花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文設(shè)計

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目: 花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng) 姓 名: 張濟邦 學(xué) 院: 工學(xué)院 專 業(yè): 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級: 信息 92 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 李 林 職稱: 講師 2013 年 5 月 12 日南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制目 錄摘要關(guān)鍵詞Abstract:Key words:1 緒論1.1 選題意義和主要研究意義1.1.1研究的背景及意義1.1.2 研究的內(nèi)容和方法1.2 研究方案1.2.1 方案選擇1.2.2 方案內(nèi)容2 設(shè)計理論基礎(chǔ)2.1 MCU簡介2.2 AT89S52引腳功能2.3 最小系統(tǒng)模塊3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 單片機控制單元3.2 溫度傳感器設(shè)計3.2.

2、1 DS18B20簡介3.2.2 溫度傳感器與單片機的連接3.3 單片機與報警電路3.4 顯示電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 DS18b20的讀操作4.2 DS18b20的溫度數(shù)據(jù)處理4.3 1602顯示部分5 系統(tǒng)調(diào)試及運行測試5.1硬件調(diào)試5.2軟件調(diào)試5.3運行測試5.3.1開機溫度測試5.3.2.設(shè)置溫度測試5.3.3報警測試6 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)6.2展望致謝參考文獻附錄一 系統(tǒng)程序附錄二 元件清單附錄三 設(shè)計實物圖花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生 張濟邦指導(dǎo)教師 李林摘要：針對目前我國農(nóng)村花椒在成熟季節(jié)易受陰雨天氣影響而影響其質(zhì)量與產(chǎn)量這一問題，提出基于單片機

3、的花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)。本設(shè)計將對花椒烘干溫度控制予以研究，在控制過程中主要應(yīng)用AT89S52、LED顯示器，而主要是通過 DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實時溫度。軟件方面采用匯編語言來進行程序設(shè)計，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)了對花椒烘干系統(tǒng)溫度的測量，顯示，和報警等功能。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，能有效實現(xiàn)花椒加工過程中的溫度控制。關(guān)鍵詞：單片機系統(tǒng)；傳感器；數(shù)據(jù)采集；溫度；顯示器Chinese Prickly Ash Drying Processing Temperature Au

4、tomatic Control System Student majoring in Electronic Information Science and Technology Zhang JibangTutor: Li LinAbstract:In view of the present our country rural Chinese prickly ash in mature season is easy affected by wet weather and affect the quality and yield of this problem, put forward Chine

5、se prickly ash drying processing automatic temperature control system based on single-chip microcomputer. This design will be research on Chinese prickly ash drying temperature control, mainly used in the process of control AT89S52 devices, LED display, and mainly through DS18B20 digital temperature

6、 sensor to collect environmental temperature, with the single chip processor as the core control unit, and through the four digital tube display real-time temperature. Software using assembly language to program design, the design of the software adopts modular structure, make the hardware in the so

7、ftware under the control of the coordination, implementation of Chinese prickly ash drying system temperature measurement, display, and alarming etc. Function. The experimental results show that the system has simple structure, reliable performance, can effectively achieve the temperature control in

8、 the process of Chinese prickly ash processing.Key words: SCM system; Sensor; Data acquisition; Temperature; Display1 緒論花椒，廣泛分布于我國北部至西南，并且在我國華北、華中、華南均有分布。四川漢源花椒，古謂“貢椒”，自唐代元和年間就已被列為貢品，長達一千余年，史籍上多有記載。今日之川菜百味，更是以“麻”字當頭，而正宗的川味，其椒必取自漢源，漢源花椒主要用于火鍋主料、燒菜、燉菜等佳肴制作。花椒果實不僅可以作為調(diào)味劑，還是一味藥用價值很好的中藥?；ń吩谥嗅t(yī)中味道略帶辛辣，但是是一

