基于网络的远程温度检测系统设计

基于网络的远程温度检测系统设计

摘要

远程温度检测系统是一种不需人员到达现场就能完成远程温度监控的系统，它可以有效地解决传统人工检测存在的诸如效率低、成本高、错误率高的问题。

远程温度检测系统中最重要的部分就是数据传输方法的选择，根据现有的几种数据传输方法的优缺点，本文提出了一种基于以太网传输数据的远程温度检测系统方案。以太网具有不需单独布线，兼容性强，技术支持广泛的优点，采用以太网作为传输方法的远程温度检测系统有良好的发展前景。而且随着网络应用的普及，本方案只需要经过小量修改，则可应用到其他网络通信设计。具有较强的示范意义。

本系统分为三大模块，分别为数据采集模块，数据传输模块和上位机软件。数据采集模块通过8 位单片机ATmega32采集温度数据，将其储存到外围串行EEPROM中，防止意外断电造成数据丢失。数据传输模块分为以太网接口和ATmega32上的TCP/IP协议栈两部分。以太网接口硬件部分主要由ATmega32，以太网卡芯片Enc28j60组成，由于8 位单片机资源有限，ATmega32上的TCP / IP 协议栈只包含ARP，ICMP, IP, TCP 和UDP 协议，并且根据本系统需要实现的功能，这些协议经过了相应简化，例如，在ICMP 协议中仅实现了Ping 应答功能；在护协议中去掉了路由和数据报分片功能，仅实现数据报的发送和接收；在TCP 协议简化了状态机，滑动窗口和定时重传机制，减少了连接数。上位机软件利用VC++ 的SOCKET编程实现，具有测试连接，显示即时数据的功能。经过测试，本系统可以实现实时显示数据，与上位机进行通信，以及在上位机上实时查询数据的基本功能。

关键词：远程温度检测系统，以太网，TCP/IP协议

摘要 I

Abstract II

1 引言 1

2  网络开发环境介绍 2

2.1控制芯片ATmega32 2

2.2 网络芯片Enc28j60 3

2.3开发软件 6

3 TCP/IP协议的简介与分析 7

3.1 TCP/IP协议及实现原理 7

3.1.1 TCP/IP 协议简介 7

3.1.2 TCP/IP协议组分层 7

3.1.3 TCP/PI协议的封装 9

3.1.4 TCP/IP协议的分用 10

3.2以太网协议分析 10

3.2.1以太网首部结构 10

3.2.2 网络接口层功能及关系图 11

3.2.3  ARP 协议的分析 12

3.2.3.1 ARP协议说明 12

3.2.3.2 ARP 数据报分组格式 12

3.2.3.3 ARP 协议的高速缓存 13

3.2.4 IP 协议的分析 13

3.2.4.1 IP 协议说明 13

3.2.4.2 IP数据报格式 14

3.2.5 ICMP协议的分析 14

3.2.5.1 ICMP协议说明 14

3.2.5.2 ICMP 数据报格式 15

3.2.6 UDP 协议的分析 15

3.2.7 TCP 协议分析 16

3.2.7.1 TCP 协议说明 16

3.2.7.2 TCP数据报格式 17

3.3本章小结 18

4 TCP/IP协议的实现 19

4.1单片机下TCP/IP协议栈中协议的选择 19

4.2 ARP协议的实现 20

4.2.1 ARP首部数据结构 20

4.3 IP协议的实现 22

4.3.1IP协议的简化 22

4.3.2 IP首部的数据结构 23

4.3.3 IP首部校验和 23

4.3.4 IP协议的实现 24

4.4 ICMP协议的实现 25

4.4.1 ICMP首部数据结构 25

4.4.2　ICMP协议首部校验和 26

4.4.3 Ping命令的函数实现 26

4.5 UDP协议的实现 27

4.5.1 UDP数据报首部 27

4.5.2 UDP首部校验和 28

4.5.3 UDP协议的函数实现 28

4.6 TCP协议的实现 30

4.6.1 TCP协议的简化 30

4.6.2 TCP报头数据结构 31

4.6.3 TCP校验和 31

4.6.4 TCP协议的函数实现 31

4.7本章小结 33

5　实际应用——温度远程检测系统 34

5.1温度传感器DS18B20 34

5.1.1 DS18B20介绍 34

5.1.2 DS18B20温度检测 35

5.2 远程温度监控系统的设计 37

5.2.1设计思想 38

5.2.2 下位机具体软件实现： 39

5.2.3上位机的具体实现 44

5.3 监控系统实现情况 46

6总结 51

致谢 52

参考文献 53