基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究(畢業(yè)論文)

1、沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目：基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究 院 系： 信息與控制學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 成 績： 2014年6月25日目 錄1 設(shè)計要求與方案論證31.1 設(shè)計任務(wù)要求31.2 硬件方案設(shè)計31.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證31.2.2 傳感器溫度的設(shè)計方案論證41.2.3 模塊顯示的方案論證51.3 編程語言與調(diào)試環(huán)境選擇62 恒溫箱的硬件設(shè)計72.1 單片機(jī)主芯片stc89c51介紹72.1.1 stc89c51主要功能及pdip封裝82.1.2 stc89c51引腳介紹82.1 3 單片機(jī)的晶振與復(fù)位電路：92.2 溫度采集電路設(shè)計

2、122.2.1 溫度傳感器的選取122.2.2 溫度采集器ds18b20接口電路設(shè)計142.2.3 溫度采集器ds18b20的內(nèi)部設(shè)計142.3 溫度顯示電路設(shè)計152.4 繼電器電路的設(shè)計162.5 報警電路設(shè)計172.6 自鎖開關(guān)電路的設(shè)計182.7 dc插口的設(shè)計193 系統(tǒng)的軟件設(shè)計203.1 軟件說明203.2 溫度傳感器ds18b20的程序流程圖203.3 主程序流程圖21參考文獻(xiàn)22附錄a 硬件原理圖23附錄 b程序代碼24附錄c實物圖3232沈陽工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計1 設(shè)計要求與方案論證首先要明確設(shè)計恒溫箱的要求，然后再整體討論和確定制作恒溫箱方案，最后在完成。1.1 設(shè)計任務(wù)要

3、求溫度基本范圍0-99 ；溫度精度誤差小于 0.1 ；數(shù)碼管直讀顯示；可以控制溫度；擴(kuò)展功能：可以進(jìn)行溫度上下限的任意設(shè)定控制及報警功能，并且可以驅(qū)動負(fù)載進(jìn)行升溫或降溫。1.2 硬件方案設(shè)計 1.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證因為單片機(jī)具有以下的很多優(yōu)點，所以被我們拿來作為制作恒溫箱的的首選芯片單片機(jī)具有的特點：1、易擴(kuò)展 單片內(nèi)部具有正常運行計算機(jī)所必需的所有部件。芯片外部具有許多可以擴(kuò)展用的三總線及串行、并行輸入/輸出的管腳，很容易的就能組成各種規(guī)模的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。2、高可靠性，集成度高，體積小等特點 單片機(jī)在一塊晶體芯片上將各功能部件集成起來，以為集成度比較高，所以單片機(jī)體積自然而

4、然也就比較小了。芯片本身是按照在工業(yè)生產(chǎn)測控環(huán)境的要求下進(jìn)行設(shè)計的，芯片內(nèi)部布線很短，其工業(yè)抗噪音性能也優(yōu)于一些通用的cpu。一般單片機(jī)將程序指令，常數(shù)及表格等都固化在rom中不易照成損壞，大部分的信號通道都在同一個芯片內(nèi)部，故而可靠性比較高。3、電壓低，功耗低，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式的系統(tǒng)，許多單片機(jī)的內(nèi)部最低工作電壓僅為1.8v3.6v，而且工作電流僅僅為數(shù)百微安。4、控制功能強(qiáng) 為了滿足對對象的控制需求，單片機(jī)的控制指令系統(tǒng)均有極其豐富的條件:i/o口的邏輯操作，分支轉(zhuǎn)移能力以及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 5、優(yōu)異的性價比 單片機(jī)所具有的性能極強(qiáng)。因為為

5、了提高效率和運行速度，所以單片機(jī)開始使用risc流水線和dsp等相關(guān)技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力已經(jīng)突破64kb的限制，有的已可達(dá)到1mb或16mb，片內(nèi)的rom容量以達(dá)到62mb，ram容量則以達(dá)到2mb。因為廣泛的使用單片機(jī)，因而單片機(jī)的銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭已經(jīng)使其具有很高的性價比。 方案一:采用stc89c51芯片作為核心。stc89c51內(nèi)部芯片具有4kb rom 存儲的空間, 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間，具有2k字節(jié)的eeprom存儲空間，完全與mcs-51系列單片機(jī)兼容,stc89c51同時可通過串口進(jìn)行下載。方案二:采用at89s51。at89s51片內(nèi)具有4k字節(jié)的程序儲存空間，

