基于vb的温度采集与控制系统的设计(编辑修改稿)

基于vb的温度采集与控制系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

3。 64 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言 粮食是人类赖 以 生存的不可或缺的物质基础，是人类从事各种活动的前提。 为了防备战争、饥荒、以及其它一些突发性事件，国家需要对粮食进行战略储备。 我国作为一个人口大国和农业大国，同时也是自然灾害频发的国家，所以粮食储备就显得尤为重要，是关系国计民生的重要问题。 因此，粮食的安全储藏具有极其重要的意义。 我国是通过各种大型仓库对粮食进行储藏，在存储方面存在着很多问题：潮湿发热、发霉变质、滋生害虫等。 而且我国粮食储藏多属于地方粮库行为，某些地方官员逃避职责而对粮食储藏情况不上报或者虚报，也导致了粮食在储藏过程中的损失。 为了能从某种程度上解决我国粮食储藏问题，提高储粮质量，减少损失，我们不断尝试新技术、新方法，不断升级完善传统监控系统，采用更智能、可靠、高效的新型监测系统。 随着计算机技术的快速发展，计算机应用已经渗透到社会的各行各业，如工业、农业、教育、旅游业等等，随着社会信息化建设程度的进一步加快，人们工 作和生活已经越来越离不开计算机。 管理信息系统就是计算机应用一个重要方面，它的使用，使原来以手工管理为主的管理模式过渡到管理的电子化、自动化，大大提高了 工业 、 农业及人们日常生活的 效率。 伴随着工业科技和检测技术的日新月异，温度检测控制系统在近代工业、农业及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度检测系统的设计与研究有十分重要的意义。 测量控制的作用是从生产现场中获取各种参数，运用科学计算的方法，综合各种先进技术，使每个生产环节都能够得到有效的控制，不但保证了生产的规范化、提 高产品质量、降低成本，还确保了生产安全。 综上所述， 为了能更好对粮仓环境进行监测，且实现对分散性粮站的集中性监测和管理， 结合计算机技术及温度检测技术，提出了一种 新型的粮仓监控系统 ， 基于 VB 的 温度监测系统。 牟昊楠：基于 VB 的温度数据采集与控制系统的设计 2 1 绪论 本设计 的背景及意义 温度是日常生活中一种常见的测量数值，人们的生产与日常生活的温度有着很密切的关系，在工业生产时离不开温度的测量，在农业生产过程中也需要时时刻刻关注温度的变化，所以温度值检测的重要性已经不容忽视。 首先，我国是一个人口众多的农业大国，粮食生产、需求与储备量很大。 粮食在储 备的过程中常因粮食的湿度过大而升温发热，又由于检测手段的落后造成温 度检测 系统错报或漏报，从而导致粮食大量的腐烂变质，给国家带来巨大的损失。 另外目前人工气候室越来越多，通过自动控制温度、湿度、光照以及 CO2等气候参数能够为不同物种的生长、发育、生理、生化过程创造理想的气候环境条件，目前被广泛应用于养殖、植保、组培、生物工程等领域。 在人工气候室监控系统设计中，相对于其他气候参数，温度的控制不管是在范围、精度和均匀性方面都有更高的要求。 出于人工气候室的安全、无污染等多方面的考虑，人员不能随意进入。 再有就是电子 产品的生产，煤矿的开采，化工、发电、炼油等工业生产领域，温度也都是重要的控制指标。 对于这些领域，由于高温高热或危险性很大，人工检测温度也是不太现实的。 在传统的检测技术中，多数是针对工业生产的需要。 随着生活质量的不断提高，人们对自己居住和办公的环境有了更高的要求，首先就是要保持一个相对舒适的温度，所以房间温度检测就成了一个最基本的问题。 因此，国家在这一方面也做了明确规定：伴随着社会主义市场经济高速飞跃，空调已经成为日常生活和大众消费中不可或缺的一 部分，在提高人民生活水平的条件下，也不可避免的消耗了很多资源。 为 达到进一步改善科学使用空调状况，最大限度的 提高资源利用率，降低温室效应产生的气体，更大力度的珍爱环境， 制定了：冬季室内空调温度设置不得高于 20℃，夏季室内空调温度设置不得低于 26℃。 近些年来，伴随着信息技术的不断提高， 计算机测量控制系统在很多场合得到了深入应用。 在计算机检测系统中，温度是测量过程中的一个必测的物理量，较为突出的是对于粮库的粮食检测、日常写字楼、无人职守的基站等地点，温度的控制和测量则显得尤为关键。 例如在身边常见到的在粮食存储过程中，为了避免粮食颗粒受潮，胚芽萌发，新陈代谢而产生霉变，必须 不间断的检测储存粮食的温度。 