基于物联网技术的体温检测仪设计

　　温度测控技术在我们的生产生活当中有着非常重要的作用，有很多场合需要对温度进行温度控制。在工业上，温度的测控更是重中之重，比如石油，化工等一些领域，石油的提炼就要非常严格的对温度进行控制。

　　在科技飞速发展的今天，一些传感器的发展也是有了突破性的进展，这些很多都是依赖化工行业的发展，温度传感器的发展更是日新月异。以往的热敏电阻测温方法精度不高，还要占用单片机等设备的ADC硬件资源，相比数字式温度传感器DS18B20就会逊色很多。DS18B20数字式温度传感器的精度最高可以精确到0.065摄氏度，测温范围也可以达到-55—-+125摄氏度，并且此温度传感器采用单总线的方式与MCU等设备连接，极大的节省了硬件资源。因此本设计选用的温度传感器为数字式的温度传感器DS18B20。

　　本课题的设计采用了DS18B20温度传感器，实现了温度数据的采集。通信采用485方式，软件通信协议选择Modbus-rtu协议，数据远传采用济南有人公司生产的GPRS DTU模块，通过无线数据传输将数据传输到有人云平台，方便数据远端查看。

　　1.熟练掌握温度传感器DS18B20模块的通信原理和接口方式及使用特点和方法。

　　2.熟练掌握51单片机的硬件资源情况及如何使用，了解汇编语言进而掌握利用C语言对单片机进行编程，熟练使用Keil C编程环境。

　　3.因为本设计基于MODBUS协议，所以本设计采用工业上比较常用且稳定的RS485方式通信，通信协议选择modbus-rtu协议。

　　4.由于选用了DTU模块，需要熟练掌握DTU模块的配置以及组网的方法。

　　5.了解并熟悉有人云平台的相关操作。

　　6.本课题设计的研究能让学生更好地熟练掌握基于单片机的应用系统的分析和设计方法，了解利用单片机开发产品的过程与步骤。大大的提高了学生对电子数字电路，模拟电路，单片机编程等知识，为学生不如社会参加相关工作打下了坚实的基础。

　　1.2.1国内发展现状

　　我国的温度测控技术相比于国外的发达国家发展较晚，大概开始与上个世纪的80年代，起点也都是在吸收国外成熟技术资料的基础之上开始的，正因为如此我们有国外资料的借鉴，发展的速度就会比较快速。

　　有一些领域这个差距可能至少差的半个世纪，比如有的发展中国家在某一领域现在的技术实力可能会和发的国家半个世纪之前的技术实力差不多，有的甚至还不如发达国家半个世纪之前的技术，比较落后。

　　不管怎么说，科技都是在发展了，而且我国的自动化产业也在向着智能化，稳定性高，大规模集成等方向发展。计算机技术的发展更是带动了许多行业革命性进步。

　　国内在物联网行业的发展时间比较长，也得到了良好的发展成就，目前已经产生相对完善的发展体系，我国研究组织在十年之前就开始对传感网进行深入分析，比如我国中科院上海微系统和信息技术研究所、南京航空航天大学、西北工业大学等众多著名研究组织，现在也开始不断研究"物联网"科技和相关系统，且得到较多成果。2009年，我国设计出第一颗物联网核心芯片—"唐芯一号"。当年11月初，综合投资高于2.76亿元的十一个物联网项目在江苏无锡顺利签署合约，该项目设计主要涉及传感网智能科技研究、传感网络使用研究、具体系统集成等与物联网产业相关的众多前瞻行业，上述项目的开启奠定国内传感网络的发展基础。2010年工信部与发改委的多次制定众多政策扶持物联网规模化发展，在2020年以前国内就开始筹划大概四亿元的资金扶持物联网规模化的发展。

　　在我国重大科技专项、国家自然科学基金以及"863"规划等方针政策的扶持下，我国全新宽带无线通信、功能齐全且可以规模化并行处理技术、光子与微电子器件和集成系统技术、传感网科技、物联网体系结构和其发展技术等分析、研究得到较大成就，多次创建传感科技国家核心实验室、传感器网络实验室以及相关行业发展重点等众多具备专业分析能力的组织与规模化发展中心，开展众多具备典型引导价值的重要发展项目。现在，北京、上海、江苏、浙江与深圳等我国发展水平较高的地区逐渐重视对物联网发展规划的分析，修订与此行业有关的发展计划与规则。制定众多与行业未来发展有关的规章制度与条文。根据国内现实发展情况进行研究，物联网行业开始变成各个地区战略性全新产业未来发展的关键领域，也是众多地区抢占的重要产业。

