摘 要

数据采集是对测量真实世界物理条件的采样信号进行处理，并将得到的样本转换为计算机数据采集系统操作的数字数值的过程。近年来，数据采集及其应用受到了越来越多的关注，数据采集系统也得到了快速发展，可以广泛应用于各个领域。普通的单点测量费时费力，浪费单片机的性能，并且单点测量很难正确评估所测量空间的温度状态。因此为了解决上述问题，提出来多点温度数据采集系统方案，该方案有对单片机的利用率高、采集速度快、误差小、结构简单、易操作等特点。

本系统主要包括STC89C52单片机、温度传感器DS18B20和上位机模块。本文首先介绍该系统的背景和意义，基于此对多点温度采集和传输系统和框架进行整理分析，得到该系统的总体方案，即该系统有温度传感器模块、数据采集卡模块、USB通信模块和上位机模块组成。

关键字：温度数据；多点采集；STC89C52；DS18B20

Abstract

Data acquisition is the process of processing the sampling signal of measuring the real world physical conditions and converting the obtained sample into the digital value operated by the computer data acquisition system. In recent years, more and more attention has been paid to data acquisition and its application, and data acquisition system has been developed rapidly, which can be widely used in various fields. Common single-point measurement is time-consuming and energy-consuming, which wastes the performance of single-chip microcomputer, and it is difficult to correctly evaluate the temperature state of the measured space by single-point measurement. Therefore, in order to solve the above problems, a multi-point temperature data acquisition system is proposed, which has the characteristics of high utilization rate, fast acquisition speed, small error, simple structure and easy operation.

This system mainly includes STC89C52 single chip microcomputer, temperature sensor DS18B20 and upper computer module. Firstly, this paper introduces the background and significance of the system. Based on the analysis of the multi-point temperature acquisition and transmission system and framework, the overall scheme of the system is obtained, which is composed of temperature sensor module, data acquisition card module, USB communication module and upper computer module.

Keywords: temperature data; multi-point acquisition; STC89C52; DS18B20

目 录

第1章 绪论 4

1.1引言 4

1.2课题背景及来源 4

1.3温度测量系统国内外发展现状 4

1.3.1国外农业温室监控系统的发展 5

1.3.2国内农业温室监控系统的发展 6

1.4本课题要解决的主要内容 7

第2章 本系统的总体方案设计 8

2.1系统的总体方案 8

2.2单片机的选型 8

2.3传感器的选型 9

2.4 USB转串口芯片的选择 11

第3章 系统硬件电路设计 13

3.1 USB模块的设计 13

3.2 传感器模块硬件电路设计 13

3.2.1 传感器硬件模块接口电路 13

3.2.2 数字温度传感器DS18B20 14

3.2.3 单总线技术 17

3.3 PCB设计 20

第4章 系统软件开发 23

4.1系统软件设计的整体框架 23

4.2温度采集程序设计 23

4.3温度的处理与显示程序设计 26

4.4上位机显示软件 29

第5章 系统的测试 30

第6章 总结与期望 32

6.1本文的主要结论 32

6.2对未来的展望 32

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1引言

在集成电路和微型计算发展日新月异的时代，基于单片机数据采集系统迅速地应用于工农业的生产中，数据采集系统包括了对数据的采集、处理、存储等一系类活动。这项任务是收集生产现场上所有种类的参数，然后把收集到的数据传输到上位机，上位机根据不同的算法对数据进行分析，然后得到相应的数据^[1]。

温度监测广泛用于人们的实际生活。如在发电站、纺织业、食品、医药品、仓库、农业温室等很多地方对温度参数要求非常严格。因此，实时有效地检测并监视这些场所的温度数据是非常重要的^[2]。但是目前的人工对温度的测量面临着效率低、劳动时间长等问题，而且还会因为测量的数据偏差太大不具有代表性，使测量结果失去意义。

1.2课题背景及来源

在日常生活中温度是人类接触最多的物理量，小到个人的穿衣住行，大到国家的粮食安全储备，工业发展都和温度密切相关。对食品来说过高的温度会使食品迅速变质发霉，而过低的温度可以使食品的口感变差。再比如为了提高舒适性、美观度、效率和生产能力，在商业大厦、办公楼、人民公园、高档小区等成批的建筑以及生产装配公司、生产一线等工业部门的公共场所装备了很多高能耗装备。对温度的掌控提高了人们的生活水平、生活生产效率以及生活的舒适度，但是也带来了很多新的问题，如温室效应和能源危机^[3]。尤其进入21世纪以来世界性环境问题越来越多的引起全球人们的关注，因此对温度的研究愈来愈重要。

近年来温度测量的发展迅速，在智能家居行业影响颇深，同时温度的测量也是智能家居的起点，一切控制的起点都要参照当前的温度，由于智能家居的发展人们对室内温度的要求也越来越高，如老式空调的调温既有延迟又有调节延迟过大的缺点显然不能胜任现在智能化的要求。虽然对温度的要求越来越高但是地球的资源是有限的，它不仅需要设计师满足空间的美感，还加入需要节能环保的设计理念，以低能耗满足室内温度和湿度要求和人员健康要求^[4]。同时基于室内温度的测量也可以应用在现代农业，仓储运输等行业，因此该课题所要完成的任务适应性较广。

1.3温度测量系统国内外发展现状

温度测量较为宏观，仅以农业温室大棚对温度的控制为典型代表。环境监测系统在各个领域得到了很好的应用，提供了更准确、方便、有效的数据信息，能够对数据分析结果快速做出有效的响应措施。农业远程监控系统降低了工人的劳动强度，大大提高了农作物的质量^[5]。温室作物最适宜生长环境的调控经历了人工控制、机械设备控制、电子控制和智能综合控制的时代，逐步进入了信息智能化时代。随着对温室作物研究的不断深入，对温室环境的研究也越来越受到重视。一些研究成果在农业上得到了很好的应用，农业发展程度有了很大的提高^[6]。

1.3.1国外农业温室监控系统的发展

20世纪70年代，欧美等发达国家就已经完成了对温室单因子的研究与控制。但是，在温室环境因素的限制下，外部气候的微小变化会影响温室的小气候，并且由于环境的复杂性，一个因素的变化必然会像多米诺骨牌一样，引起其他因素的变化^[7]。为了解决环境因子相互作用的问题，利用已有的数据设计了一个计算机模型采用环境多因子联动方案，当一个因子发生变化时，系统会为其他因子做出适当的补偿动作^[6]。