6、雖然256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間沒有eeprom存儲空間，但同時與mcs-51系列單片機(jī)也完全兼容，有在線編程的可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都能夠滿足設(shè)計，但stc89c51相對于ats89c51來說價格跟低一些，而且具有下載方便簡單的特點。所以，選用stc89c51片作為系統(tǒng)芯片。1.2.2 傳感器溫度的設(shè)計方案論證溫度傳感器是利用物質(zhì)的物理性質(zhì)來跟隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)化為電量的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，它們種類繁多。按測量方式可分為非接觸式和接觸式兩大類，按傳感器的電子元器件特性材料以及材料可分為熱電偶和熱電阻兩大類?，F(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息處理(

7、計算機(jī)技術(shù))和信息傳輸(通信技術(shù))。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段；(1)分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器/控制器；(3)智能溫度傳感器。新型溫度傳感器正是從模擬式轉(zhuǎn)向數(shù)字式、由集成化轉(zhuǎn)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向。在20世紀(jì)90年代中期利用的8位a/d轉(zhuǎn)換器的溫度傳感器，它的溫度分辨能力只能達(dá)到1c，而且它測量溫度的精度比較低。而現(xiàn)在的912位a/d轉(zhuǎn)換器，分辨能力高達(dá)0.50.0625c?，F(xiàn)在為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，有的芯片也采用高速逐次逼近式的a/d轉(zhuǎn)換器。目前，智能型溫度傳感器的總線技術(shù)同時也實現(xiàn)了規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，采用的總線主要包含i2c總線、

8、1-wire總線、spi總線以及smbus總線。作為從機(jī)的溫度傳感器可以通過專用的總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。方案一:本設(shè)計是測溫電路，固使用熱敏電阻之類的器件利用其溫度感應(yīng)的效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電流或者電壓采集過來，用 a/d 轉(zhuǎn)換后，就可用單片機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示器上，可以將被測物體的溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 a/d 轉(zhuǎn)換電路，而感溫電路比較麻煩。方案二:考慮到使用的是溫度傳感器，所以在單片機(jī)電路設(shè)計中，大多數(shù)使用的都是傳感器，所以可以采用一只溫度傳感器 ds18b20，此傳感器，可以很容易的讀取被測物的溫度值，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從這兩種方案來看，他們都能夠完全滿足設(shè)計的需求，但

9、是從兩種方案來看，采用方案二，電路會比較簡單，并且軟件設(shè)計也會比較簡單，所以故本次設(shè)計采用了方案二。 1.2.3 模塊顯示的方案論證方案一：1602液晶模塊1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等顯示模塊它有若干個5x7或者5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形 它的優(yōu)點是微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。方案二：數(shù)碼管的顯示 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光元器件，它的發(fā)光二極管是其基本單元。它按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，其中八段數(shù)碼管比七

10、段數(shù)碼管多了一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”也可分為1位、2位、4位等一些數(shù)碼管：從發(fā)光二極管單元的連接方式可以分為共陽極數(shù)碼管、共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管就把所有發(fā)光二極管的的陽極連接到一起，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com連接到+5v上，當(dāng)其中某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段會就點亮，但當(dāng)它某一字段的陰極為高電平時，他所對應(yīng)的字段就不會被點亮。共陰數(shù)碼管就是指將發(fā)光二極管所有的的陰極接到一起從而形成公共陰極(com)數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在使用時應(yīng)將公共極com連接到地線gnd上面，當(dāng)某一字段的發(fā)光二極管陽極為高電平時，它所對應(yīng)字段就會被點亮，但當(dāng)某一