传统粮食温度的检测是靠人工测温的方法，这不仅使粮库测量工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 测工作任务如不能及时完成，则有可能造成粮食大面积变质。 由于粮库中粮仓的数目有多个，粮仓的高度也大小不一，所以在温度检测中，不仅需要考虑到温度测量的准确性和可靠性，还应该考虑到不同位置温度值的显示，也可以称之为多点问题。 多点问题也是其他温度测量 中的关键问题。 目前的温度检测技术是利用温度传感器和微机来实现数据采集、数据传输和数据分析处理的新技术，是在生产过程中记录和说明被加 工产品与温度关系的技术。 检测得到的数据可被显示为图表或数字，它可以告诉生产者所生产的产品的温度、在什么时间达到了什么温度以及某一区域温度的平均值等。 通过分析数据，生产人员可以在控制室就能得到现场的相关温度值，从而实现生产管理的一体化、网络 化 [1]。 本文提出的基于 VB 的温度检测系统不仅可以准确显示各个测温点的地理位置、实时温度以及整个区域的平均实时温度，还能提供一些其它统计数据，为温度控制提供依据。 不仅如此，通过对历史温度记 录数据的分析，还可以为使用者提供更多的理论依据。 所以本系统的设计 具有较高的理论和使用 价值。 国内外的现状 国外的温度检测技术以 1984 年成立的英国达塔帕克公司为代表。 该公司是世界上最先进的温度检测技术的代表。 目前它的产品已遍布世界各地，主要生产精加工工业用烘炉温度追踪器、热处理工业用高温炉温追踪仪、陶瓷工业用炉窑温度追踪器、食品加工业用的多功能温度追踪器等。 国际上另一个在该领域的先进技术的代表是波兰，早在 1992 年就利用连续温度监测法预报煤井的瓦斯状态。 国外的温度追踪技术正随着新技术的出现在不断的更新及完善。 我国对温度检测技术也进行了一系列的研究与应用。 比如全数字冷库温度检测系统 ，利用单片机及外围电路作为数据采集器，通过电力载波线作为传输线实现和微机的通信。 另外还有烘炉温度检测系统，利用单片机实现前端的数据采集，用微机实现数据保存和统计等，这些系统研究的都是某个专业领域温度检测系统的应用。 本系统所设计的是基于 VB 的 温度检测系统 ，目前，这类系统在市场上也有广泛的应用，但是仍然存在一些不足： 一是系统结构比较复杂。 传统的温度检测系统中，传感器多用模拟温度传感器，相对与数字传感器，由于模拟传感器具有精确度不高，稳定性较差等缺点，使得检测系统测量温度时不准确； 二是数据处理不方便。 传统的 温度检测系统中，主要采用单片机作为前端数据采集单牟昊楠：基于 VB 的温度数据采集与控制系统的设计 4 元，它把采集到的数据传送给上位机，由上位机对数据进行分析处理； 三是系统通用性差，不灵活。 较早时期的温度检测控制系统比较单一，对某一固定的场合适用，离开此环境，系统就不能使用。 本文设计 的内容 本次设计所做 的是基于 VB 的 温度 数据采集与控制 系统，它采用 DS18B20 作为温度传感器，以微机作为主控计算机。 通过 MAX232 进行电平转换，由 RS232 串行通讯线把数据直接传送给 PC 机，让 PC 机 对所得到的数据进行分析处理，并且应用 VB 语言编程实现温度的显示。 硬 件方面是由 PC 机和 MAX232 来实现的， DS18B20 采集到的温度数据通过 串行通讯线 传送给 PC 机，运行在 PC 机上的编程软件 VB 利用 串行通讯线 提供给硬件的接口，对整个单总线进行操作控制，并且对测量数据进行处理。 软件方面主要是通过对系统参数的设置，通信控件的应用，最终实现对 DS18B20 的控制和温度数据的读取。 系统 功能 本系统是由 PC 机， 单片机 ，温度传感器 DS18B20 构成，在此系统中应用 DS18B20 温度传感器 检测温度 ， 经信号处理后， 通过 MAX232 电压转换芯片降低 电压，最终在 PC 机上应用编程软 件 VB 语言实现温度的显示。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 2 传感器的介绍及其选择 进行温度测量的关键元件是温度传感器，因此设计本系统首先遇到的问题就是如何选取温度传感器以方便达到要求，这对于整个系统的性能、简繁程度以及施工成本等都有一定的影响。 所以，我对各种温度传感器进行了分析和研究。 温度传感器的介绍 温度传感器的发展历程很悠久，粗略的经历了三个过程： 1)由敏感元件组成，早期的相互分离的温度传感器。 它的关键作用在于实现非电量和电量之间相互转换。 2)模拟集成温度传感器。 