9、種溫和性的中藥材，不僅能刺激味蕾增加進食，而且可以溫暖身體，祛除寒氣與濕氣，還可以保護我們的胃和脾。然而在花椒成熟季節(jié)一旦遇到陰雨天氣或晾曬不均衡會導(dǎo)致花椒色澤變暗沉，極大影響花椒的質(zhì)量，直接造成經(jīng)濟上的損失與浪費，所以對于花椒烘干系統(tǒng)設(shè)計對于花椒的保產(chǎn)與量化生產(chǎn)顯得尤為重要。我國農(nóng)村對于花椒烘干加工采用人工控制，傳統(tǒng)的花椒烘烤工藝多依賴于經(jīng)驗控制，其缺點也很明顯，隨意性大，溫度分布不均，勞動強度大，經(jīng)濟效應(yīng)不明顯。二十一世紀是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的信息化時代，電子技術(shù)、微型單片機技術(shù)得到了空前廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要對各種參數(shù)進行溫度測量控制1。因此溫度一詞在

10、生活生產(chǎn)之中出現(xiàn)的頻率也日益增多，與之相對應(yīng)的，溫度控制也成為了生產(chǎn)生活中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。而在花椒烘干加工中，溫度自動控制系統(tǒng)的建立可以避免在傳統(tǒng)花椒烘干生產(chǎn)中的一些由外界因素而引起的減產(chǎn)與浪費，從而提高椒的生產(chǎn)經(jīng)濟效益，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化與智能化的發(fā)展趨勢。在單片機溫度控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度與保持溫度，溫度的測量是工農(nóng)業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一2。本設(shè)計選用AT89S52單片機作為主控制器件，采用DSl8B20作為測溫傳感器并通過LCD1602并行傳送數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)溫度顯示。DSl8B20可直接讀取被測溫度值，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理

11、化學(xué)性能比較穩(wěn)定，線性度較好，在-55125最大線性偏差小于0.1。該器件也可直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機的處理與控制。另外，該溫度器件還能直接采用測溫器件測量溫度，從而簡化了數(shù)據(jù)傳輸與處理過程。1.1 選題意義和主要研究意義1.1.1研究的背景及意義我國對花椒干燥的研究起步較晚，在過去的十幾年中有一些技術(shù)成果，并且有一些干燥工藝已趨成熟，但基本上都是模仿國外的。在國外，干燥技術(shù)起步于四十年代，到二十世紀九十年代，已經(jīng)形成較為完整的烘干加工體系，產(chǎn)品批量生產(chǎn)系列化、標準化、自動化水平較高。在我國,近年來對溫度控制等新型控制的研究取得一批重要成果, 但大多數(shù)還是處于仿真階段, 將這些新型

12、溫度控制理論應(yīng)用于復(fù)雜的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程是今后自動控制領(lǐng)域里研究的重點方向。特別是近幾年來，單片機控制在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，且在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測與溫度控制3。隨著溫度控制器件應(yīng)用范圍日益廣泛，各種適用于不同產(chǎn)業(yè)的智能溫度控制器應(yīng)運而生，溫度控制技術(shù)成為了現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項重要技術(shù)。溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的各個方面，成為與人們息息相關(guān)的一個實際性問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個花椒烘干加工溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。1.1.2 研究的內(nèi)容和方法本課題先對國內(nèi)花椒烘干生產(chǎn)現(xiàn)狀做基本闡述與介紹，提出了花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，確立論文研

13、究的主題內(nèi)容及意義。然后開始闡述花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計原則與要求，根據(jù)要求選擇合適的硬件系統(tǒng)方案，并完成軟件方案設(shè)計，最后根據(jù)方案給出了系統(tǒng)的總體框架4。其次是電路系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求和總體框架，按照模塊化的設(shè)計方法，分別設(shè)計了主控模塊、鍵盤模塊、溫度控制模塊、顯示模塊，完成了電路系統(tǒng)的設(shè)計。然后介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計，完成了中斷處理子程序與數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計。最后是對組成花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)的硬件電路進行調(diào)試實驗和整體運行調(diào)試，找出研究中存在的問題與尚未完成的工作，對下一步的研究方向提出意見和建議。1.2 研究方案1.2.1 方案選擇溫度控制系統(tǒng)是比較典型與常見的過程