11、字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不不會被點亮。由于它的價格便宜切使用簡單在所以在家電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。綜上所訴：雖然lcd1602顯示較全；由于價格也差數(shù)倍之多，而且對于只顯示溫度值的話數(shù)碼管完全夠用，所以本設(shè)計選擇數(shù)碼管，固本設(shè)計的顯示模塊選著數(shù)碼管。1.3 編程語言與調(diào)試環(huán)境選擇本設(shè)計采用的是c語言編程，與其他語言相比c語言具有很多的優(yōu)點。比如可以適用于軟件開發(fā)，直接編輯調(diào)用內(nèi)存，驅(qū)動程序等等。 與匯編相比，c語言在可讀性、功能性、可維護(hù)性、結(jié)構(gòu)性上具有明顯的優(yōu)勢，而且含有可以調(diào)用的大量庫函數(shù)。本設(shè)計通過keil c51來調(diào)試，keil c51是美國keil software公司出品的51系列

12、并兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)的系統(tǒng)。keil包含包括c編譯器、連接器、宏匯編、庫管理與功能齊全的仿真調(diào)試器在內(nèi)的等等完整開發(fā)方案，并且通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分整合到在一起。2 恒溫箱的硬件設(shè)計2.1 單片機(jī)主芯片stc89c51介紹stc89c51是由宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。1、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部ram）8051芯片中一共有256個ram單元，但它能作為寄存器供用戶使用的只有前128，后128個單元只能被其專用的寄存器所占用。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部ram。2、中央處理器（cpu）它的中央處

13、理器是單片機(jī)的核心,能夠完成控制和運算的功能。8051的cpu能夠處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼3、內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部rom）8051一共有4kb掩膜rom，用于儲存原始數(shù)據(jù)、程序或表格，因此，稱它為程序存儲器，簡稱內(nèi)部rom。4、并行i/o口 mcs-51共有4個8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。5、計數(shù)或定時器8051共有兩個16位的計數(shù)或者定時器，用以實現(xiàn)計數(shù)或定時功能，并以其計數(shù)或定時結(jié)果控制計算機(jī)。6、串行口8051單片機(jī)有一個全雙工的串行口，用以實現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間進(jìn)行的串行數(shù)據(jù)傳送。此串行口的功能極大，不但可以用做全雙工異步通信的收發(fā)器，同時也

14、可以作為同步的移位器應(yīng)用。7、 時鐘電路8051芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但英晶體和微調(diào)電容需要外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 mhz和12 mhz。8、中斷控制系統(tǒng)8051單片機(jī)中斷作用比較強(qiáng)，為控制應(yīng)用提供了有力的支持。8051共有5個中斷源，即串行中斷一個，外中斷兩個，定時/計數(shù)中斷兩個。全部中斷只分為低級和高級共兩個優(yōu)先級別。從而可以看出，mcs-51雖然是只一個單片機(jī)芯片，但其包括作為計算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件，因此，實際上mcs-51已是一個簡單的微型計算機(jī)系統(tǒng)了。2.1.1 stc89c51主要功能及pdip封裝兼容mcs51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫f

15、lash rom32個雙向i/o口256x8bit內(nèi)部ram3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24mhz2個串行中斷可編程uart串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2.1.2 stc89c51引腳介紹1、 主電源引腳（共有2根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源gnd(pin20)：接地線2、外接晶振引腳（共有2根）xtal1(pin19)：芯片內(nèi)振蕩電路輸入端xtal2(pin20)：芯片內(nèi)振蕩電路輸出端3、控制引腳（共有4根）rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)的2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)

16、復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號psen(pin29)：外部存儲器讀選通信號ea/vpp(pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。4、可編程輸入/輸出引腳（共有32根）stc89c51單片機(jī)有4組8位的可編程i/o口，分別為p0、p1、p2、p3口，每個口有8位（共有8根引腳），共32根。p0口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱：p0.0p0.7圖2.1 stc89c51引腳介紹 p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱：p1.0p1.7 p2口（pin21pin28）：8位

17、準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱：p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱：p3.0p3.7圖2.2 stc89c51封裝圖2.1.3 單片機(jī)的晶振與復(fù)位電路：從stc89c51單片機(jī)的rst引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就會執(zhí)行復(fù)位的操作，手動按鍵復(fù)位有脈沖式和電平式兩種方式。其中電平復(fù)位是通過rst端經(jīng)過電阻與電源vcc接通而實現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖2.3所示。圖2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路1、內(nèi)部方式時鐘電路8051芯片內(nèi)部具有一個高增益的反相放大器，芯片引腳xtal1端為其輸入端，xtal2引腳為其輸出端。但是芯片的外部，xtal1與xtal2相跨接