它是将温度传感器集成在 芯片上，用来进行温度的测量和模拟信号输出的一种传感器，结构简单，价格低廉。 3)智能温度传感器。 它的显著的优点为不仅输出温度数据，还可以显示相关温度数据量，与各种类型的单片机相匹配，并且是在硬件的基础上应用软件来实现温度的测量。 不同接触方式的温度传感器 温度传感器按照是否 与 被测介质进行接触可分为两类：接触式，非接触式温度传感器。 1)接触式温度传感器 从接触的角度来说，接触式温度传感器的测量温度元件与待测介质之间若具有充分的热接触，根据热传导及其应用到对流原理达到热平衡，此时所表现出来的数值即为被测对象的温度。 这种测量温 度的方法使得精度比较高，而且在某种程度上也可以测量元件内部的温度分布，然而面向于不为静止的、热容量相对不大的、或者会引起腐蚀感温元件的对象的情况下，测量的结果将引起较大的误差。 2)非接触式温度传感器 从非接触角度来说，非接触式温度传感器的测量温度元件与待测介质之间彼此不接触。 当前普遍使用的为辐射热交换原理。 能够测量不为静止状态的小目标及热容量相对不大或者发生快速转换的对象，也可测温度场的温度分布。 是 以上测量温度方式的显著优点，然而这种方式较为受环境因素的影响 [2]。 不同输出信号模式的温度 传感器 对于不同的测量对象，按照输出信号模式的不同，能够粗略的分成为三类：模拟式、逻辑输出、数字式温度传感器。 1)模拟温度传感器 牟昊楠：基于 VB 的温度数据采集与控制系统的设计 6 模拟 温度 传感器 — 将被测量的非电学量转换成能够 模拟处理的电信号。 对于在传统的模拟温度传感器的应用中，例如热敏电阻、热电偶和 RTDS，进行温度测量的控制时，存在 某一温度范围内线性不好，则可以通过冷端补偿或引线补偿，以弥补热惯性大，时间反应迟缓的缺点。 但是在这一方面，集成模拟温度传感器与之相比较，就体现了精度高、线性度好、反应时间快等优点，并且集成模拟温度传感器也能够使驱动电路、信 号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 IC 上，有符合尺寸大小、应用快捷等优点。 常见的模拟温度传感器有 LM391 LM33 LM4 AD22103 电压输出型、 AD590 电流输出型。 2)逻辑输出型温度传感器 对于较为广泛的逻辑输出型温度传感器，使用者并不要求得出精确的测量温度值，仅仅是关注测量的温度能否在一个规定的范围内，如果温度范围位于规定范围之外，就会造成触动报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，这个时候我们就可以应用逻辑输出式温度传感器。 LM5 MAX6501MAX650 MAX6509/6510 是其典型代表。 3)数字式温度传感器 就是能把温度物理量通过温度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、 PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取的数字量的传感器。 四种常见的温度传感器的比较 1)热电偶传感器 热电偶由二根不同的金属线材，将它们一端焊接在一起构成，而两种不同金属的焊接端放置于需要测量温度的目标上。 两种材料这样联接后会在未焊接的一端产生一个电压，电压数值是所有连 接端温度的函数，热电偶无需电压或电流激励。 实际应用时，如果试图提供电压或电流激励反而会将误 差引进系统。 2)热电阻 — 电阻性的元件 由金属制成，如铂，镍，铜等，所选金属必须具有可以预测的电阻值随温度变化的特性，其物理性能要易于加工制造，电阻温度系数必须足够大，使其电阻随温度的改变易于准确测量。 其他的温度检测器件，如热电偶，并不能让设计人员有一种相当线性的电阻随温度变化特性，而热电阻这种线性度极好的电阻温度特性，大大简化了信号处理电路的设计制作。 3)热敏电阻 — 温度测量精度最高 如果高精度成为至高无上关注要点，则温度传感器应选热敏电阻类，它有两个品种，一是负温度系数 NTC，二是正温度系数 PTC，前者是陶瓷制品，由过渡金属元素 (如锰，辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 钴，铜，镍等 )的金属氧化物为其成份，它需激励电流，温度系数是负的，有相当好的线性，且重复度优异，其工作范围为 100 度至 450 度之间，经封装后，其电阻随温度连续可变，且随温度的变化程度极大高于热电阻 RTD，即灵敏度高得多。 