蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）2013屆 電氣工程及其自動化 專業(yè) 1106971 班級題 目 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng) 姓 名 張寧 學(xué)號 110697137 指導(dǎo)教師 何琳琳 職稱 副教授 二 年 月 日蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)摘 要如今隨著農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提高，傳統(tǒng)的溫度控制措施就呈現(xiàn)出很大的局限性。所以，在現(xiàn)代化的蔬菜管理中出現(xiàn)了恒溫庫的微機監(jiān)控系統(tǒng)，它在保證蔬菜質(zhì)量、減少蔬菜損耗等方面發(fā)揮了巨大的作用。在政府以及市場的引導(dǎo)下，恒溫庫將規(guī)范化發(fā)展，逐步的淘汰不符合節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的，日益成熟化。 本設(shè)計主要闡述

2、了基于at89c51單片機的蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原理，包括了主要的電路設(shè)計及軟件設(shè)計等。該系統(tǒng)采用at89c51單片機作為溫度控制器，可以實現(xiàn)把恒溫庫的溫度控制在設(shè)定值允許的誤差范圍內(nèi)。同時采用了數(shù)字式溫度傳感器ds18b20,對溫度進行采樣。顯示部分采用4位led數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示，設(shè)計上下限，超限報警。關(guān)鍵詞：恒溫庫；at89c51；ds18b20；單片機；傳感器；led顯示器iimicrocomputer monitoring system of constant temperature storehouse in vegetable companyabstra

3、ctin modern times,with the development of agriculture and its large size,traditional temperature control measures showed great limitations.therefore,the microcomputer monitoring system of constant temperature storehouse appeared in modern vegetable management.it plays an important role in ensuring t

4、he quality of the vegetable and reducing the loss of vegetable.under the guidance of government and market,constant temperature storehouse will develop normative,eliminate those do not meet the requirements of energy-saving emission reduction and sustainable development strategy, becomes more and mo

5、re mature. this design mainly expounds the design principle of microcomputer monitoring system of vegetable company's constant temperature storehouse.it's based on at89c51 single chip microcomputer and including the main circuit design and software design.this system uses at89c51 as the temp

6、erature controller,it can make the storehouse's temperature controlling in the error range that the setting point allowed.at the same time uses digital temperature sensor ds18b20, sampling of the temperature. the display part uses 4 led digital tube and a dynamic scan mode to realize the tempera

7、ture display.besides,it also designs limits.when the temperature exceeds the set point,it will alarm.key words:constant temperature storehouse;at89c51;ds18b20;single chip microcomputer;sensor;led display目 錄前 言3第一章 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)概述51.1 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)的目的51.2 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)的功能6第二章 總體設(shè)計方案72.1 簡述72.1.1 實現(xiàn)的基

8、本功能72.1.2 技術(shù)參數(shù)72.2 總體設(shè)計方案確定72.2.1 系統(tǒng)框圖82.2.2 控制部分82.2.3 顯示部分82.2.4 溫度采集部分9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計103.1 單片機模塊的設(shè)計103.1.1 單片機的特性介紹103.1.2 單片機的管腳介紹113.2 溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計133.2.1 ds18b20的主要特性133.2.2 ds18b20的結(jié)構(gòu)143.2.3 ds18b20的工作原理153.3 顯示模塊的設(shè)計163.4 按鍵及聲光報警電路的設(shè)計173.5 單片機與pc機的通訊193.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計20第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計214.1 軟件設(shè)計的整體思想214.2 主

9、程序流程圖214.3 溫度檢測子程序流程圖234.4 按鍵掃描子流程圖24結(jié) 論25致 謝26參考文獻27附 錄28前 言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，溫度的監(jiān)測與控制在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用。但是，監(jiān)測對象不同，系統(tǒng)的設(shè)計也不一樣。在如今的監(jiān)測系統(tǒng)中，溫度是一個重要的指標，因此，采用先用先進的人工智能技術(shù)，合理的控制影響環(huán)境的因子，通過計算機控制設(shè)備進行環(huán)境監(jiān)測，這樣既提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、社會效益和經(jīng)濟價值。本文的自動控制系統(tǒng)是針對蔬菜公司的恒溫庫的溫度監(jiān)測和控制而設(shè)計。恒溫庫是儲藏蔬菜、水果和其它易爛易腐商品的專用商儲設(shè)施，它保證商品儲藏質(zhì)量的關(guān)鍵是科學(xué)