18、的微調(diào)電容與晶體振蕩器，組成一個牢固的自激振蕩器，單片機(jī)的時鐘電路就組成了，如圖2-3所示。時鐘電路所產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻后，才成為了單片機(jī)的時鐘脈沖信號。其中要特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會造成概念上的混淆。一般，晶體的振蕩頻率范圍在1.212mhz，電容c1和c2一般取30pf左右。晶體振蕩頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機(jī)運行速度也就越快。8051在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率一般為6mhz或12mhz。圖2.4 時鐘振蕩電路2、外部方式時鐘電路由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了使各個單片機(jī)之間時鐘信號同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號作為各個單片機(jī)

19、之間的振蕩脈沖信號。這時，外部的脈沖信號的注入由xtal2引腳完成，其連接如圖2-4所示。圖2.5 外部時鐘源接法3、時序時序是用定時單位來說明的。8051的時序定時單位一共有4個，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。它們之間的關(guān)系如下：(1）一個振蕩脈沖的周期為節(jié)拍；(2）一個狀態(tài)就包含兩個節(jié)拍；(3）一個機(jī)器周期的寬度為6個狀態(tài)；(4）一條指令周期由若干個機(jī)器周期所組成。 4、單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位就是使cpu和系統(tǒng)中的其他的功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個初始狀態(tài)開始工作，復(fù)位后pc=0000h，使單片機(jī)從第一個單元取指令。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須是使rstrs

20、t/vpd 或rst/vpd引腳加入持續(xù)的兩個機(jī)器周期（即24個振蕩周期）的高電平。若是時鐘頻率為12 mhz，每個機(jī)器周期為1s，則只需要2s以上時間的高電平，在rst引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不在產(chǎn)生ale和psen信號，即ale=1和psen=1。這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會有任何取指操作。復(fù)位后，內(nèi)部各專用寄存器狀態(tài)如下:pc： 0000h tmod：00hacc： 00h tcon： 00hb： 00h th0： 00hpsw： 00h tl0： 00hsp： 07h th1： 00hdptr： 0000h tl1： 00hp0p3：ffh scon： 00

21、hip： *00000b sbuf： 不定ie： 0*00000b pcon： 0*0000其中，*表示無關(guān)位。注意：（1）復(fù)位后pc值為0000h，表明復(fù)位后程序從0000h開始執(zhí)行。（2）sp值為07h，表明堆棧底部在07h。一般需重新設(shè)置sp值。（3）p0p3口的值為ffh。p0p3口為作輸入口時，必須先寫入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使p0p3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。電路以stc89c51單片機(jī)作為最小的系統(tǒng)控制核心，電路測溫由ds18b20提供，三個獨立式按鍵s1、s2、s3作為系統(tǒng)的輸入部分。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，2.2 溫度采集電路設(shè)計2.2.1

22、 溫度傳感器的選取在現(xiàn)代檢測的技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動搖的位置。對數(shù)據(jù)的處理能力主機(jī)已經(jīng)相當(dāng)高了，但是對現(xiàn)實世界中的模擬量卻也無能為力。如果沒有各種精確可靠的傳感器對模擬信號和非電量進(jìn)行檢測并且提供可靠的數(shù)據(jù)，那么計算機(jī)也就無法發(fā)揮出它應(yīng)有的作用。當(dāng)傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的輸入計算機(jī)，由計算機(jī)對信號進(jìn)行分析處理。從而計算機(jī)技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，對自動化和信息化起到了非常重要作用。采用各種微處理技術(shù)和傳感器技術(shù)可以對各種工業(yè)產(chǎn)品以及工業(yè)參數(shù)進(jìn)行測控和檢驗，從而準(zhǔn)確的測量產(chǎn)品性能，及時發(fā)現(xiàn)隱患。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量、進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品性能，防止事故發(fā)生而提供更可靠的數(shù)