　　1.2.2国外发展现状

　　而在国外，发达国家自动化方面的研究已经很久了，从最早的组合仪表，继电器控制等方式已经慢慢向着计算机发面发展。测温方面也是同样。世界各个国家的温度测量与控制技术发展的很快，有些国家在逐步已经实现自动化的基础上正朝着无人化，智能化的方向发展。国外的主要产品有很多，比如有温室控制系统，恒温箱等。

　　全球单片机年产量大概是七亿片，每年销售业绩大概是三十亿美元。4位单片机具备诸多优势，比如性价比高、使用时间长、涉及范围广泛等优势。被普遍使用在众多加点产品内。8位单片机是全球主要使用的产品，目前比较普遍的类型是Intel8048、8051系列，此处后者这个类型逐渐变成现在我国单片机应用的主要类型，在家电、工业发展、智能仪器等行业内都可以看到此产品的使用。伴随集成电路工艺的健全与持续提升，融合ASIC与RISC相关科技之后，也开始设计出ASIC型（UC51）与RISC型（32位）等相关型号，这也是此林给未来发展趋势和潮流。

　　早期的水银温度计虽然精度高，但是测量时间长，读数不方便，目前越来越被淘汰，数字温度传感器，测量温度速度快，甚至可以做到秒测，同时数值可以实时的显示出来，这样便于读出。同时还可以针对高低温进行报警。目前在医院，对于心跳，血氧饱和度等相关体征数据已经可以通过携带型传感器，通过物联网实时监控，但是，人体体温仍然通过护士通过人工测量并记录的方式实时记录病患体温，这既消耗时间，同时也极大地增加了记录错误，反馈不及时等耽误治疗的风险。在X许多的私人医院，已经和X苹果公司建立起物联网医疗系统，通过患者携带的智能穿戴设备，实时监测患者各项身体指标，至其中就包含人体体温，智能穿戴设备会实时将信息采集并传送至医院的云台数据库进行大数据分析，一旦病患出现病变趋势，便可快速有效地给与病患治疗。

　　本设计便是基于物联网的体温检测仪，就是基于物联网快速、有效、便捷等特点，通过单片机来实时采集并处理数字温度计的数据，测量温度速度快，甚至可以做到秒测，同时数值可以实时的显示出来，这样便于读出。通过透传云服务器，查看终端设备数据也就是温度值，展现出病患的体温变换趋势，同时还可以针对高低温进行报警提醒医护人员加以重视。

　　目前我们称作的"物联网"，主要表示利用射频辨别、红外感应器、全球定位系统以及激光扫描器等相关数据传感设施，根据提前商定的有关合约以及条文，将所有产品和互联网彼此联系在一起，开展数据沟通与交流，进而完成智能化辨别、定位、追踪、监控以及管理的重要网络形式。简单的说，物联网是"物物彼此联系的网络"。目前主要包含两部分含义：第一，物联网重点与基础依旧是网络，主要在网络基础上进行深入延伸以及不断扩展;第二，主要用户端延伸以及扩展到所有物品之间，开展高效的信息沟通以及无障碍通讯。

　　物联网最初定义是XAuto-ID实验室在二十世纪末期第一次指出的，2005年世界电信联盟在全球峰会上正式公开《ITU互联网报告2005：物联网》，第一次指出"物联网定义"，且直接清晰地表明"物联网社会马上来临"。标志此领域的发展正式开始。

　　现在，全球众多国家的物联网大致位于早期技术分析和测试时期：美、日、韩等众多发展水平较高的国家开始加大投资，进一步分析探索物联网，且进一步开启以物联网为重要前提的"智慧地球"、"U-Japan"、"U-Korea"、"物联网发展规划"等众多世界性质的地区发展规划。

　　2009年初期，在X总统奥巴马和X工商管理者的"圆桌会议"中，IBM企业领导者清楚表明"智慧地球"的定义，全面叙述了与之相关的观点，也就是将传感器添加到电网、铁路、桥梁与公路等相关物体中，能量相对强大的计算机群，可以对所有网络内部人群与物体开展管理以及监督。如此，大众就能相对精准的使用动态形式确保大众日常生产以及生活的顺利进行，进而进入到"智慧"阶段。

　　2009年5月7、8日，欧洲等众多国家的领导者、公司管理者与专家学者在布鲁塞尔针对物联网开展深入分析，且确定发展欧洲国家经济的具体方式。欧盟委员会信息社会和媒体组织管理者鲁道夫·施特曼迈尔指出："物联网和相关技术就是此后发展的重点，也是不可忽视的关键部分"。2009年中期欧盟制定且披露了新阶段物联网的发展规划。