14、控制系統(tǒng)。溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，現(xiàn)在單片機控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，使溫度控制系統(tǒng)達到智能化與自動化，相比過去單純采用電子線路進行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好很多，在可控性方面也有了很大的進步與提高。溫度是一個非線性的研究對象，本身具有大慣性的特點，表現(xiàn)在低溫段慣性較大，高溫段慣性較小。對于這種溫控對象，一般認為其具有如下（1-1）的傳遞函數(shù)形式5： （1-1）負載固態(tài)繼電器信號放大信號放大數(shù)據(jù)采集比較器溫度預(yù)置圖1-1 “一位式”模擬控制方案方案一如圖1-1所示，此方案是傳統(tǒng)“一位式”模擬控制方案，方案選用模擬電路，采用電位器設(shè)定值，反饋溫度值與設(shè)定值比較后，決定是否加熱。其特

15、點是電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得到的結(jié)果精度不高且調(diào)節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)差較大、不穩(wěn)定，受環(huán)境影響大，不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用鍵盤設(shè)定，且不能用數(shù)碼管顯示。固態(tài)繼電器上限比較負載信號采集信號處理信號放大溫度預(yù)置下限比較圖1-2 “二位式”模擬控制方案方案二如圖1-2所示，此方案是傳統(tǒng)的“二位式”模擬控制方案，方案二基本思想與方案一相同，但采用了上下限比較電路，因此控制精度有所提高。這種方法還是采用了模擬控制方式，所以也不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度有所提高，并且不能對鍵盤進行設(shè)定，不能用數(shù)碼管顯示。DS18B20溫度數(shù)據(jù)采集AT89S52單片機按鍵設(shè)置驅(qū)動顯示報警電路圖1-3

16、單片機控制方案方案三如圖1-3所示，此方案采用89S52單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)。單片機軟件編程靈活、自由度較大，可使用軟件編程以實現(xiàn)各種控制算法與邏輯控制。在單片機控制系統(tǒng)中可以用數(shù)碼管來顯示花椒烘干溫度控制系統(tǒng)溫度的實際值，并能使用鍵盤輸入設(shè)定值。本方案選用AT89S52芯片，不需要外擴展存儲器，使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更加簡單。結(jié)論：方案一與方案二是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，控制方案的執(zhí)行與修改也較為繁瑣。而方案三是采用以單片機為控制核心的控制系統(tǒng)，對溫度進行控制，可達到模擬控制系統(tǒng)所達不到的效果，并且實現(xiàn)鍵盤設(shè)定與顯示功能，提高了系統(tǒng)的自動化與智能化，使得系統(tǒng)所測到結(jié)果的

17、精度大大提高。所以，經(jīng)過了對三種系統(tǒng)方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計采用方案三。1.2.2 方案內(nèi)容本設(shè)計所要研究的課題是花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)，主要介紹了對花椒烘干溫度的顯示、控制及報警設(shè)計，實現(xiàn)溫度的實時顯示與控制功能。對于花椒烘干溫度控制部分，采用DS18S20傳感器、AT89S52單片機及LED的硬件電路，以完成對花椒溫度的實時檢測與顯示。使用DS18S20傳感器與單片機連接，由軟件與硬件電路配合，來實現(xiàn)對加熱電阻絲的實時控制與超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)的溫度控制部分，采用PID閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測系統(tǒng)內(nèi)部溫度，采用中值濾波的方法，取一個值存入程序存取

18、器內(nèi)部一個單元來作為最終檢測信號，并在LED上顯示6?？刂破鞑捎肁T89S52單片機，使用PID算法對檢測信號與設(shè)定值的差值進行調(diào)節(jié)，輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，來調(diào)節(jié)加熱電阻的加熱功率，從而控制系統(tǒng)內(nèi)部溫度。它具有微型化、高性能、低功耗、抗干擾能力強與易配微處理器等的優(yōu)點，非常適合于構(gòu)成多點的溫度測控系統(tǒng)，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供微機處理，而且每片DS18S20傳感器都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時，在單線上可掛接多個DS18S20傳感器芯片。DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其溫度變換功率及其讀寫均來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本