23、據(jù)和必要的信息。由于系統(tǒng)在工作中的環(huán)境比較惡劣，且對測量又相對要求較高，所以對選擇合適的傳感器來說就很重要。目前，國際上新型溫度傳感器逐漸由模擬式發(fā)展為數(shù)字式、智能化與網(wǎng)絡(luò)化漸漸取代了集成化。智能溫的度傳感器ds18b20逐漸向總線標(biāo)準(zhǔn)化、高安全性、高可靠性與高精度、開發(fā)虛擬的傳感器、網(wǎng)絡(luò)的傳感器、單片測溫系統(tǒng)的研發(fā)等方向發(fā)展態(tài)勢迅猛。所以，ds18b20作為溫度測量裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。美國dallas公司生產(chǎn)的 ds18b20片可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片加不銹鋼保護(hù)管封裝而成，具有使用方便，耐磨耐碰，體積小，同時在小空間的設(shè)備同樣完美適用。其單線接口方式比較特殊，僅

24、用一條口線就能實現(xiàn)ds1820與微處理器的雙向通訊；測溫的范圍為 55125，測溫分辨率為0.5；多個ds1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫；工作電源為35v/dc；在使用中不用要添加其他外圍元器件。18b20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：rom 只讀存儲器，用于存放ds18b20id編碼，其前8位是單線系列編碼（ds18b20的編碼是19h），后48位是芯片唯一序列號，最后8位是以上56位的crc碼。設(shè)置在出產(chǎn)數(shù)據(jù)時不是由用戶更改的。ds18b20共64位rom。ram 數(shù)據(jù)暫存器，用于數(shù)據(jù)存取和內(nèi)部計算，斷電或失電時導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，ds18b20共9個字節(jié)ram，每個字節(jié)為

25、8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶eeprom的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被從新寫入。第5個字節(jié)則是用戶第3個eeprom的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，可以使用戶得到更高溫度分辨率，單元計算的暫存、同時也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的crc碼。eeprom 非易失性記憶體，用于長期存放需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，ds18b20共3位eeprom，并在ram都存在鏡像，用以方便用戶的操作。ds18b20的性能特點如下：1、數(shù)據(jù)線可以為其提供電量，其供電電壓的范圍：+3.0v+5.5v；2、其單線接口方式比較特殊：只需要一條口線就能

26、實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊；3、通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；4、在使用中不用要添加其他外圍元器件；5、用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值；6、其測量溫度的范圍為：-55+125，測量溫度分辨率為0.5。當(dāng)在-55+125之間，測量溫度的誤差小于2,在-10+85之間，測量溫度的誤差小于0.5；7、可應(yīng)用于各種系統(tǒng)/單片機(jī)；8、內(nèi)含64位的激光修正的只讀存儲rom，扣除8位產(chǎn)品系列號和8位循環(huán)冗余校驗碼(crc)之后，產(chǎn)品序號占48位。產(chǎn)品序號在出廠前就以寫入rom中。在大型溫控系統(tǒng)組成時，多片ds18b20可以連接在單線總線上。9、負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源

27、電壓的極性反接時，能防止因ds18b20過熱而損壞，但此時芯片的工作狀態(tài)將受到影響；10、支持多點的組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫11、ds18b20的轉(zhuǎn)換速率較高，9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；2.2.2 溫度采集器ds18b20接口電路設(shè)計圖2.6 ds18b20引腳各引腳功能為：i/o是數(shù)據(jù)的輸入與輸出端，它是漏極開路的輸出，外接上拉電阻之后，一般為高電平。udd為可以連接外部電源端的端口，不工作時接地，gnd為地，nc空腳。2.2.3 溫度采集器ds18b20的內(nèi)部設(shè)計ds18b20內(nèi)部的組成主要包括7部分:溫度的傳感器、寄生電源、高速暫存器、6

28、4位激光（loser）rom與單線接口、th觸發(fā)寄存器和tl觸發(fā)寄存器，用來存儲用戶設(shè)定的存儲和控制邏輯、溫度上下限值、位循環(huán)冗余校驗碼（crc）發(fā)生器。圖2.7 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.8 ds1820b的電路圖圖 2.9ds1820b實物圖2.3 溫度顯示電路設(shè)計數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體的發(fā)光器件，發(fā)光二極管是其基本單元。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，七段數(shù)碼管比八段數(shù)碼管只少了一個單元的發(fā)光二極管（少一個小數(shù)點）；按可以顯示幾個“8”可以分為1位或2位或4位數(shù)碼管； 從發(fā)光二極管單元的連接方式可以分為共陽極數(shù)碼管、共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管就是把所有發(fā)光二極管的的陽極連接到一起，