　　日本与韩国主要制定"U-Japan""U-Korea"的发展规划与想法。"U"源自拉丁文"Ubiquitous"，主要含义是"存在于任何地方"。日本把物联网当做本国主要发展计划，且贯彻到现实中;韩国制定《基于IP的传感器网基础设施构建基本规划》，直接把物联网明确成未来发展的全新动力和增长点。

　　一、本文主要使用单片机来查找以及获得数字温度传感器的相关内容，且把信息直接呈现给外界。

　　研究内容：

　　1、温度数据界面显示。

　　2、智能报警。

　　3、通信协议编写及调试

　　4、云平台配置

　　二、难点：

　　1、DS18B20驱动软件编写。

　　2、MODBUS通信协议编写。

　　3、透传云服务器GPRS-DTU配置

　　三、拟采取的解决措施

　　1、对照DS18B20数据手册查看时序图，并查找相关资料，修改程序

　　2、查找资料理解MODBUS通信原理。

　　3、查询透传云厂家，寻找技术支持。

　　第1-2周：论文选题，查阅资料，决定毕业设计方向。

　　第3周：完成开题报告终稿并上交打印版。

　　第4-5周：了解所用芯片功能，研究MODBUSRTN通信协议，熟悉proteus软件。

　　第6-8周：用proteus绘制电路图，并用keil编写程序。

　　第9周：完成设计作品并测试功能。

　　第10周：撰写论文初稿。

　　第11周：修改论文。

　　第12周：再次修改论文，确定论文终稿并上交。

　　单片微型计算机（MCU）自上个世纪问世以来，对人类社会的发展做出了突出的贡献，对人们的生产、生活产生了深远的影响。尤为突出的是X的Intel公司最早生产的MCS-51系列单片机，因为具有处理功能强、集成度高、可靠性高等一些特点自从问世以来，就在单片机的市场占据了很大的市场。

　　而如今单片机的发展也不再是一家独大，单片机的厂家也越来越多，芯片的型号更是多的数不清，单单从性价比来看51单片机已经不再占据多大的优势，而近几年新出的STM单片机，PIC单片机等等抢占了单片机市场的很大领域。但是本设计本着从易于上手，资料容易获取等方面考虑，还是选用了STC89C52RC单片机。

　　2.1.1单片机介绍

　　本设计选用的单片机为AT89STC89C52RC51单片机，它是由宏晶科技有限公司生产的一款8位单片机，STC89C52RC单片机实物外形图如图2-1所示:

　　2.1.2单片机端口介绍

　　1.典型的功耗小于0.1微安,需要通过外界中断来激发，在中断执行且顺利返回之后，继续操作之前的用户程序。

　　2.空闲模式的时候其典型的功耗为2毫安。

　　3.正常的工作模式：典型的功耗4Ma～7mA。

　　4.此单片机可以由外部中断来唤醒。设和做一些低功耗产品。

　　STC89C52RC单片机的引脚功能如图2-2所示。

　　VCC（40引脚）：接电源电压。

　　VSS（20引脚）：接地。

　　P0端口（P0.0～P0.7对照39～32引脚）。其主要是重要的漏极开路8位双向I/O端口。P0口是准双向口，开漏输出，当作为输出时需要接若上拉电阻。

　　P1/P2/P3端口（P1.0～P1.7对应于1～8引脚）。P1端口是真正的双向口，有内部若上拉电阻，作为输出时，不需要外接弱上拉电阻。

　　P3口的第二功能如表2-1所示：

　　表2-1P3口引脚的复用功能

　　RST（9引脚）：复位引脚。此引脚接入高电平信号时，单片机会产生复位操作。默认情况下此引脚接入电平信号。

　　29，30，31引脚本设计中用不到，再次不做介绍，如要了解，请自行查阅资料。

　　18，19引脚的功能是接入外部晶振功能。

　　目前我们使用的传感器表现出众多优势，比如，占地面积非常小，单总线的不需要使用过多的硬件资源，抗干扰水平不断提升，测温精准度很高，容易扩展，正是因为具有以上这些特点，促使DS18B20数字温度传感器得到各行业的认可和使用，在目前得到了良好的发展和应用，也是我们需要关注的重要型号。接下来我们深入研究上述传感器所具有的封装形式，详细情况恶意参考图2-3内容：

