发布时间 : 星期一 文章基于单片机的远程温度监控系统设计毕业论文更新完毕开始阅读9f042ecca1116c175f0e7cd184254b35effd1a4e
第1章 绪论 第1章 绪论
1.1 引言
温度与我们的生活息息相关，它涉及到我们生活的各种领域。随着时代的进步，科研、农业、工业、电力控制等部门都越来越依赖的对温度的监控。温度传感器在和其他的仪器设备配合使用中，可以有效提高的产品质量，优化生产环境，改善生活环境，因此，必须采取有效的措施去监控温度变化。但是现在温度监控方面存在诸多问题，比较突出的问题是采用人工定时采样温度的方法，极大的限制的效率的最优化。人工采样效率低，成本高，也不能随时监控温度变化，因而，采用基于单片机的无线温度监控设计。
本文所设计的无线温度监控系统，采用CC1101无线收发模块作为数据传输单元，采用DS18B20型数字式温度传感器作为温度采集单元，并且具有显示、报警、温度控制等功能，较好的解决了存在的问题。
1.2 研究背景和意义
温度是工、农业生产中重要的被控参数之一。现实生活中无处不存在温度控制。比如农业生产中的温室大棚、酒窖发酵、无土栽培；工业生产中的食品加工、化工制药等，无处不存在到对温度的监督控制，可见，温度控制在工业生产、农业发展中占据着非常重要的地位。并且随着科技的不断发展，工农业的现代化，对温度控制的效率和精度的要求也越来越高。近年来，温度监控领域正在发生着巨大变化，温度的监控在工农业生产中不再仅仅局限于近距离或者人工直接的监控，而是逐渐改进发展成为远距离的控制，这就产生了远程温度监控。
远程温度监控的通信方式多种多样，如通过有线网络、无线电等进行远程监控。每一种通信方式都有其优点和缺点。利用无线电通信，方便、灵活，而且经济。它不需要像有线网络控制耗费巨大的通信资源，也不受网络速度的影响。
在温度控制的方法上，传统的控制方法(包括经典控制和现代控制)在处理具有非线形或不精确特性的被控对象时十分困难。而温度系统为大滞后系
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燕山大学本科生毕业设计（论文）
统，较大的纯滞后可引起系统不稳定。
在温度采集方法上，通常是利用热电偶把热化为电信号，再通过A/D转换得到温度值。这种方法速度慢，而且精度不是很高。综合上面的考虑，本次毕业设计设计了基于无线电通信的远程温度控制系统。
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制，早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会。
近年来，单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃发展，单片机已经渗透到工业、农业、国防，科研以及日常生活等各个领域。传统的温度采集的方法不仅费时，而且精度差满足不了各行业对于温度数据提高精度，设备高可靠性的需求。单片机的出现使得温度数据的采集和处理得到了很好的解决。选择适当的单片机和温度传感器以及前端处理电路，可以获得较高的测量精度，不但方便快捷，成本低廉，省事省力，而且大幅度提高了测量精度。
1.3 国内外研究动态
温度是反映物体冷热状态的物理参数，它与人类生活环境有着密切关系。早在 2000 多 年前，人类就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度。在人类 社会中， 无论工业、 农业、 商业、 科研、 国防、 医学及环保等部门都与温度有着密切的关系[1]。
随着国内外工业的日益发展，温度监控技术也有了不断的进步。温度监控系统主要由两部分组成，一部分是传感器，它将温度信号转换为电信号。另一部分是电子装置，它主要完成对信号的接收、处理、对测点进行控制、温度显示等功能。对应于不同的温度段及测量精度要求，测温装置也不尽相同，从传感器方面看，己出现有各种金属材料、非金属材料、半导体材料制成的传感器，也有红外传感器。仪器本身也趋向小型化，多采用集成度较高
