外壳表面温度过高，难以用手触摸或烫手，可要求进行实际温度测量，以保证电气设备安全运行。

1.3 课题意义随着农业和工业的发展，温室在生产和生活中起着越来越重要的作用，然而传统的温室仅凭人工操作，从而造成故障发现不及时，温度控制不精确，并且浪费了大量的人力和物力，通过本课题的研究，可以实现温室温度的测量，控制，报警全自动化，通过对系统的温度进行实时监测，可以及时发现故障苗头，使问题刚刚出现就得到及时解决，对事故的发生和扩大将起到有效地预防作用[4]。

因此，该课题的开发有着重要意义。

2 系统总体方案设计与工作原理2.1 系统的结构系统主要有计算机、通信接口、智能控制器、MAX温度传感器等组成。

每个智能控制器采用单片机设计，可与系统计算机组成计算机网络监测系统。

计算机通过通信接口控制所有智能控制器，通信接口完成通信信号的转换、驱动、放大，保整机算机和单片机数据通信正确。

计算机、通信接口、等放在专用操作室或其他办公室，通信接口与所有智能控制器采用一根四芯（两芯电源线，两芯通信线）电缆连接，安装方便。

智能控制器通过通信接口与计算机构成计算机监测系统，在计算机上事先设定好温度报警值，并通过存储器存储起来。

在系统运行时，16路循环检测，温度正常绿灯亮，温度超限红灯亮，并蜂鸣报警。

16路测点相互独立。

这样就可以在计算机上直观的看出当前温室温度是否正常，达到温度实时监控的目的，能够实现对系统的温度检测。

系统结构图如下：图1 系统结构图Fig.1 The structure chart of the system该系统具有很多优点，具有功能强，控制使用方便，维护工作少，显示直观，可独立、异步（不同时）工作，主要技术特点如下：⏹16路测点均与智能控制器相连接，经过一系列的转化与处理，实时显示本温度传感器所受温度。

⏹智能控制器还具有声光报警功能，当现场温度超出设定的温度报警值时，控制器发出声光报警信号，表示该测点温度超标严重或有异常。

提示监控人员及时采取措施，避免更大的经济损失的产生。

⏹每只温度传感器可独立工作，即我们可以使用16路传感器的任何一路进行使用，而不像其他报警仪那样必须等到所有被测点准备就绪后再通过按键开始同时检测，造成第一个与最后一个存在较长时间差。

⏹控制器还能自动根据现场温度大小采用不同的报警常数，在低温时候和高温时候采用不同的报警设定值可以提高设备应用的灵活性，报警值的写入通过拨码开关，存储到93C46中存起来，扩大系统的应用范围。

2.2 课题研究内容本课题需要解决二个方面的关键问题：一是被测温度信号的采集、处理和显示，二是实现温度信号的远程监控。

2.2.1 被测信号的采集、处理、显示本课题所要开发的这套系统将主要对现场的温度信号进行采集，我们主要是要选择一种适当的温度传感器准确的采集这些信号使之进入微处理器进行处理，并在其进入微处理器之前进行信号的调理，一般要经过信号的放大和模数转化环节。

然后进入微处理器中，通过一系列的公式转化，得出当前所得的温度值，并用7279驱动数码管显示出来。

当信号进入微处理器之后，要在软件上进行处理。

首先，为了保证掉电后数据不丢失，采集电路中应设有掉电不丢失数据存储器EEPROM，本设计采用的是存储芯片93C46，将读取的数据写入其中，并将预先设定好的温度报警值也存入其中。

其次，微处理器的外围电路中应含有显示电路，将采集的数据就地显示出来。

此外，还需配备多机之间的通信驱动电路，使得可以实现远程温度信号的显示。

2.2.2 数据通信本系统为了实现温度信号的远程监控，这就要涉及多个单机之间的通信，集中的问题在于通信方式的选择。

目前数据通信的方式多种多样，根据其各自的特点，适应的场合各有不同。

如何在满足要求的基础上，选择一种可靠、方便且成本较低的通信方式是要解决的关键问题。

设计中采用485芯片将TTL电平转换成485电平，这样监控人员就可以在监控室里通过计算机实时监测设备当前运行的正常情况，实现远距离通信，完成远程显示和控制。

该系统采用KJJ12型通信接口，主要技术参数如下：工作电压：ACC220±10%本质安全电路最高开路电压：22v本质安全电路最大短路电流：小于100mA2.2.3智能控制器的结构单片机技术的发展使数据采集和处理变得越来越容易，利用单片机技术可以方便的进行数据采集，单片机强大的计算能力对数据的计算、处理也有着不可比拟的优越性，并能够对测量结果进行显示、保存和传输，有些情况下还可以参与控制。

本系统采用ATMEL公司生产的51系列低功耗、高性能8位单片机AT89C52作为总控制单元，单片机AT89C52为低价位的单片机[5-10]。

单片机的原理框图如下图所示：2.3 系统的工作原理工作原理是：系统工作时，通过温度传感器MAX6577将外界温度信号采集出来，经过一系列的转化变成频率信号，将该信号输入到单片机中，检测仪测到它的信号，通过温度传感器的计算公式，计算出它的频率。

通过数码管现场显示测点号码和相应的测点温度，并事先设定一个温度报警值，由拨码开关存储到计算机中，如若超过该设定的温度安全值便报警。

该系统还可以通过计算机实现远程显示和控制。

可实现的功能不仅包括对温度信号的实时采集，还包括对信号数据的存储以及超温报警等。

该系统具有设置功能，可以预先设置报警的温度值，放入93C46里存储起来；测试功能，当系统一旦发现温度超标时即刻报警；显示功能：对于该系统的16路温度信号可以通过7279从数码管里将温度值显示出来；通信电路可以实现远距离监控，方便使用。

在系统运行时，测量所得的温度值与预定的报警值进行比较，是否发出报警信号。

报警仪是可以脱机运行的。

将报警仪通过一个通讯接口与计算机相连可以实现更多的功能，而且连机方式报警仪工作的主要方式。

我们可以通过计算机巡测数据，在上位机现场同时将测点的温度显示出来，在巡测的同时，计算机会将所有数据存放在数据库中，以供随时调用和检索；当需要传感器的初频时，可以向检测仪发出调零指令，进行调零；还可以向报警仪写入新的报警常数。

2.4元件选型2.4.1 传感器的简介2.4.1.1 传感器的定义[11-15]传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。

国际电工委员会(IEC: International Electro Technical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。

按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。

传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。

传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。

有两类：有源的和无源的。

有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。

无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。

其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。

对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。

对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。

按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。