19、身也可以向所接的DS18S20芯片供電，不需要額外電源。同時DS18S20能提供九位溫度的讀數(shù)，無需外圍硬件即可構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。本次設(shè)計主要實現(xiàn)溫度測試，溫度顯示與溫度的門限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為控制主機，使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接，外加上人機對話部分與溫度控制部分共同實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)測與控制7。此設(shè)計為基于單片機實現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)，以達到對花椒烘干自動加工效果。本課題分析了目前國內(nèi)在花椒烘干加工中的諸多問題，設(shè)計了一種基于單片機系統(tǒng)花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)，這是溫度控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中的應(yīng)用。該烘干系統(tǒng)集自動烘干加工與溫度即時顯

20、示于一體，亦可通過按鍵控制調(diào)節(jié)溫度。本設(shè)計系統(tǒng)具有掉電記憶功能，大大增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，具備一定的生產(chǎn)實用性，對后續(xù)研究開發(fā)有著一定的參考意義。2 設(shè)計理論基礎(chǔ)2.1 MCU簡介CPU是整個控制部分的核心。在考慮經(jīng)濟性和滿足設(shè)計需求的前提下，本設(shè)計選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位AT89S52單片機來作為整個系統(tǒng)的控制核心。AT89S52是ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kb可編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)，兼容了標準8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash存儲器既可在線編輯（ISP）與傳統(tǒng)方法進行編輯及通用8位

21、微處理器多功能于單片芯片中，功能強大。AT89S52在單芯片上擁有靈巧的8 位CPU 和系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案8。AT89S52單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，本設(shè)計使用AT89S52單片實物圖如圖2-1所示，其邏輯引腳圖如圖2-2所示。圖2-1 AT89C52圖2-2 AT89S52邏輯引腳圖在本設(shè)計系統(tǒng)中，AT89S52單片機內(nèi)部的功能單元已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計需要，不需要系統(tǒng)擴展。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時

22、器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。此外，AT89S52可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。在空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。2.2 AT89S52引腳功能(1) 電源和晶振VCC：運行和程序校驗時加+5VGND：接地XTAL1：輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2：反向放

23、大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器（當使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

24、另外，該引腳被略微拉高。(2) I/O（4個口，32根）P0口：8位、漏極開路的雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM、RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時）能驅(qū)動8個LSTTL負載。P1口：8位、準雙向I/O口。在編程/校驗期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負載。對于80C51，P1.0T2，是定時器的計數(shù)端且位輸入；P1.1T2EX，是定時器的外部輸入端。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P2口：8位、準雙向I/O口。當使用片外存儲器（ROM及RAM）時，輸出高8位地址。在編程/校驗期間，

25、接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。P3口：8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個LSTTL負載。(3) 串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。(4) 中斷P3.2INT0外部中斷0，輸入。P3.3INT1外部中斷1，輸入。(5) 定時器/計數(shù)器P3.4T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入，輸入。(6) 數(shù)據(jù)存儲器選通P3.6WR低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。P3.7RD低電平有效，輸出，片外存儲器讀

26、選通。(7) 控制線(共4根)輸入：RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。RESET 此腳為高電平時（約2個機器周期）可將單片機復(fù)位。RST/VPD：當出現(xiàn)兩個機器周期高電平時，單片機復(fù)位。復(fù)位后，P0P3輸出高電平；SP寄存器為07H；其它寄存器全部清0；不影響RAM狀態(tài)。如圖2-3所示。 圖2-3 按鍵電平復(fù)位EA/Vpp片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。

27、輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負載。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。注意：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE

28、才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。輸出：PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機器周期中，當PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。2.3 最小系統(tǒng)模塊本次設(shè)計中，選用ATMEL公司的AT89S52單片機作為數(shù)據(jù)處理及操作控制芯片。但是只有單片機芯片是無法完成數(shù)據(jù)處理及控制功能的，必須有附加電路，使單片機芯片組成一個可運行的系統(tǒng)，才能實現(xiàn)其功能13。本次設(shè)計中，由AT89S52芯片連同附加電路，構(gòu)成的單片機最小系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理及控制模塊。其中，使用P1口

