基于RS-485总线远程多点分布式温度监控系统毕业设计

目录

中文摘要 (2)

ABSTRACT (3)

目录 (1)

第一章绪论 (5)

1.1 引言 (5)

1.2 课题背景及研究现状 (5)

1.3 本文的主要工作和结构安排 (6)

第二章硬件设计 (8)

2.1 引言 (8)

2.2 硬件电路设计 (8)

2.2.1 单片机选型 (8)

2.2.2 最小系统的设计 (9)

2.2.3 液晶模块 (9)

2.2.4 测温模块 (10)

2.2.5 RS-485串行通信模块的设计 (11)

2.2.6 STC程序下载模块 (14)

2.2.7 供电模块 (14)

2.2.8 PCB制版 (15)

2.3 本章小结 (15)

第三章算法实现 (16)

3.1 引言 (16)

3.2 下位机测温算法研究 (16)

3.3 上位机算法研究 (18)

3.3.1 建立坐标系 (18)

3.3.2 绘制实时动态曲线 (20)

3.3.3 PC与单片机串行通信 (20)

3.4 本章小结 (21)

第四章软件设计 (22)

4.1 引言 (22)

4.2 上位机软件设计 (22)

4.2.1 对象窗口设计 (22)

4.2.2 程序代码设计 (23)

4.3 下位机软件设计 (25)

第五章调试 (29)

第六章总结 (32)

参考文献 (33)

附录A (34)

附录B (41)

致谢 (48)

中文摘要

在实际生产、生活、工业控制等各个领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分，对现场温度的精确检测和实时监控显得尤为重要。比如，农业上土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长；在医院育婴房为了达到恒温也要温度的测量。在工业中，料桶里外上限温度要求不一以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等。

本文研究的内容为基于RS-485总线远程多点分布式温度监控系统，该系统通过硬件设计，在环境现场放置多个DS18B20数字温度传感器，利用STC89C516RD+单片机采集温度数据并显示当前温度，通过RS-485 串口传回主控计算机，实现对环境现场多个分布点的温度的远程实时监测；在软件方面，下位机采用C51编写DS18B20采集温度数据的程序和1602液晶的显示程序，上位机采用Visual Basic6.0编写软件实现温度的实时显示、曲线绘制、高温报警等功能。由于本系统采用了单线多点数字化测量技术，具有测量误差小、抗干扰能力强、快速、可靠、低成本、数字化与网络化等特点。本系统可被广泛用于粮库、仓库、矿井、机房、煤堆、花房、养鸡场等场合，有很好的使用价值。

关键词：单片机，RS-485，DS18B20，Visual Basic6.0，实时监测

ABSTRACT

In actual production, living, industrial control and other fields, the temperature is an integral part of environmental factors, the precise on-site detection and real-time temperature monitoring is particularly important. For example, all levels of agriculture on the soil temperature will affect plant growth; Nursery at the hospital have in order to achieve constant temperature measurements. In industry, barrel ceiling inside and outside, and heat treatment in different temperature requirements in various parts of the workpiece after the formation of temperature on the performance of critical parts and so on.

The contents of this paper, RS-485 bus based remote multi-point distributed temperature monitoring system, the system through hardware design, placed in the environmental field over DS18B20 digital temperature sensor, temperature data collected by STC89C516RD microcontroller and display the current temperature, through the RS- Returns the host computer serial port 485, to achieve distribution of points on the environment than the temperature field of remote real-time monitoring; On the software side, the next crew prepared using C51 DS18B20 temperature data collection procedures and liquid crystal display program 1602, the PC software using Visual Basic6.0 write real-time display of temperature, curve drawing, high temperature alarm. Because this system uses a single multi-point digital measurement technology, with measurement error is small, anti-interference ability, quick, reliable, low cost, digital and network characteristics. This system can be widely used for grain storage, warehouse, mine, the engine room, coal pile, greenhouse, chicken and so on, have a good value in use.