　　图2-3DS18B20器件的封装图

　　2.2.1主要特征

　　接下来我们开始具体分析，研究结果主要为：

　　1、全数字形式的温度转换和传送。

　　2、使用领先的单总线通信形式，在一定程度上节约单片机所需要的硬件资源，因此具备良好的节约性。

　　3、分辨率巅峰数值为12位，精度度最高可以达到土0.065摄氏度。

　　4、运行在12位分辨率时期的最长运行周期是750毫秒。

　　5、还能自主确定以及挑选寄生运行形式。

　　6、测温领域主要是–55°C~+125°C(–67°F~+257°F)

　　7、内置主要包含EEPROM，也具备有限温警示作用。

　　8、内部也包含64位的光刻ROM，甚至新增产品序列号，便于多个机器的联系和互动。

　　9、主要使用多种类型的封装方式，可以满足现实中众多硬件系统提出的标准。

　　2.2.2DS18B20温度传感器的工作原理

　　DS18B20温度传感器测温和信息传送基本上汇聚在单个芯片内，所以其所具备的抗干扰水平以及能力和其他型号相比更加强大，因此可以在更多行业和领域使用，目前也是我们普遍使用的型号。主要运行周期基本上可以被划分成两方面，主要是测试温度以及整合信息内容。在诠释其具体运行环节之前我们需要充分掌握以及认知其内部所具备的所有存储资源。此型号的温度传感器总共被划分成三类形式，也是目前我们经常使用的：只读存储器ROM，主要是存储与之相改的ID编码，前8位属于单线系列编码（具体编码则是19H），之后的48位是就是芯片内最重要的序列号，也是辨别的核心内容，最终的8位数据是之前所有数据的CRC码（冗余校验）。数据在出厂的时候就被全部设定完成不能让用户随便修改。此类温度传感器总共包含64位存储区ROM。数据暂存器RAM，主要使用与信息统计以及存放与传送数据内容，信息在掉电之后就随之丢失，此类传感器总共包含九个字节的数据存储区RAM，上述单个字节长度一般是8位。前两个字节是温度转变之后的数据值的具体内容，第3以及第4个字节主要采用用户EEPROM（一般出现在温度报警值储存）的镜像。等待重新上电复位时上述数值被刷新。第5个字节属于第3个EEPROM镜像。第6以及7个，第8个字节全部属于计数寄存器，主要目标是让用户全面了解到更高温度分辨率而的设定，此外其还是内部温度转变和统计的短时期存储单元。第9个字节属于之前所有字节的CRC校验码。EEPROM存储区，主要功能是存储需要长久存放的主要信息和内容，上、下限温度报警值和核查数据，DS18B20温度传感器总共包含三位EEPROM存储区，且在存储区RAM都具有镜像，以便便于用户的执行。

　　在用户读取温度数据之前都需要开展相对繁杂且比较精准的时序处理，这是因为DS18B20温度采集模块的硬件简单，结果就导致在软件上要有很大的开消，这也是节省硬件资源的一种方式。

　　2.2.3温度传感器DS18B20的操作流程

　　1.复位操作：要对DS18B20进行操作第一要直接对此类型号的传感器芯片开展复位操作，上述操作目前表示由单片机等控制器给温度传感器在单总线上最少要480uS的低电平信号。假如上述传感器在得到此复位信号之后，可以在15~60uS以后给予控制器回复单个表示芯片存在的脉冲信号。

　　2.代表存在的脉冲信息：在控制器发放复位命令电平完结之后，我们就可以看到控制器此时把单总线内的电平信号不断拉高，便于在15~60uS之后可以直接接代表存在的相关脉冲信号，上述信号也是我们需要关注的内容，其表示60~240uS范围内的低电平信号。此刻，控制器和DS18B20温度传感器两者之间的顺利沟通和互动基本上具有了一定的基础，此后最重要的步骤是控制器与温度传感器双方间的数据通信。复位时期假如当前的低电平信号时间缺少或者数据线断路都无法得到上述代表存在的脉冲信号，所以在早期设计的时候就需要充分关注到上述意外问题出现时的解决方式。

　　3.由控制器下发的ROM命令：当控制器与DS18B20温度传感器双方打完了上述的沟通招呼后，就要开始进行交流读取温度数据了，温度传感器内的全部ROM指令属于有条指令，在单个工作周期只可以同时发放单个指令，上述指令主要是芯片查找、指定匹配芯片、跳跃ROM、报警芯片查找、读取ROM信息。ROM指令全部属于8位数据长度，主要作用是对芯片内存在的64位光刻ROM开展操作。因此现实目标是可以在总线上挂接多个同类器件时直接高效的开展数据整合。非常明显的时候，在单总线上能同时期悬挂众多同类器件，此外利用读取所有器件内唯一ID号来进行分辨，基本上不会出现问题。通常来说，只挂接一个温度传感器芯片时就不需要关注此ROM指令（值得关注的是：此处的跳过ROM指令并非不发送上述命令，主要是使用独有的“跳过指令”来操作和进行）。