29、作為1602液晶的數(shù)據(jù)傳輸口，P2口作按鍵掃描接口，P2.3作DS18B20的總線接口，P2.5、P2.7作報警控制接口，P3口作1602的命令數(shù)據(jù)控制、時鐘、讀寫控制和使能控制接口。其電路連接圖2-4如下：圖2-4 數(shù)據(jù)處理及控制模塊3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 單片機控制單元單片機控制單元，如圖3-1所示，為按鍵控制電路，其中按鍵控制電路這一模塊放置了“設(shè)置”、“加1”、“減一”三個按鍵，以實現(xiàn)人機對話，設(shè)定溫度門限值，使系統(tǒng)電路在人為設(shè)定的某一溫度區(qū)間相對穩(wěn)定的工作14。圖3-1 按鍵控制電路3.2 溫度傳感器設(shè)計3.2.1 DS18B20簡介DS18B20程序設(shè)定912位的分辨率，精度為0

30、.5C，可以滿足系統(tǒng)工作要求。在系統(tǒng)的設(shè)計中，可選更小的封裝方式與更寬的電壓適用范圍。芯片的分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EPROM中，去電后自動保存。圖3-2 DS18B20TO92封裝溫度傳感器溫度傳感器DS18B20引腳如圖3-2所示。引腳功能說明：VDD ：可選電源腳，電源電壓范圍為35.5V。當工作于寄生電源時，該引腳必須接地。DQ ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路，常態(tài)下為高電平。GND ：電源地 圖3-3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，其結(jié)構(gòu)主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器四部分組成。光刻ROM中的

31、64位序列號為出廠前被光刻好的，可以看作是該DS18B20芯片的地址序列碼。64位光刻ROM的排列為：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20芯片自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是能使每一個DS18B20都各不相同，這樣就實現(xiàn)了一根總線上掛接多個DS18B20的目的10。 DS18B20溫度傳感器內(nèi)部存儲器包括：高速暫存RAM與非易失性的可電擦除的E2RAM, E2RAM存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 暫存存儲器包含8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)表示測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低

32、八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個與第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)主要用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢測字節(jié)。 如：TM R1 R0 1 1 1 1 1該字節(jié)各位的意義如下：TM是測試模式位，低五位一直都是1 ，主要用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不能去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如表3-1所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）表3-1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間00993.7501101

33、87.510113751112750DS18B20的通訊協(xié)議表明，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須要經(jīng)過三個步驟：首先，每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位，然后復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，然后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，當主CPU收到此信號則表示復(fù)位成功。3.2.2 溫度傳感器與單片機的連接溫度傳感器的單總線(1-Wire)與單片機的P2.0口連接，P2.0是單片機的高位地址線A8。P2端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向

34、IO口，其輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對該端口寫“1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，如執(zhí)行MOVX DPTR指令，則表示P2端口送出高8位的地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，可執(zhí)行MOVX RI指令，P2端口內(nèi)容即為特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容，并在整個訪問期間不改變。在Flash編程和程序校驗時，P2端口也作接收高位地址和其他控制信號。圖3-4為DSl8820與單片機的接口電路。圖3-4 DS18B20和單片機的接口連接3.3 單片機與報警電路設(shè)計中的報警

35、電路是由限流電阻與發(fā)光二極管組成，并與單片機的P2.6端口相連接，連接圖如圖3-5所示。圖3-5 報警電路3.4 顯示電路顯示模塊內(nèi)部自帶字符發(fā)生存儲器（CGROM）,其中字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是（41H），在顯示時模塊把代碼41H發(fā)給液晶模塊，我們就能在液晶上看到字母“A”。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，可以完成對液晶的數(shù)據(jù)顯示、時序控制、工作方式式設(shè)置等9。本設(shè)計中采用的LCD1602液晶模塊是標準16針插座，連接圖電路如圖3-6所示。 圖3-6 顯示電路的連接圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.

36、1 DS18b20的讀操作DSl8B20的主要數(shù)據(jù)元件有：64位激光Lasered ROM，溫度靈敏元件和非易失性溫度告警觸發(fā)器TH與TL。DSl8B20可以從單總線獲取電源，當信號線為高電平時，可以將能量貯存在內(nèi)部電容中；而當單信號線為低電平時，將該電源斷開，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?電容)電源為止。此外，還可外接5 V電源，為DSl8B20供電。DSl8B20的供電方式很靈活，還可以利用外接電源來增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性11。DS18B20的讀寫時序如圖4-14-3所示：圖4-1 DS18B20的復(fù)位時序圖圖4-2 DS18B20的寫數(shù)據(jù)時序圖圖4-3 DS18B20的讀數(shù)據(jù)時序圖