4)硅集成电路热敏传感器 集成电路热敏电路传感器是又一种测量温度的解决方案，其优点是：输出信号形式为用户友好型，易于安装在印刷电路板等；作为一种集成电路，电路设计技术可以容易地以传感器方式制作实现，从而可将最具有挑战性的信号调理部分包括于同一 集成电路芯片内，传感器的信号输出，如高电压幅度，大电流，数字字符等，可以轻松地与电路其他元件接口，实际上，某些硅集成电路传感器包括了广泛的信号处理电路，提供数字式 I/O 接口至微控制器。 但在另一方面，这种集成电路的传感器在精度及温度范围方面不及本文论及其他传感器，如温度范围只能达到 (55 度至 150 度 )，有些略高，有些略低。 在今日的温度传感器市场上，热电偶，热电阻，热敏电阻及集成电路传感器将继续居于支配地位，热电偶最适于高温检测，而热电阻最适于温度稍低但线性特性要求优异的场合，热敏电阻适用于温度范围更窄、但 对测量精度比热电偶和热电阻更高的场合。 单总线数字温度传感器 DS18B20 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1－ Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。 因此用它来组成一个测温系统，线路简单，在一根通信线 上 ，可以 挂接 很多这样的数字温度计，十分方便 [3]。 DS18B20 的功能特点 1)独特的单线接口方式，只需要一条端口线即可以实现双向通讯； 2)每个器件都有唯一的 64 位的序列号存储在内部存储器中； 3)简单的多点分布式测温应用，无需外部器件； 4)电压测量范围更 为宽泛，供电范围为 ～ ，也可以工作在寄生电源方式下，这时将由数据线供电，测温的范围 为 55～ +125℃ ； 5)在 10～ +85℃ 范围内精度为 177。 5℃ ，温度计分辨率可以被使用者选择为 9～ 12 位； 6)测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送CRC 校验码，抗干扰纠错能力得到了大大的提高； 7)负压特性是 DS18B20 的 一个非常实用的特点，当正负极性接反时，传感器不会因温度过高而使电路损坏，但是也不能处于正常工作状态。 牟昊楠：基于 VB 的温度数据采集与控制系统的设计 8 DS18B20 的外形和引脚介绍 DS18B20 采用 3 脚 TO90 封装或 8 脚 SOIC 封装，其外形和管脚排列如图 21 所示。 1234 5678NCNCNCNCNCV D DDQ G N D 图 21 DS18B20 的外形及管脚排列 Fig. 21 DS18B20 shape and pin arrangement 表 21 DS18B20 引脚定义 Detailed pin description 引脚 说明 DQ 数字输入 /输出端。 单线操作，漏极开路。 工作在寄生电源模式 时 ，提供电源 GND 电源地 VDD 外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式是接地） 以上 部分介绍了 DS18B20 的外形及其管脚排列、引脚的定义。 下面 我们将要介绍DS18B20 内部结构，它主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、 温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 ROM 中的 64 位序列号是生产厂商在出货前就已经设计好的，它的作用是记录每一个 DS18B20 的独特的 ROM 码，高速暂存器中的温度寄存器是由两个字节构成的，这两个寄存器的作用是用来存储温度传感器输出的数据。 另外，高速暂存器提供一个存放高温度和低温度的触发器 (TH 和 TL)，和一个字节的结构寄存器。 其中，低温触发器 TL、高温 触发器 TH，用于设置低温、高温的报警数值。 DS18B20 完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和 TL、 TH 相比较，如果小于 TL，或大于 TH，则表示温度超越了设置的范围，将该器件内的警告标志位置位，并对主机发出的警告搜索命令作出回答。 需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对TL、 TH 写入，十分方便。 用户可以根据自己的需要，将温度的精度设置为 9～ 12 位，这些设置能在配置寄存器中实现。 TH， TL 和配置寄存器都具有不容易丢失数据，并且 能够擦除的功能，。