29、共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com連接到+5v上，當(dāng)其中某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相它所應(yīng)字段就會被點亮，但當(dāng)它某一字段的陰極為高電平時，它所對應(yīng)的字段就不會被點亮。共陰數(shù)碼管就是指將發(fā)光二極管所有的的陰極接到一起從而形成公共陰極(com)數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在使用時應(yīng)將公共極com連接到地線gnd上面，當(dāng)某一字段的發(fā)光二極管陽極為高電平時，它所對應(yīng)字段就會被點亮。圖2.10 數(shù)碼管圖2.11 數(shù)碼管電路圖數(shù)碼顯示器是由led發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了8個led發(fā)光二極管，一個顯示小數(shù)點，其中七個用于顯示字符，所以通稱為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段

30、已連接好，引腳如圖所示（數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp為段引腳，s1、s2、s3、s4分別表示四個數(shù)碼管的位。2.4 繼電器電路的設(shè)計 電磁繼電器一般由銜鐵、鐵芯、觸點簧片、線圈、等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過電流，從而電磁效應(yīng)就會產(chǎn)生，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也會隨之消失，在彈簧的反作用力下銜鐵就會返回原來的起始位置，使動觸點和以前的靜觸點釋放。以這種方式吸合、釋放，在電路中完成了導(dǎo)通、切斷的宗旨。關(guān)于繼電器的“常開與常閉”的接觸

31、點，用此種方法區(qū)分：未通電時繼電器的線圈位于斷開狀態(tài)的靜觸點時，叫做“常開觸點”；靜觸點位于接通狀態(tài)時稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。圖2.12 繼電器剖析圖圖2.13 繼電器電路圖2.5 報警電路設(shè)計此設(shè)計的聲音報警電路所采用的是無源蜂鳴器，當(dāng)一定電壓流過無源蜂鳴器時，蜂鳴器就會發(fā)出報警的響聲。具體電路如圖2.9所示。在單片機(jī)通過驅(qū)動三極管而把信號放大時，進(jìn)而就會對蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動。圖2.14 蜂鳴器電路圖2.6 自鎖開關(guān)電路的設(shè)計自鎖開關(guān)電路中起到電源的開關(guān)作用，常開的其中一腳接dc電源插口電源腳，常開的另一腳接電路的vcc。圖2.17 自鎖開關(guān)電路圖圖

32、2.18 繼電器實物圖2.7 dc插口的設(shè)計2、3腳接地，1腳實際是vcc（電源），但是電路中要接藍(lán)色的自鎖開關(guān)，然后開關(guān)的另一個腳再接電源。圖2.19 dc插口電路圖圖2.20 dc插口實物圖3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 軟件說明 用c語言編寫程序，c語言是一種程序設(shè)計語言，擁具有高級語言的特性，也有匯編語言的特性。相較匯編語言有許多的優(yōu)勢。編譯器使用keil version4進(jìn)行程序編譯，keil version4使用快捷，操作簡單。3.2 溫度傳感器ds18b20的程序流程圖ds18b20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測

33、和數(shù)據(jù)處理。圖3.1 溫度傳感器ds18b20流程圖3.3 主程序流程圖本程序能提供溫度的檢測與保持溫度的恒定。圖3.2：主程序流程圖參考文獻(xiàn)1 陳權(quán)昌,李興富.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2007：84102.2 李慶亮.c語言程序設(shè)計實用教程m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005：3258.3 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)m.北京:高等教育出版社,2003：125132.4 及力.protel 99 se原理圖與pcb設(shè)計教程m.北京:電子工業(yè)出版社,2007：89150.5 徐江海.單片機(jī)實用教程m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006：128156.6 胡宴如.模擬電子技術(shù)m.北京:高