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第1章 绪论 的芯片或元件组成电路。对于测点较多，并具有报警、巡测、控制等多功能测温装置，一般采用单片机电路。目前的温度检测技术原理很多，大致包括以下几种:(1)物体热胀冷缩原理(2)热电效应(3)热阻效应(4)利热辐射原理。 传统的温度传感器(如,热电偶、铂电阻、双金属开关等)虽然有着各自不可替代的优点,但由于自身因自热效应影响了测量精度,从而制约了它们在微型化高端电子产品中的应用[1]。与之相比较,半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、自热温升小、抗干扰能力强等诸多优点,无论是电压、电流还是频率输出,在相当大的温度范围内( - 55～150 ℃)都与温度成线性关系,适合在集成电路系统中应用。目前,半导体温度传感器工作的温度范围还限于- 50～150 ℃。未来主要的研究方向将是如何扩大它的温度适用范围,以及智能化、网络化等方面。
目前国内外的温度控制方式越来越趋向于智能化，温度测量首先是由温度传感器来实现的。测温仪器由温度传感器和信号处理两部分组成。温度测量的过程就是通过温度传感器将被测对象的温度值转换成电的或其它形式的信号,传递给信号处理电路进行信号处理转换成温度值显示出来。温度传感器随着温度变化而引起变化的物理参数有: 膨胀、电阻、电容、热电动势,磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展,新型温度传感器还会不断出现,目前,国内外通用的温度传感器及测温仪大致有以下几种: 热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表、石英温度传感器测温仪。
1.3 社会影响
随着时代的进步，科研、农业、工业、电力控制等部门都越来越依赖的对温度的监控。温度与我们的生活息息相关，它涉及到我们生活的各种领域。 工业上，常到液体加热，比如电镀厂的电镀液有温度要求，需要加热或者冷却；再比如注塑机的模具温控机也有循环水温度加热的要求；这些加热都要求温度控制精准，波动范围小，靠人工是一定不行的，只能用自动温度控制。一般用测温探头（比如铂电阻、热电偶等）对液体进行测温，变换成其它信号接入温控仪表，再通过温控仪表来显示温度，并控制加热或者冷却设备或者仪器的起停，达到自动控制的目的。
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工业自动化技术作为21 世纪现代制造领域中最重要的技术之一，是实现大规模工业生产安全、平稳、优质、高效的基本条件和重要保证，是传统产业优化升级的有效手段，对钢铁、石化、冶金、电力、纺织等支柱性产业的技术进步具有重要作用，其技术水平已成为衡量一个国家国民经济发展水平和现代化程度的标志。据统计，对自动化控制系统投入和企业效益方面提升产出比约在1:4 至1:6之间[2]。
现代工农业生产追求安全生产，将测量人员与数据的采集现场分离能有效的降低工程作业的危险指数。远程温度监控符合现代社会安全生产的原则。远程温度监控室对操作人员的一个保护伞，从根本上隔离了采集现场和操作人员。
远程温度监控系统的实施开发，不仅能有效的提高效率，还能解放劳动力，优化劳动资源。在工业生产中，无线温度监控能够有效的提高生产效率，改变以往的温度采集方式，使温度采集更为方便可靠。在农业生产中，例如酒庄发酵、温室大棚等，远程温度监控也发挥着重要的作用。远程温度的自动控制也能很好的提高农业生产量，在农业自动水平道路上具有突出的
1.4 研究内容和结构
本设计是基于单片机的远程温度监控系统，经过大量查阅资料和研究，最终确定采用STM8为主控芯片，DS18B20作为温度采集芯片，CC1101作为无线接收和发射模块，采用QC1602液晶屏进行显示。该系统由发射系统和接收系统组成，发射系统进行温度采集以及数据发射，接收系统作为主系统，对数据接收处理并显示出来。该系统具有温度过限报警功能，设有4个独立按键，分别进行温度高低限定值的选择、设定，清除报警声和报警灯。该系统具有操作方便，远距离操控，功能多样，电路简洁，成本低廉等优点，符合电子技术的发展趋势，有很广阔的市场前景。主要解决下列几点问题（1）数据采集是否长期准确无误。数据采集是整个设计的关键。（2）数据远程传输（无线收发)模块能否及时准确无误的传输数据问题。（3）按键设定系统能否长时间稳定运行，对系统稳定性的完善问题。
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