　　4.控制器在发放对存储器的操作指令之后：在控制器将ROM指令下发给对应的传感器之后，我们就可以持续不停歇的发放对存储器操作的相关命令。操作命令也是相同的8位，总共是六个指令，存储器操作的指令主要包含精准选取、详细撰写、开展拷贝以及到EEPROM存储区、把其中的报警值拷贝到RAM、温度数据转变、工作形式的转变。存储器操作主要作用是命令此类传感器需要完成怎样的任务，在何时完成任务，上述步骤就是我们需要管控的关键部分，也是不容忽视的重要方面。

　　5.数据信息读、写：在某个存储器操作的指令全部完结以后，此时需要执行指令或者信息的操作，上述操作需要参考存储器内的相关指令来确定，不能随意进行。假如要完成温度转换指令，此时控制器要全面等待传感器操作完自身指令，通常转换周期大概是500uS上下。假如执行数据的读写指令，此时要全面依照以及遵守温度传感器所具备的读写时序来进行。

　　单个温度传感器假如要读出目前的真实温度信息，此刻就需要完成两个运行周期，首个工作周期主要是：复位指令、跳过ROM指令、操作温度转移存储器操作的命令[44H]、需要等待大概500uS的温度转换周期。之后顺利执行接下来的周期主要是：复位指令、跳过ROM指令、顺利读取存储器操作指令、读数据（最多9个字节长度，中途能暂停操作，只读取单纯的温度值的时候读前两国字节就能顺利完成任务）。

　　Modbus协议分为Modbus-rtu和Modbus-ASCII协议，实际应用时，考虑到数据传输的效率问题，所以此刻挑选Modbus-rtu协议就可以得到更好的效果，得到更大的发展，也是目前我们主要使用的方式。Modbus属于重要的串行通信协议，出现在二十世纪八十年代左右，为采用可编程逻辑控制器（PLC）而撰写的。在此之后得到良好的发现，现在逐渐变成工业以及相关行业通信协议主要遵守的准则，此外目前是工业电子设施彼此间普遍使用的重要连接形式，还是未来的发展潮流，不容忽视，需要我们深入开展分析。Modbus和其他普通协议相比具备一定的优势，因此应用范围更加广泛，主要因素是：正式发表此外不存在版税标准，应用简单直接，不存在任何阻碍和限制。站在供应商的角度上进行分析，修改转移原本的位或字节没有相关限制和阻碍，Modbus支持众多设施连接在相同互联网内开展通信，根据案例进行分析，某个测量温度与湿度的设施，最终把测试结果传送给计算机。在数据筹集和监管监视控制系统（SCADA）内，Modbus一般功能是连接监控计算机以及remoteterminalunit(RTU)。此协议现在大部分使用在串口、以太网和相关认可互联网协议的网络类型。大部分Modbus设施通信可以利用串口EIA-485物理层完成操作[1]。站在串行连接的角度上进行分析，只包含两类变种，主要使用数值数据代表与协议细微内容上的差异。ModbusRTU属于相对紧凑，使用二进制代表数据信息的形式，ModbusASCII也是我们可以顺利读取，较长的代表形式。上述变种都能采用串行通讯（serialcommunication）形式。RTU格式未来的命令／数据都可以得到循环冗余校验的校验和，但是ASCII格式只能使用纵向冗余校验的校验和。被配置成RTU变种的节点无法与设定成ASCII变种的节点通信，反过来也是如此，此部分也是需要我们格外关注的内容。

　　Modbus协议目前master/slave架构的协议。其中最主要的部分是master节点，与其他采用Modbus协议参加通信的的slave节点不同。所有slave设施都具有单独的，不重复的地址，也是辨别的关键点。在串行与MB+网络中，必须被指定成主节点的节点才能开启命令（在以太网中，所有设施都可以发放单个Modbus命令，然而一般也存在单个主节点设施开启指令）。一个ModBus命令主要涵盖准备操作的设施Modbus地址。全部设施都可以得到命令，然而必须是指定位置的设施才可以执行和回应指令（地址0并非如此，指定地址0的指令是广播指令，全部得到指令的设施都可以顺利执行，但是不会进行回应）。全部Modbus命令包都涵盖检查码，进而明确最终到达的命令是否被损坏。通常ModBus命令可以指令单个RTU转变其寄存器的某值，控制或者读取单个I/O端口，和指挥设施回送单个或者众多寄存器内的信息内容。