37、由4-14-3所示時序圖可知，DS18B20在復(fù)位時需要480us的低電平，在等待15us后MCU將總線拉高，等待DS18B20的響應(yīng)信號；DS18B20在寫數(shù)據(jù)時分為寫“0”和寫“1”操作，在寫“0”操作時，DS18B20需要至少60us總線被拉低，然后在60us內(nèi)將“0”寫入DS18B20中，持續(xù)時間至少1us，而在寫“1”操作時只需將寫入的“0”改為“1”即可12；DS18B20的讀操作也分為讀“0”和讀“1”操作，在讀“0”操作時，總線需要15us被拉低，再拉高45us，然后在15us內(nèi)將數(shù)據(jù)讀走，讀“1”操作同讀“0”操作，其程序流程圖如圖4-4所示：開始DS18B20的初始化啟動溫

38、度轉(zhuǎn)換讀取溫度寄存器跳過讀序列號的操作跳過讀序列號的操作DS18B20的初始化RETLOW-低八位 HIGH-高八位圖4-4 DS18B20讀取溫度的流程圖4.2 DS18b20的溫度數(shù)據(jù)處理在讀出溫度數(shù)據(jù)后，LOW的低四位為溫度的小數(shù)部分，可以精確到0.0625，LOW的高四位與HIGH的低四位是溫度的整數(shù)部分，HIGH的高四位全部為1表示負數(shù)，全部為0表示正數(shù)。所以可先將數(shù)據(jù)提取出來，分成三部分：小數(shù)部分、整數(shù)部分與符號部分。小數(shù)部分進行四舍五入處理：大于0.5，向個位進1；小于0.5，舍去不要。當數(shù)據(jù)是個負數(shù)時，在顯示之前進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將其整數(shù)部分取反并加一。由于DS18B20最低溫度只

39、能是-55，所以可以將整數(shù)部分的最高位換成一個“-”，表示為負數(shù)16。圖4-5為溫度數(shù)據(jù)處理程序的流程圖。開始提取整數(shù)部分存入HT提取小數(shù)部分存入LTLT右移三位,將精度降低到0.5攝氏度HT+將小數(shù)部分整數(shù)化提取符號部分存入signLT是否大于5是否為負數(shù)RET負數(shù)標志flag=1YNNY圖4-5 溫度數(shù)據(jù)處理流程圖4.3 1602顯示部分1602的讀寫時序圖如下：圖4-6 1602液晶的讀時序圖圖4-7 1602的寫時序圖根據(jù)以上時序圖可以得出讀寫程序流程圖，如圖4-8，4-9所示：開始開始開始選擇寫數(shù)據(jù)寫命令RS=1|RS=0選擇寫數(shù)據(jù)寫命令RS=1|RS=0選擇讀操作RW=0選擇寫操作

40、RW=1使能EN使能EN禁止EN準備寫入的數(shù)據(jù)DB0DB7結(jié)束禁止EN結(jié)束 圖4-8 1602的寫流程圖 圖4-9 1602的讀流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試及運行測試單片機控制的溫度控制系統(tǒng)樣機完成以后，便可進入系統(tǒng)的在線（聯(lián)仿真器）調(diào)試，主要任務(wù)是排除樣機的硬件故障，完善其硬件結(jié)構(gòu)，并通過試運行設(shè)計中的程序，以除程序錯誤，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達到預(yù)期的功能。 5.1硬件調(diào)試單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試往往是交叉進行的，但通常是先從硬件著手，排除樣機中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全地和仿真器相連，以進行綜合調(diào)試。本設(shè)計調(diào)試過程中所用的調(diào)試方法主要有：靜態(tài)測試、聯(lián)仿真器在線調(diào)試。（1）靜態(tài)測試

41、在樣機加電之前，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝看是否符合要求，特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴展系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互間的短路或與其它信號線的短路。然后是加電檢查各個插件上引腳的電位，仔細測量各點電位是否正常，尤其要注意單片機插座上的各點電位，若有高壓，聯(lián)機時將會損壞仿真器。最后是在不加電情況下，除單片機以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機的單片機插座和仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機調(diào)試做準備。 （2）聯(lián)仿真器在線調(diào)試主要是測試RAM存儲器：用仿真器寫命令將一批數(shù)據(jù)寫入樣機中

