摘 要

21世纪，工业化发展趋向于逐步成熟，工业生产占据了人类生活活动的极大地位,其中工业控制计算机（Industrial Personal Computer，IPC）即工控机，也就相当于整个工业生产中的“大脑”。工控机能够管理和控制工业现场，工控机的正常运行也能够保证工业生产的顺利执行。本文提出设计了一个工控机温度监视器，通过实时的监控工控机的CPU、硬盘和机箱内部的温度，来确保工控机处于一个正常的工作状态。

本课题采取以51单片机作为主控机，数字式温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并且利用了通信端口一对一的连接方案。本课题中的工控机温度监视器除了要完成能采集温度，显示温度的功能，还得具备报警机制和降温处理机制。当工控机运行温度不在正常值范围内时，报警和降温机制响应以便工程人员采取相应的应急措施和开机备份系统，把可能的损失减到最小。

关键词：工控机；传感器；温度监视

Abstract

With the industrialization tending to mature gradually, industrial production has occupied a great position of human life activities in the 21st century. The IPC, which is also called Industrial Personal Computer, is equivalent to the "brain" in industrial production. The IPC can manage and control industrial production in the industrial field, so the normal operation of IPC can guarantee the smooth implementation of the industrial production. We come up with a project of IPC Temperature Monitor in the article, which is able to monitor the temperature of CPU, hard disk and chassis to ensure that the IPC is in a normal working state.

This topic adopts 51 Single-Chip Microcomputer as a main control machine, and the digital temperature sensor DS18B20 as a temperature acquisition unit, whose communication port is one-to-one connections. Besides collecting temperature and displaying temperature, the IPC Temperature Monitor also has the alarm mechanism and the cooling processing mechanism. If the IPC is beyond the scope of normal operating temperature, the alarm and cooling processing mechanism will help engineering personnel to take corresponding emergency measures and boot backup system so that the possible losses will be minimized.

Key Words: IPC; Sensor; Temperature Monitor

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要研究内容 2

1.4 研究目标 2

第2章 系统分析 3

2.1 总体方案设计 3

2.2 各模块方案选择 4

2.2.1 主控模块方案选择 4

2.2.2 温度采集模块方案选择 4

2.2.3 温度显示模块方案选择 5

2.2.4 声光报警模块方案选择 6

2.2.5 按键设置模块方案选择 6

2.2.6 风扇降温模块方案选择 6

第3章 硬件设计 7

3.1 主控模块硬件设计 7

3.1.1 单片机AT89C51简介 7

3.1.2 主控模块硬件电路 9

3.2 温度采集模块硬件设计 10

3.2.1 温度传感器DS18B20工作原理 10

3.2.2 温度采集模块硬件电路 12

3.3 温度显示模块硬件设计 13

3.4 声光报警模块硬件设计 14

3.5 按键设置模块硬件设计 14

3.6 风扇降温模块硬件设计 15

第4章 软件设计 16

4.1 主程序设计 16

4.2 温度采集模块程序设计 17

4.3 温度显示模块程序设计 18

4.4 声光报警模块程序设计 18

4.5 按键设置模块程序设计 19

4.6 风扇降温模块程序设计 20

第5章 系统实现 22

5.1 系统仿真与调试 22

5.1.1 仿真测试一 22

5.1.2 仿真测试二 24

5.1.3 仿真测试三 25

5.2 系统实物制作与调试 27

5.2.1 实物焊接 27

5.2.2 实物调试 29

第6章 总结 32

参考文献 33

附 录 34

致 谢 41

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

温度作为日常生活中能测量物体冷热变化的基本物理量，它影响到人类生活的方方面面。温度同时也作为工业生产领域中最基本的工艺参数之一及工业生产领域中物理变化、化学变化的基本参考标准，由此我们可以利用测量温度、比较温度变化的办法来判断物体的某种性质。随着18世纪60年代工业革命的出现，温度这一基本参量几乎可以说是在各个工业生产领域占据了极为重要的位置，像是金属冶炼、石油开采、机械设备制造、食品制造、医疗器械制造等工业行业^[1]。目前，温度监测已成为工业生产领域中必不可少的环节之一，例如对电线电缆温度监测可以保证电网安全运行、电缆使用年限、并且以此为依据合理调度电力；温室大棚温度监测可以保证农作物健康生长、农作物产量充足；啤酒杀菌机温度监测是啤酒装瓶过程中不能或缺的步骤，是其品质的保障^[2]；工业锅炉温度的监测可以保证工作时的可靠安全、提高燃烧效率、节约资源等等。由此，我们可以清晰地看到温度对于工业生产领域的重要意义。

20世纪90年代，工控机进入国内市场，它作为一种能够对生产过程、机电设备以及工艺装备采用检查、调控方式的工业生产领域的计算机应运而生。随着科技水平地不断提高和不断革新，工控机的市场需求也逐渐增大，工控机逐渐成为了人们工业生产和生活中重要的组成部分，如今工控机的应用范围非常广泛，那么我们对工控机的温度监测就会占据至关重要的地位。此课题是基于单片机的工控机温度监视器的设计，通过监视工作时工控机CPU、硬盘、机箱内部的温度，并判断温度是否处于正常范围内，由此来判断工控机是否能正常工作，以便相关人员可以排查错误，确保工控机的正常工作，从而使得工业生产过程能正常有序地运行。