　　有大量modems与网关支持Modbus协议，由于后者协议比较单一且便于复制。其中存在的众多内容都是为协议专门设计的。借助有线、无线通信脑汁短消息与GPRS的差异来顺利完成。但是设计者也需要处理众多阻碍和问题，比如高延迟以及时序等相关问题。

　　事实上MODBUSRTU和ASCII之间的内容全部相同，没有任何差异，主要的不同点是ASCII后者使用“：”标识帧起始，使用“CRLF”标识帧完结。校验使用LRC，将RTU帧内的字节内容转变成两个ASCII字符。例如在RTU形式下设施地址01仅仅是单个字节，在ASCII形式下转换成字符串“01”（16进制的3031）。前者的设施标识，功能码等基本上和MODBUSRTU类似，都能被当做是MODBUSRTU报文前边增加头，去除CRC校验尾。MODBUS协议清楚确定出四类主要数据种类：可读写位数据，只读位数据，只读16位数据，可读写16位数据。上述数据内容主要被叫做线圈与输入状态，输入与保持寄存器等。

　　MODBUS协议在智能设施内的使用相对普及，主要叙述内部报文和相关命令，但是智能设施怎样采用上述协议进行操作呢?

　　假如智能设施存在开关量传送，模拟量传送和计数器等相关装置。非常明显的是开关量输入能映射到10001地址，第一路开关量填写10001，第二路则是10002，„„„上述输出映射在00001地址，第一路是00001，第二路是00002，„„.模拟量输入映射到30001地址，第一路是30001，第二路是30002，„„模拟量输出与计数器输入映射在40001地址，第一路是40001，第二路是40002，„„显然还能把全部数据都存放在保持寄存器内，上述对于MODBUS主设施访问时相对轻松，工作效率也随之提升，然而操作环节较多，任务繁重。

　　目前设计使用modbus-rtu协议，因此，当我们挑选设施时需要根据上述选择，此外波特率选择的9600，数据位挑选八位，校验位挑选无，停止位挑选一位，设施地址确定成一。上述内容是顺利通信的重要参数，假如选择不科学，通信无法顺利进行。Com口可依照自身现实情况开展挑选，此刻主要使用PC机Com1口，因此就选择此形式。

　　Modbus-rtu通讯协议，信息在最初的时候最少使用3.5个字符的起始时间(参考下表2-1内的T1-T2-T3-T4)，此外根据采用的波特率，相对轻松的统计上述真实时间。此后开始后面的操作，首个区的数据就是设施地址，也是最重要的部分。

　　不同区允许发放的字符全部是16进制的0-9,A-F。

　　互联网设施接连监管网络内的数据内容，主要包含起始时间。在得到首个地址数据的时候，不同设施的马上开始解码，进而明确是否是对应的。发送全部符号完结之后，需要由单个3.5个字符的静止停止时间，此后才可以顺利发放后面全新的数据内容。

　　上述数据信息需要全部不间断的传送。在传送帧信息的时候，假如存在时间超过1.5个字符的时间时，接收设施会再次接受后续的数据，上述数据无法继续使用。Modbus-rtu信息帧叙述为。

　　2.3.1地址设置

　　数据信息地址主要包含8位(RTU方式)，高效的设施地址范围是0-247,(数据为十进制)，协议内从机设施的地址在1-247范围内。主机发送命令时将从机地址添加到一帧数据的地址位上，之后放数据和校验值，最终下发命令数据帧。从机响应时需要最先判定地址码，假如地址码对应，需要查看上述校验值是否合理，不存在问题之后得到数据。假如中间存在细微问题，上述数据废弃成为无用数据。

　　2.3.2功能码

　　信息帧内的功能代码是8位(RTU形式)。高效的数据码范围是1-225(十进制数据)。在主机给予从机传送命令信息时，数据帧内的功能代码会告知从机主机需要完成的任务和操作。比如读线圈具体状态，读变量内的数据值，撰写线圈（或者寄存器）的值等功能码各不相同。Modbus网络属于重要的工业通信系统，由携带智能终端的可编程序控制器与计算机利用公用线路或局部单独线路联系产生。其中系统结构不只包含硬件、此外也包含软件。主要被使用在众多信息采集与环节监控。下表2-3是具体的功能码概念。