42、擴展的RAM，然后用讀命令讀出其內(nèi)容，若對任意單元讀出和寫入內(nèi)容一致，則擴展RAM和單片機的連接沒有邏輯錯誤。若讀出寫入內(nèi)存不一致，則可能是地址數(shù)據(jù)線短路，此時應(yīng)該寫入不同的數(shù)據(jù)觀察讀出結(jié)果，或縮小對RAM的讀寫范圍，檢查對RAM中其它區(qū)域的影響，這樣可初步對地址數(shù)據(jù)線短路錯誤定位，再用萬用表、示波器等進一步確診。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試所使用的方法主要有：計算程序的調(diào)試方法、綜合調(diào)試法。（1）計算程序的調(diào)試方法計算程序的錯誤是一種靜態(tài)固定的錯誤，因此主要用斷點或單拍運行方式來調(diào)試。根據(jù)計算程序的功能，事先準備好一組測試數(shù)據(jù)。調(diào)試時，首先用仿真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從

43、計算程序開始運行直至結(jié)束，運行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對所有的測試數(shù)據(jù)進行測試，都沒有發(fā)生錯誤，則該計算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，則改用單步運行方式，即可檢查出錯誤所在。計算程序的修改由錯誤性質(zhì)而決定，如果是算法錯誤，那是根本性錯誤，則應(yīng)該重新設(shè)計該程序；但如果是局部的指令有錯，則修改即可17。如果用于測試的數(shù)據(jù)沒有全部覆蓋實際計算的原始數(shù)據(jù)的類型，調(diào)試沒有發(fā)現(xiàn)錯誤則可能在系統(tǒng)運行過程中暴露出來。（2）綜合調(diào)試在完成了各個模塊程序（或各個任務(wù)程序）的調(diào)試工作以后，就可以進行系統(tǒng)的綜合調(diào)試。綜合調(diào)試一般采用全速斷點運行方式，這個階段的主要工作是排除系統(tǒng)中遺留的錯誤，以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能

44、和系統(tǒng)精度。在綜合調(diào)試的最后階段，應(yīng)保證在目標系統(tǒng)的晶振頻率下工作，使系統(tǒng)全速運行目標程序，實現(xiàn)了預(yù)定功能技術(shù)指標后，便可將軟件固化，然后再運行固化的目標程序，成功后目標系統(tǒng)便可脫機運行，這樣一個應(yīng)用系統(tǒng)就算研制成功了。5.3運行測試5.3.1開機溫度測試開機溫度測試仿真圖如圖5-1所示圖5-1 開機溫度測試仿真5.3.2.設(shè)置溫度測試設(shè)置溫度測試仿真圖如圖5-2所示圖5-2 設(shè)置溫度測試仿真圖5.3.3報警測試當溫度過高時，報警啟動，報警測試仿真圖如圖5-3所示5-3 報警測試仿真圖6 總結(jié)與展望6.1 總結(jié) 將近四個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，這也意味著我的大學(xué)生活快要結(jié)束了，但我們的學(xué)習(xí)沒有結(jié)

45、束，在本次設(shè)計中，我們所學(xué)過的理論知識接受了實踐的檢驗，增強我的綜合運用所學(xué)知識的能力及動手能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。本設(shè)計以AT89S52系列單片機為核心，用AT89S52單片機作為控制器件，溫度信號通過熱敏電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號，測溫電路采用橋式電路，溫度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法，完成了花椒烘干加工溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。在這次設(shè)計中，我也有很深的感觸：隨著社會的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比，單片機技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用必將普及并進一步發(fā)展，而通過本次設(shè)計無論是從硬件實現(xiàn)還是到整個程序的完成，無不是對我個人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。本次設(shè)計主要是完成兩方面工

