基于单片机的远程温度监测和控制毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的远程温度监测和控制毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

总线用 3 线同步串行通信。 单总线 （ onewire 总线） ，采用单根信号线，可以传输数据，并且数据传输是双向的， CPU 端口线可以有很多的设备与单一总线进行通信，且 单片机引脚占用少。 因此，这种单 总线 技术的使用 使外围电路变得 简单， 减少了 硬件开销，成本低，软件 设计 简单，易于总线扩展和维护。 （二）数字温度传感器 ds18b20 优点 DS18B20以封装体积小，适用电压宽， 经济， 从而适 用 于 小系统中 ， 其优点如下： （ 1） 使 用单个微处理器总线接口实现 微处理器与 DS18B20 的双向通信连接。 单总线 设计 节省单片机资源，抗外界扰动能力强 ，适合野外恶劣环境 的温度测量 ； 易用性，使用户能够轻松构建无线传感器网络测量系统。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 7 （ 2） 温度测量范围宽。 DS18B20 测温范围为 55℃ 〜 +125℃。 在 10℃ 〜+85℃ ，精度 误差控制在 177。 ℃ 的范围内。 （ 3） 可以两个以上 DS18B20 同时 ， 只需占用一个端口就可实现 多点温度 测量。 减少硬件开销。 （ 4） 宽电压供电。 可以正常工作在 〜 5v 的系统中，从而 使其 得到广泛的应 用。 （ 5） 测量 精 度 可以编程配置。 DS18B20 测温分辨率可设定为 9〜 12位。 （ 6） 掉电保护。 DS18B20 包含一个内部的 EEPROM ，在系统断电时，它仍然可以保存 报警设定点的温度 和 分辨率。 四、 网络模块 （一）以太网 通常 W5100和 ENC28J60都是被常常使用到的芯片， W5100技术较 enc28j60成熟，对系统资源要求不高。 在传统单片机的以太网接入中被广泛使用， 此外 在开源硬件的以太网扩展中 同样 发挥的重要作用。 （二） Enc28j60 以太网控制器特性 Enc28j60 工作参数  使用的 7个中断源，分布在两个引脚 中。  25MHz 时钟晶振。 数据处理速度快。  工作电压范围从 〜 ； TTL 电平输入。  温度范围：工业级的芯片 40 摄氏度到 +85 摄氏度，商业级为 0 度到 +70 度，仅限 SSOP 封装。  引脚最大驱动电流为 4毫安到 12毫安 不等；引脚可接受输入电压为 5v。 W5100属于 Arduino官方出品，性能稳定，单片机资源占用少， 节省了 MCU资源 ， 但是硬件模块整体体积大，且价格 比 enc28j60贵很多。 Enc28j60属于第三方产品，采用微星公司的以太网芯片，该芯片 没有 成熟的 TCP/IP协议栈， 对单片机的资源占用大，且初始化时 ， 网络 状态 解析时间 过长，两者发热量和 功耗相当。 出 于本系统的设计 考虑， 要求整体尺寸 尽量小，从而使用 enc28j60以太网模块 完全 可以 满足 设计要求，加之 enc28j60价格便宜，所以最终选定enc28j60作为我们的以太网接入使用芯片。 五、 继电器 继电器 具有控制系统输入电路和被控系统输出电路 ，继电器 基本原理和目的 是使用小电流控制较大电流的 电路。 它起到了自动调整电路 、 电路 安全 切换的作用。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 8 图 23 继电器内部解剖 （一） 继电器技术参数 直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过三 用电表测量。 释放电流或电压是指继电器产生释放动作的最大电流或最大电压。 当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时。 触点切换电压和电流 是指继电器接点允许承载的电压和电流。 它决定了继电器能控制的电压和电流大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 继电器测试 测触点电阻 ， 用万用电表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为 0； 而常开触点与动点的阻值就为无穷大。 由此可以区别出哪个是常闭触点。 测量释放电压和释放电流 也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再 次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。 当控制电压地狱十分之一吸合电压时， 则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。 本设计 考虑到电磁继电器在切换的瞬间会对单片机外围电路产生电磁干扰，容易造成误触发，同时防止干扰通过继电器的电路进入系统，所以在继电器驱动电路之间设置一个光耦合器，可以有效消除继电器切换时产生的脉冲冲击和 避免把 外界干扰带入系统，光耦合器在此的应用起到了良好的抗干扰的隔离作用。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 9 图 24 带光耦合的 2 路继电器电路 模块参数 ，单刀双掷。 一个公共端、一个常开端、一个常闭端 ，抗干扰性好 ，高电平释放。 六、面包板 （一）面包板简介 面包板，因其板面上有许多的小插孔而得名。 各种电子元器件可根据需要随意地插入或者拔出，免去焊接，同时使用过的电子元器件可以随时拔插，任意组装再使用，所以修改时较为方便，主要用于构造电子样品，作为前期教学和训练使用。 与印刷电路板不同的是，它不采取软钎焊， 无焊面包板由塑料与众多的锡磷青铜镀或根据穿孔镍银合金弹簧夹穿孔块，该片段通常被称为连接点或接触点。 连接点的数量通常在面包板的规范中给出。 是电子设计中所常用的一种基底。 无焊面包板的优点是体积小，易携带，但缺点是比较简陋，电源连接不方便，而且面积小。 不宜进行大规模电路实验。 若要用其进行大规模的电路实验，则要用螺钉将多个面包板固定在大木板上，再用导线相连接。 （二）面包板内部结构 面包板内部结构如下图所示，一般情况规定将每 5个小孔板用一条金属条连接。 板子中央凹槽是针对需要集成电路、芯片试验而设计的。 板子两侧有两排竖着的 5个一组插孔。 这两组插孔是用于给板子上的电子元器件提供电源，母板使用带铜箔导电层的玻璃纤 维板，作用是把无焊面包板固定，同时起到绝缘的作用，并且引出电源接线柱。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 10 图 213 微型面包板 图 214 面包板内部结构剖析 第三节 物 联 网常用组网技术 一、 现场总线技术 （一） 现场总线概述 现场总线技术是 20实际 80年代中期在国际上发展起来的一种 暂新 的工业控制技术。 现场总线控制系统（ FCS）的出现引起了传统可编程逻辑 控制器和分布式控制系统基本结构的革命性变化。 现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化 、双向、多站的通信系统。 现场总线标准用于规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何进行交换数据。 （二）现场总线的特点 1) 布线简单。 现场总线的最大化革命是不嫌方式的革命，最小化的不嫌方式和最大化的网络拓扑使得系统的界限成本和维护成本大大降低。 2) 开放性。 主要只两个方面：一方面能与不同的控制系统相连接；另一方面就是通信规约的开放，也就是开发的开放性。 3) 可靠性。 一般总线都具有一定的抗干扰性，同时当系统发 生 故障时，具备一定的诊断能力， 从而可以快速进行检修和维护。 一、 WiFi技术 （一） WiFi概述 WiFi的覆盖广， 接入便捷， 有效距离也很长 ，一般在 100米左右。 在 信号较弱或者有干扰的情况下，带宽可以 进行 自动调整， 最然降低上网速度，但是可以 有效地保证了网络的稳定性和可靠性。 其主要 有点 为：速度快；可靠性高；开放领域通信距离可达 305米，封闭区域内通信距离为 76米到 122米；方便与现有的有线以太网络整合，组网成本更低。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 11 （二） Wifi优点 1） 无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小， 一般有效传输距离在 10米之内 ，而 WiFi可以达 100米左右。 2） 传输速度快。 但是数据安全性较蓝牙差一些。 三、 蓝牙技术 （一 ） 蓝牙 概述 蓝牙可以在短距离 通信可以取代目前的多种电缆方案，通过统一的短距离无线链路在各种数字设备之间实现方便快捷、灵活安全、低成本、小功耗的语音和数据通信。 (二 )蓝牙技术特性 1） 能传送语音和数据。 2） 全球范围内适用，使用频段无需申请。 3） 低成本、低功耗和低辐射。 4） 外界对其干扰影响不大，安全系数较 wifi 高。 四、 GPS 技术 （一） GPS 概述 GPS 是英文 Global Position System（全球定位系统的简称）。 GPS 组成由 GPS 空间卫星部分、 GPS 地面监控部分和用户设备部分三大部分 组成。 空间卫星部分由 24 颗卫星组成 ，包括 21颗工作卫星和 3 颗备用卫星，均匀分布在 6个 轨道上。 卫星的这种分布保证了地球上任何地点、任何时候都能见到 4颗以上卫星。 地面监控部分：负责监控全球定位系统的工作，包括一个主控站、三个注入站、五个监控站。 用户设备部分：主要有各种 GPS 接收机组成，起作用就是接收、跟踪、变换和测量 GPS 信号；按用途可分为导航型接收机、测地型、授时型接收机。 （二 ） GPS 特点 1） 定位精度高。 GPS 相对定位精度在 50千米以内可达 106。 2） 观测时间短。 随 着 GPS 系统的不断完善及软件的 不断更新， 对于静止不动的物体定位且在 20 千米之内只要 15 分钟， 然后可以随时定位，每站观测只需几秒钟。 3） 应用广泛。 主要用途包括：陆地应用、车辆导航、地球物 理 资源勘探 、地震前期 监测等； 海洋应用，远洋船最佳航程航线测定，船只实时调度和导航、海洋救援等 ；航空 领域方面 ， 应用在 飞机导航、导弹制导等。 此外全球定位系统还具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等特点。 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 12 第四节 国内物联网平台 一、 yeelink 平台 Yeelink的每一个门户对应一个 “网关”设备，而创建“网关”设备也是 在亿联网上开启物联网应用的第一步 ，“网关”是一个前端能够与测量设备 DTU（仪器仪表、各类传感器等）适配通讯，采集测量数据；后端具备网络功能，可以将测量数据实时转发到乐联网服务器上进行存储。 可以转 发的数据不仅包括测量数据，还可以包括视频流数据和控制指令信息，还可 通过网络来对设备进行反向控制。 所谓的正反向控制，即设备具备半双工通信 Halfduplex Communication的功能，这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。 也就是说，通信信道的每一段都可以是发送端，也可以是接收端。 但同一时刻里，信息只 能有一个传输方向。 如日常生活中的例子有步话机通信 ,对讲机等。 半双工传输的协议是称为线路规程的过程的一部分，它是 OSI模型的第二层，数据链路层所包含的一项。 简而言之，就是双向通信但不同时刻交替进行。 图 25 二、乐联网平台 乐联网，为您提供了一个迅速实现物联网应用的平台。 无需繁琐的编程和开发，您就可以将您的测量设备或传感器连接到乐联网物联网应用平台上，并在该平台上存储、查询和分析您的测量数据。 另外，您还可以在这个平台上公开您的测量设备，与别人做技术交流，可以说乐为物联开放平台还是一个技术交流和广告展 示的平台。 乐联网可以提供的功能如下： 天津科技大学 20xx 届本科生毕业设计 13 设备集中管理 支持通用的工业协议，可以将您的各类设备集中起来进行管理和维护 ，统一查看和监管，提高维护效率，降低维护成本。 图 26 数据在线显示 应用系统采用 B/S 架构，只要联网通过浏览网页的形式就可以进行实时进行查看，数据自动上报、自动存。