　　2.3.3数据区的内容

　　数据区主要包含两个16进制数据，具体值是00-FF(16进制)，参考串行传输形式，主要包含单个RTU字符。

　　2.3.4错误校验

　　目前我们使用的Modbus-rtu总线，一般存在两类不正确的检查方式，错误区的具体内容需要按照选择的检查方式填报。在采用RTU通信协议形式的时候，此时错误校验码是16位数据值，也就是两个8位的数据字节。上述不正确的校验值主要是对数据帧内的数据信息内容进行测试，接收是否出现问题的重要方式，目前我们主要使用CRC-16校验方式。CRC-16校验值是一帧内的最终发送内容此校验统计得出的校验码提前发送给低位字节，之后发送给高位字节，因此其中存在的高位字节数据是整帧帧数据内最终被传送的字符内容。

　　上述错误校验主要环节为如：报文（此部分和数据位相关，不包含起始位、停止位以及随意选择的奇偶校验位）被当做接连不断的二进制，此时最高有效位（MSB）首选发送。报文提前和X↑16相乘（左移16位），之后选择X↑16+X↑15+X↑2+1除，X↑16+X↑15+X↑2+1能撰写成二进制数11000000000000101。整数商位可以不关注，16位余数增加此报文（MSB提前发放），变成两个CRC校验字节。余数内的1均进行初始化，避免全部零变成报文被接收。经过以上处理包含CRC字节的报文，假如没有问题，到接收设施之后再被相同多项式（X↑16+X↑15+X↑2+1）除，此时就可以得到单个零余数（接收设施核验上述CRC字节，且把其和被传送的CRC进行对比）。全部运算将2当做模（不存在进位）。

　　习惯于成串发放数据的设施会最先选择发送字符最右位（LSB-最低有效位）。其中在形成CRC的时候，发送首位就是被除数的最高有效位MSB。因为在运算中不使用进位，为方便后续操作，统计CRC时设置MSB位于最右位。形成多项式的位序也需要反过来，便于维持相同。多项式MSB可以忽略不关注，所以其仅仅对商产生影响和余数没有关系。

　　形成CRC-16校验字节的主要环节为：

　　①安装16位寄存器，全部数位都是1。

　　②上述16位寄存器的高位字节和最初8位字节开展“异或”计算。最终结果放到此处16位寄存器。

　　③将其整体右移一位。

　　④假如向右（标记位）移出的数位为1，此时形成多项式1010000000000001与此处寄存器开展“异或”计算；假如向右移出数位为0，此刻回到③。

　　⑤反复③与④，一直到移出八位。

　　⑥此外八位和寄存器开展“异或”计算。

　　⑦反复③~⑥，一直到上述报文全部字节都和16位寄存器开展“异或”计算，且移位八次。

　　⑧上述16位寄存器内容也就是2字节CRC错误校验，被添加到报文内的最高有效位。

　　此外值得关注的是，在部分非ModBus通信协议内也开始采用CRC16当做校验方式，此外得到大量CRC16变种，此刻主要采用CRC16多项式X↑16+X↑15+X↑2+1，第一次装入16位寄存器是0000；采用CRC16反序X↑16+X↑14+X↑1+1，第一次装入寄存器值是0000或者FFFFH。

　　本设计开机后首先会进行数据初始化，之后开始依次读取6路DS18B20温度数据传感器的温度数据，温度报警上限值默认设置为30摄氏度，报警下限值默认为10摄氏度。

　　系统框图如图3-1所示。系统由通信部分，报警部分，电源部分，单片机最小系统部分以及温度采集部分组成。当前本系统的主要部分是STC89C52RC单片机，主要利用控制选择某个DS18B20，且将检测得到的温度数据传送到单片机开展后续操作，之后将操作之后的温度产送到缓冲区，等待上位机的查询命令，设置阈值时，单片机接收到上位机发来的数据后，保存到单片机的相应的数据存储区。

　　当有温度出现报警情况时，系统会根据报警发出LED报警提示，并伴有声音报警提示。报警分为上下限报警和温度传感器DS18B20断线报警。

　　当前设计主要采用开关+5V电源确保电力，系统内电源内容只进行单纯的滤波。通信选择RS485方式通信，软件协议选择Modbus-rtu通信协议。选择RS485的原因是RS485方式相比RS232具有通信距离远，布线少，布线更方便，抗干扰更强等一些特点。