46、作，軟件程序設(shè)計和硬件電路板設(shè)計。軟件設(shè)計包括用單片機設(shè)計語言設(shè)計控制系統(tǒng)并仿真、實現(xiàn)。硬件設(shè)計包括繪制電路原理圖，生成圖后制作電路板、插件焊件、再做硬件測試。通過這些都使我對采用單片機設(shè)計方法有了更深的理解和掌握，同時也讓我把所學(xué)的知識廣泛的應(yīng)用到了實踐中，充分的做到了理論與實踐相結(jié)合。無論從專業(yè)知識、動手能力，還是毅志品質(zhì)，都使我受益非淺。當然，這與老師和同學(xué)的熱心幫助也是分不開的。大學(xué)生活雖然結(jié)束了，但我們的學(xué)習(xí)還沒有結(jié)束，在之后的生活與工作中，只有不斷學(xué)習(xí)，用知識充實自己的頭腦，才能在未來社會有一席之地，才能為社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻，學(xué)無止境。6.2展望目前，溫度控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的

47、應(yīng)用得到快速的發(fā)展，國外的溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品也較多。近兩年間，我國國內(nèi)也出現(xiàn)了許多高精度的溫度控制系統(tǒng)產(chǎn)品，但對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)，尤其在花椒烘干加工中，成本偏高，帶來的經(jīng)濟效益不明顯。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢是如何最有效的提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，所以尋求性能可靠、價格低廉，且應(yīng)用廣泛的元器件是生產(chǎn)過程的首先要考慮的問題，因此像本設(shè)計這種控制簡單、精度較高、價格低廉的控制系統(tǒng)會有很好的發(fā)展空間。 通過本次的設(shè)計，已將單片機溫度控制應(yīng)用于花椒烘干系統(tǒng)中，配合花椒烘干的各項溫度參數(shù)，達到預(yù)期結(jié)果。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，能有效實現(xiàn)花椒加工過程中的溫度控制，符合未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向現(xiàn)

48、代化、智能化方向的發(fā)展趨勢，符合單片機控制面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的時代特征，對于今后花椒烘干系統(tǒng)的建立也有著一定的推動作用。致謝經(jīng)過努力，在李林老師的細心指導(dǎo)和幫助下，我順利完成了本科生論文的撰寫工作。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。在此，對李老師和其它給予幫助的老師們表示我誠摯的謝意。 另外我要感謝我的母校與大學(xué)四年來所有的老師，工學(xué)院質(zhì)樸的校園環(huán)境，愉悅的學(xué)習(xí)氛圍，讓我完成了電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識儲備，以一名合格畢業(yè)生的姿態(tài)步入職場，回報社會。此外還要感謝所有的同學(xué)們，正是有了

49、大家的支持與鼓勵，此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。同時，還要衷心感謝在百忙之中抽出時間審閱本論文的老師。最后，謹以此文獻給一直以來關(guān)心我、支持我的父母和家人，正是父母多年含辛茹苦才是我有在大學(xué)學(xué)習(xí)和深造的機會，我想我的努力是對他們最大的回報。參考文獻：1 李興東,常迎香,劉海忠.花椒熱風(fēng)干燥特性的實驗分析與數(shù)學(xué)模型J.食品工業(yè)科技,2011,(4):145147.2李友善.模糊控制理論及其在過程控制中的應(yīng)用M.北京:國防工業(yè)出版社,19933高梅娟.基于Smith-Fuzzy控制的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計J.機電工程,2003,(2)4周玉華,張先鋒,宋樹民.熱風(fēng)蒸汽一體化爐設(shè)計與試驗J.南方農(nóng)業(yè),201

50、2,6(6):8990.5李興東,常迎香,劉海忠,等.花椒熱風(fēng)干燥特性的實驗分析與數(shù)學(xué)模型J.食品工業(yè)科技,2011,(4):145147.6 鄭嚴,陳建,謝守勇,趙超.花椒恒溫與控溫?zé)犸L(fēng)干燥的對比試驗研究J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2008(02)7曾在慶;石偉宏.花椒機械化烘干試驗效果分析J.農(nóng)機推廣與安全,2004.068胡學(xué)海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.9傅勤毅,李海浪.單片機與液晶顯示器的接口及應(yīng)用J.今日電子,2005(6):70-72.10 熊永森. 基于DS18B20溫度傳感器的數(shù)字溫度計J . 微電子學(xué), 2007, 37(5): 609-711.1

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