基本信息
- 项目名称：
- 分布式一线温度监测控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 采用四路数字温度传感器挂在单片机的单总线上来模拟复杂现场的多点分布式温度测试。研究的主要问题是单总线上每个传感器温度的有选择地读出和实时显示（液晶）。研究的难点是四个DS18B20 ROM序列号如何读出及报警功能。研究的方法是在仿真平台 Proteus上进行电路原理图设计和程序设计，并进行软、硬件交互仿真。通过单片机开发板和液晶显示器及传感器等组成系统电路并调试出最终结果。
- 详细介绍：
- 分布式温度监测控制系统主要应用在成本较低的果蔬等大棚种植产业中，具有测温精度高、功能齐全、成本低等特点。控制系统采用独特的硬件设计思路，即为温度传感器DS18B20 ROM序列号的读取设计一个单独的电路，避免了在单总线硬件中读取ROM序列号而带来的复杂算法的困扰，简化了系统总体控制方案。系统软件编程采取了设多个标志位的思路，顺利地解决了温度报警值上、下限不能取负值的难题。同时，使用字符液晶控制器1602C，实时跟踪显示温度的当前值，温度显示带符号，并且可精确到0.1℃，显示及报警范围为-55-125℃。现有的多点测温控制系统惯用思路是把DS18B20 ROM序列号和实际测温共用一套硬件电路，致使读取多个DS18B20 ROM序列号的算法和程序复杂又难于实现，人为增加系统设计前的难度和工作量，使设计者望而却步，甚至因无法读出ROM序列号而不能进行以下的工作。本系统在设计上另辟蹊径，设计了一个简单的独立于应用系统的读取ROM序列号的专用电路。采用四路数字温度传感器挂在单片机的单总线上来模拟复杂现场的多点分布式温度测试。研究的主要问题是单总线上每个传感器温度的有选择地读出和实时显示（液晶）。研究的难点是四个DS18B20 ROM序列号如何读出及报警功能。研究的方法是在EDA设计和仿真平台 Proteus上进行电路原理图设计和程序设计，并进行软、硬件交互仿真。通过单片机开发板和液晶显示器及传感器等组成系统电路并调试出最终结果。 （1）DS18B20的多路选择 液晶同一时刻只显示一个温度值，但单片机可发控制信号让所有DS18B20测取温度并保存。用户可以通过按键来实现不同路温度的显示，由于每路DS18B20的内部ROM序列号不同，通过按键选择发送不同的序列号实现传感器和按键的一一对应。虽然DS18B20传感器同时转换了温度，但液晶上显示哪一路温度由按键来确定。 （2）DS18B20的状态监视 此系统要求液晶能够在DS18B20不存在或故障的情况下显示DS18B20的错误信息，此问题解决方案是在单片机程序中加入对DS18B20实时监测信号，如无法收到DS18B20的应答反馈信号，则表明DS18B20不存在或故障，然后在驱动液晶上显示DS18B20的错误信息。 （3）DS18B20的报警处理 由于要求此系统有温度报警功能，程序必须有报警程序。在程序主循环中，加入报警温度和当前温度实时比较指令，温度低于下限报警值，驱动液晶在温度值后显示“<L”。 温度高于上限报警值，驱动液晶在温度值后显示“>H”。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 创新点：采用一种独立于应用系统的简易电路读取多个DS18B20 ROM序列号（硬件设计的创新）；温度上、下限报警值可以在测量范围内设任意值（编辑思路的创新）。 技术关键：DS18B20 ROM序列号的正确读出；负限温度阈值的实现。 技术指标：实时温度测量精度为0.1℃；测量范围为-55-125℃。
科学性、先进性
- 现有的多点测温控制系统惯用思路是把DS18B20 ROM序列号和实际测温共用一套硬件电路，致使读取多个DS18B20 ROM序列号的算法和程序复杂又难于实现，人为增加系统设计前的难度和工作量，使设计者望而生威，甚至因无法读出ROM序列号而不能进行以下的工作。本系统在设计上另辟蹊径，设计了一个简单的独立于应用系统的读取ROM序列号的专用电路，大大减少了系统设计前的工作。另外，现有的电路无法实现报警值为负温度时的报警功能，这是由于程序中无法实现对有符号数的减法。本系统巧妙利用设置标志位的办法，把有符号数的减法转换为无符号数据的减法，克服了这一难题。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 调试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该系统的特点有优势有以下几点： （1） 测温范围宽，为-55-125℃ （2） 实时温度测量精度高，为0.1℃ （3） 上、下限报警值可在测温范围内任意设置 （4） 液晶显示跟随实时温度，且显示报警 （5） DS18B20 ROM序列号读取电路与系统电路独立电路及算法简便 该作品适用于粮食、蔬菜、水果及各种养植大棚多点温度监测场合，成本低，温控精确，液晶显示完备。在这些场合使用此温度监测系统预计可节约成本30万/年。
同类课题研究水平概述
- 近年来，在温度检测技术领域中，多种新的检测原理与技术的开发应用己取得具有实用性的重大进展。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。温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时 DALLAS（达拉斯）公司生产的 DS18B20 温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得 DS18B20 更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20 的优势更是学习单片机技术和开发温度相关的小产品的最佳选择。 智能传感器的研究和系统应用成本高、代价大，且算法复杂，不适合在成本较低的果蔬粮仓等大棚温度测量中应用，所以本系统成本低、精度高、功能齐全且可靠，经济适用。