Keywords:MCU,RS-485,DS18B20,Visual Basic6.0,Real-time monitoring

第一章绪论

1.1 引言

传统的测温系统在测温点上由传感元件、信号调理电路、A/D 转换或T/F 转换、单片机数据采集等组成一个完整的微机系统；或采用独立式仪表测量单元，并通过RS232串行口与上位机通讯，系统结构复杂，成本较高，且采用RS232串行通信，其传输距离比较短，一般不超过15m，只能支持点对点通信，不能实现多点温度同时监控。

本文设计了一个基于RS-485总线远程多点分布式温度监控系统，该系统是由上位机和下位机两大部分组成。下位机完成远程数据采集与控制，它是由STC89C516RD+单片机和若干个数字温度传感器DS18B20 和液晶显示器、报警电路等组成、可以对64 个测温点进行数字化测量。DS18B20采集的温度数据通过单总线方式传送给单片机进行数据处理，具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、成本低等特点。上位机采用Visual Basic6.0编写良好的人机交互界面，可以在线监控和显示所有测温点实时温度值，若温度超过设定上下限值，系统发出报警，并实现实时绘制温度曲线。下位机(单片机)与上位机(PC机)通过RS-485串行口进行数据通讯。RS-485最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，支持多点串行通信。

1.2 课题背景及研究现状

在实际生产、生活、工业控制等各个领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分，对现场温度的精确检测和实时监控显得尤为重要。比如，农业上土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长；在医院育婴房为了达到恒温也要温度的测量。在工业中，料桶里外上限温度要求不一以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等。

本文重点研究如何利用DS18B20准确的测量现场温度，如何通过RS-485远程串行通信把数据传给上位机，以及如何实现上位机中对温度的实时显示、曲线绘制、高温报警等功能。

文献[1]中，吴晓燕介绍了以A T89C51单片机为控制核心的一种温度实时测量及控制系统。单片机A T89C51能够根据温度传感器所采集的温度数据来控制温度在设定的范围之内。温度传感器里的热敏电阻采用半导体感温元件，它具有负电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小。文献[2]中，闫慧兰等介绍了AT89C52单片机与PC机串行通信的实现方法，给出了具体通信接口电路、单片机

串行通信程序流程以及利用VB6.0的通信控件MSComm实现PC机串行通信的程序。文献[3]中，李湘江等通过对一台工业仪表通信协议进行分析，介绍了用VB6.0开发微机实时数据采集程序的编程技术。文献[4]中，沈显威等详述了使用VB和C51实现PC机和单片机串行通信的开发方法，并简要地介绍了VB通讯控件及其使用方法，给出了调试程序。文献[5]中，宋辉等通过对OMRON的C P M I A小型机与上位计算机通信原理和通信方法的研究，介绍如何用VB6.0 实现上位计算机对PLC 的实时监控。文献[6]中，胡晓玲等以单片机AT89C51作为温度监控核心部件，采用热电偶温度传感器、运算放大器、A/D转换器等构成温度采集模块, 通过对采集到的温度数据值进行比例积分微分运算处理，并采用RS 485与上位机进行通信，实现一种温度监控系统的设计。文献[7]中，张良成等设计了基于ARM内核的LPCS3C2410的多路温度监控系统，给出了系统的硬件电路的设计方法。该系统由数字温度传感器DS18B20的测温部分、ARM微处理器、UART串口通信、FLASH 数据存储部分和数码显示部分组成，重点描述了硬件电路的设计与实现。文献[8]中，刘春华等采用了以单片机为核心的控制板作为下位采集控制设备，以力控组态软件为上位机设计界面、后台管理等，二者结合组成对多点温度的实时监控。文献[9]中，黄小波本以AT89S52单片机为控制单元，并采用Dallas单线数字温度传感器DS18B20 采集现场温度数据而设计的远程温度控制系统，并可根据需要设置控制温度的上、下限，系统具有超过设置上、下限温度自动报警等功能。文献[10]中，盛琥介绍了一种基于485总线的温度监控系统的设计与实现。系统采用上位机和下位机设计，下位机通过温度传感器监测温度，与预置温度比较后执行任务；上位机和下位机通过主从应答方式交换数据信息。在上位机端的PC上实现了对多路传感器传来的温度信息入库保存、打印、温度变化历史曲线绘制等功能。文献[11]中，李智祥等介绍一种基于单片机的多点温度监控系统。上位机通过RS-485总线与下位机通信，下位机将采集的温度信息传送给上位机，并执行上位机的控制命令。给出系统总体结构，阐述了系统硬件电路和和软件实现方法，设计了上位机与下位机之间的通信协议，解决了8 位单片机多机通信的问题。

本文正是从以上分析出发，展开研究工作，采用STC89C516RD+单片机和若干个数字温度传感器DS18B20组成下位机进行检测现场温度，通过RS-485远程串行通信把数据传给上位机，实现温度的实时显示、曲线绘制、高温报警等功能，本系统经过实践的验证，简单实用，且稳定可靠，具有深入研究的价值和很好的现实意义。