34、等教育出版社,2008：60104.7 汪文，陳林.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.湖北:華中科技大學(xué)出版社,2007：3668.8 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分m.北京:高等教育出版社,2008：203209.9 楊欣電子設(shè)計從零開始m.北京:清華大學(xué)出版社,2005：28102.10鄭永坤.電力系統(tǒng)接地線在位監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)雨應(yīng)用d.山東：山東輕工業(yè)學(xué)院，2011：234511劉瑩，王威.無線傳感網(wǎng)的設(shè)計與實驗d.大連：大連海事大學(xué)，2011：1227附錄a 硬件原理圖附錄 b程序代碼#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned cha

35、r /宏定義sbit set=p31; /定義調(diào)整鍵sbit dec=p32; /定義減少鍵sbit add=p33; /定義增加鍵sbit beep=p36; /定義蜂鳴器sbit alam=p12;/定義燈光報警sbit alam1=p14;sbit dq=p37; /定義ds18b20總線i/obit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit dian = p05; /小數(shù)點uchar x=0; /計數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed

36、char shangxian=38; /上限報警溫度，默認(rèn)值為38signed char xiaxian=5; /下限報警溫度，默認(rèn)值為5/uchar code leddata=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff;uchar code leddata=0x5f,0x44,0x9d,0xd5,0xc6,0xd3,0xdb,0x47,0xdf,0xd7,0xcf,0xda,0x9b,0xdc,0x9b,0x8b;/=/=ds18b20=/=/*延時子程序*/void delay_ds18b20(int num) while(

37、num-) ;/*初始化ds18b20*/void init_ds18b20(void) unsigned char x=0; dq = 1; /dq復(fù)位 delay_ds18b20(8); /稍做延時 dq = 0; /單片機(jī)將dq拉低 delay_ds18b20(80); /精確延時，大于480us dq = 1; /拉高總線 delay_ds18b20(14); x = dq; /稍做延時后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 delay_ds18b20(20);/*讀一個字節(jié)*/unsigned char readonechar(void) unsigned char i=0;

38、 unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) dq = 0; / 給脈沖信號 dat=1; dq = 1; / 給脈沖信號 if(dq) dat|=0x80; delay_ds18b20(4); return(dat);/*寫一個字節(jié)*/void writeonechar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) dq = 0; dq = dat&0x01; delay_ds18b20(5); dq = 1; dat=1; /*讀取溫度*/unsigned int readtemperatu

39、re(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); /跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0x44); /啟動溫度轉(zhuǎn)換 init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); /跳過讀序號列號的操作 writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器 a=readonechar(); /讀低8位 b=readonechar(); /讀高8位 t=b; t=8; t=t|a; tt=t*0.

40、0625; t= tt*10+0.5; /放大10倍輸出并四舍五入 return(t);/=/=/=/*延時子程序*/void delay(uint num) while( -num );/*初始化定時器0*/void inittimer(void)tmod=0x1;th0=0x3c;tl0=0xb0; /50ms（晶振12m）/*讀取溫度*/void check_wendu(void)uint a,b,c;c=readtemperature()-5; /獲取溫度值并減去ds18b20的溫漂誤差a=c/100; /計算得到十位數(shù)字b=c/10-a*10; /計算得到個位數(shù)字m=c/10; /計

41、算得到整數(shù)位n=c-a*100-b*10; /計算得到小數(shù)位if(m99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開機(jī)初始化等待畫面*/void disp_init(void) p0 = 0x80; /顯示-p2 = 0x7f;delay(200);p2 = 0xdf;delay(200); p2 = 0xf7;delay(200);p2 = 0xfd;delay(200);p2 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/void disp_temperature(void) /顯示溫度p0 = 0x98; /顯示cp2 = 0x7f;delay(400);p0=leddatan; /顯示個位p2 = 0xdf;delay(400);p0 =leddatam%10; /顯示十位dian = 0; /顯示小數(shù)點p2 = 0xf7;delay(400);p0 =leddatam/10; /顯示百位p2 = 0xfd;delay(400);p2 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示報警溫度子程序*/void disp_alarm(uchar baojing)p0 =0x98; /顯示cp2 = 0x7f;delay(200);p0