　　系统分为电源部分，单片机最小系统，通信电路，温度采集电路，声光报警电路等部分。

　　3.2.1单片机最小系统

　　单片机最小系统内容的电路图可以参考图3-2内容。图内C4,S5，R21组成内部复位电路。假如在顺利运作的时候，复位管脚被电阻R21拉低，促使其位于用户顺利操作时期。在S5被按下之后，将其中的复位管脚电平拉到高电平，促使其进入复位状态，C4具备一定的去抖功能。C6、C7与Y1为晶振电路，保证单片机正常工作。RP1为准双向口P0口的上拉电阻。根据数据手册，我们知道51单片机的P0口为准双向口，即不是真正意义上的双向口，因为当P0口做输出使用时，如果不接上拉电阻，P0口是开漏输出，需要上接上拉电阻从诶呦输出高电平的能力。

　　通常长久的奋斗和持续学习与积累，在张华老师与赵爱明老师的教育与引导下,在所有老师与同学们耐心帮助和支持下，基于MODBUS协议的仪表通讯系统的设计马上就要完结，我也顺利完成学校所要求的所有设计任务。我需要感谢一直指导我论文撰写工作的导师，没有您的耐心教导和指正，我的论文也无法顺利撰写完成，导师不仅对我的学习有很大的帮助，此外也影响了我的生活观念，是我人生道路上的重要引路者。此外，我也需要感恩多年学习生涯中始终耐心教导我们的老师和教授、辅导员，是他们的帮助和教导，让我们拥有安稳的学习环境。所以，我也要对所有帮助我，关心我的朋友、老师、亲人表达我诚挚的谢意。

　　我主要设计了基于物联网的体温检测仪，就是基于物联网快速、有效、便捷等特点，通过单片机来实时采集并处理数字温度计的数据，测量温度速度快，甚至可以做到秒测，同时数值可以实时的显示出来，这样便于读出。通过有人透传云服务器，查看终端设备数据也就是温度值，展现出病患的体温变换趋势，同时还可以针对高低温进行报警提醒医护人员加以重视。同时，最大的优势在于有人网络具有完备的服务体系，通过购买相关的有人云服务，可以增加入网数据点，为云台数据库扩容，同时更有有人网络独特的“中性服务”，可以定制化报警邮件格式，定制化微信公众平台推送等等，节约了许多上位机系统，服务器租赁费用，后期维护费用等等，稳定性更高，成本更低廉。

　　本次设计的基于MODBUS协议的仪表通讯系统属于分布式的温度测量系统，主要能远距离对温度进行测试与监管。主要使用单总线技术，参考DS18B20的通信协议，让主机向DS18B20传送指令，选取DS18B20转换的温度，进而完成对众多环境的温度的测试。

　　本文叙述使用单片机STC89C52RC控制DS18B20，重点研究不同单元电路的设定，和多种电路、单片机的接口科技。最终也确定出具体软件的设计详情，采用C语言开展程序设计。本文主要使用模块化形式开始叙述，对不同模块的设计开展相对全面的叙述。

　　通过本次毕业设计，我了解到更加充足的知识，很多都是在学习中没有涉及的内容，我也尝试查阅相关数据和使用工具书，和高效使用PROTEUS仿真与KEIL设计工具。在本次毕业设计结束之后，我全面清晰的了解到必须把理论知识和实践相融合，才可以得到收获，才可以稳固原本所学习到的所内容，了解到自身的缺点和问题。

　　[1]吕建波.基于单总线数字温度传感器DS18B20的测温系统设计[J].《现代电子技术》.2012,(19):117-119

　　[2]范海绍.零起点学Proteus单片机仿真技术[M].北京：机械工业出版社.2012

　　[3]朱清慧.Proteus教程[M].清华大学出版社.2011.6

　　[4]胡鸿志.基于新型温度传感器的数字温度计设计[J].《电子测量与仪器学报》.2011,(8):741-744

　　[5]高峰.单片微型计算机原理与接口技术[M].科学出版社.2013.6

　　[6]张剑，徐东明，赵新毅.数字温度传感器的带隙基准电压源设计[J].《中国集成电路》.2014,(9):46-5

　　[7]李春英邱春.医疗物联网文献分析[J].《物联网技术》.2017,7(12):77-79

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　　[9]高东京，李钰现代物联网科技发展文献调查研究[J].《信息记录材料》,2018(5)

　　[10]Characteristic Analysis of DS18B20 Temperature Sensor in the High-voltage Transmission Lines’Dynamic Capacity Increase DOI:10.4236/epe.2016.54B106,PP.557-560

　　[11]J.Di,“Multi-level Communication Technology Based on RS-485 and SCM,”China Science and Technology Information,No.17,2006,pp.126-129.