1.3 本文的主要工作和结构安排

本文首先是多点分布式温度监控系统的硬件设计，硬件是软件设计的基础，硬件设计得好，系统的稳定性就会得到提高，分别对单片机选型、最小系统的设计、液晶模块、测温模块、RS-485串

行通信模块、STC程序下载模块、供电模块进行了研究和介绍。

其次研究的是算法，包括测温的算法，上位机绘制实时曲线的算法研究。

再次是软件的设计，有了硬件和算法，利用C51语言实现下位机的编程，利用VB语言实现上位机的编程，上、下位机通信，实现多点分布式温度监控系统的功能。

最后是调试，调试包括仿真和实物的调试，在实践中不断的改进程序，实现更完善的功能。

本论文的结构安排为：

第一章绪论，介绍课题的背景和意义，以及本文的主要工作和结构安排；

第二章硬件设计，研究和介绍单片机选型、最小系统的设计、液晶模块、测温模块、RS-485串行通信模块、STC程序下载模块、供电模块；

第三章算法实现，测温的算法，上位机绘制实时曲线的算法是本章所要解决的问题；

第四章软件设计，利用C51语言实现下位机的编程，利用VB语言实现上位机的编程，从而实现预定功能；

设计要求：

①主机可监控不少于3个点的温度变化，轮流显示各点温度；

②温度测量精度±0.5℃；

③显示器分两段，第一段1位十进制数，显示测温点号；第二段2位十进制数，显示对应点的测量温度；

④所连接的测温点中只要有任何一个测量点的温度达到高温值时应给出报警信号，当所有点的温度值降低到安全值后，停止报警。

第五章调试，调试包括仿真和实物的调试；

第六章总结，对本文做了展望和总结，以及还需在哪些方面应作进一步的深入研究。

第二章硬件设计

2.1 引言

本章进行多点分布式温度监控系统的硬件设计，硬件是软件设计的基础，硬件设计得好，系统的稳定性就会得到提高。本章分别对单片机选型、最小系统的设计、液晶模块、测温模块、RS-485串行通信模块、STC程序下载模块、供电模块进行了研究和介绍。

2.2 硬件电路设计

本系统的硬件电路设计如下：

图2-1 整体电路

2.2.1 单片机选型

本系统的MCU采用STC89C516RD+单片机。STC89C516RD+单片机采用51核，与8051完全

兼容，缩短开发周期，且具有64KB 的Flash ROM ，1280Byte 的RAM ，最高时钟频率为0～80MHz ，内置系统ISP 监控程序，超强抗干扰，超强抗静电，高速，高可靠，低价格，支持在线编程，内置看门狗电路，看门狗的主要功能就是当程序发生故障时能使受控系统重新启动。

2.2.2 最小系统的设计

1、复位电路

复位电路采用上电复位兼手动复位，RESET 按键未按下时，C3和R3组成RC 充放电电路，当单片机接通电源RST 引脚上有两个机器周期以上的高电平时，单片机就进入上电复位状态，1N4148二极管的作用是断电后，加速电容的放电。单片机工作以后，如按下按键RESET 键，RST 引脚就得到一个高电平，从而使单片机重新复位。

ST

图2-2 复位电路

2、时钟电路

由于本系统中，下位机与上位机串行通信，所以时钟电路采用外接石英晶体的内部时钟方式，晶振的频率选用11.0592MHz ，C2、C3选用22pF 的瓷片电容，对振荡频率起微调作用。

图2-3 时钟电路

2.2.3 液晶模块

本系统测得的现场温度值在TC1602A 液晶上显示。

TC1602A 液晶是字符点阵型液晶，工作电压是5V ，显示容量是16×2个字符，每个字符由5

×7点阵组成。示意图为图2-4。

图2-4 TC1602A 液晶示意图

引脚个数为16个，如表2-1。

TC1602A 液晶与单片机采用模拟口线方式连接，如图2-5。

Vo 引脚接10K 电位器，用于调节此脚上的电压，改变对比度。RS 引脚接单片机的P3.2引脚，用于选择命令或数据操作，R/W 引脚接单片机的P3.3引脚，用于读/写选择，E 接单片机的P3.4引脚，是使能端，DB0～DB7接单片机的P1口，用于传送数据或命令。

图2-5 液晶模块电路

2.2.4 测温模块

本系统测温采用Dallas 半导体公司的DS18B20单线数字温度传感器，DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转