10、的嚴格的溫度控制。恒溫庫以特殊的建筑理念替代了原有冷庫類建造模式及運營方式，建筑規(guī)模越來越大，實用范圍也越來越廣，具有很好的發(fā)展前景。本設(shè)計中采用溫度傳感器ds18b20對恒溫庫的溫度進行實時監(jiān)測，利用單片機at89c51對溫度數(shù)據(jù)進行處理，然后用4位的led顯示出來。其中溫度的設(shè)定值可以根據(jù)恒溫庫中儲存的蔬菜種類的適宜溫度進行按鍵調(diào)整，一旦溫度超過設(shè)定值，報警設(shè)置就會工作。該設(shè)計充分利用了at89c51單片機軟、硬件資源，輔之?dāng)?shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高范圍廣的特點，保證了恒溫庫里的蔬菜防潮、防腐和防霉。目前國內(nèi)外在此領(lǐng)域出現(xiàn)了高性能、高可靠性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢測元件種類繁多，應(yīng)用范圍較

11、廣泛。經(jīng)過不斷的發(fā)展，對溫度的檢測和控制系統(tǒng)將做詳細的設(shè)計與實現(xiàn)，向模塊化、高速化、智能化的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靠近。采取有效的技術(shù)措施，對恒溫庫區(qū)域空間溫差進行工藝調(diào)節(jié)和嚴格控制，最大限度地縮小恒溫庫中各個區(qū)域和不同空間的溫度差異，使所儲商品全部處在最佳的溫度狀態(tài)。這也是恒溫庫整體管理水平的一項重大技術(shù)課題要進一步研究和探討。第一章 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)概述1.1 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)的目的在蔬菜的儲存中，溫度扮演著至關(guān)重要的角色。蔬菜公司必須把蔬菜儲存的環(huán)境控制在一定的溫度，以防止其腐爛變壞不新鮮，恒溫庫就是一項特別有效的措施。它就是建立一個適合蔬菜存放的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣

12、象環(huán)境，來消除溫度對蔬菜的影響。而且，恒溫庫使季節(jié)對農(nóng)作物的儲存不再產(chǎn)生過度影響，部分或完全擺脫了蔬菜對自然條件的依賴。由于恒溫庫能帶來可觀的經(jīng)濟效益，所以恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)越來越普及，已成為蔬菜公司存放各類蔬菜的主要設(shè)置和手段。蔬菜公司的恒溫庫作為一個相對封閉的環(huán)境，其內(nèi)部形成了一個小氣候環(huán)境，良好的溫度環(huán)境是蔬菜正常儲存的重要條件。近幾年來,一部分發(fā)達國家的果蔬自給率一直下降,比如日本和瑞士分別為50%和42·6%,國際果蔬市場的需求量和年貿(mào)易總量不斷上升,國際市場果蔬貿(mào)易額已達到100億美元。如今,類似美國和歐洲的發(fā)達國家都在大力倡導(dǎo)以素食為主,而果蔬具有無法取代的保健作用

13、。所以,必導(dǎo)致全球果蔬的需求量劇增,同時也為我國的果蔬出口帶來了巨大的機遇。這就要求在大量生產(chǎn)果蔬的同時，必須建立規(guī)范化的儲藏設(shè)備，有效解決高檔果蔬貯存和反季節(jié)銷售問題,提高經(jīng)營效益,同時還能提高產(chǎn)品的市場檔次、知名度和市場競爭力。本論文中所介紹的恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)就是基于單片機和傳感器。該系統(tǒng)能夠?qū)銣貛熘械臏囟冗M行采集，利用溫度傳感器將溫度的變化，變換成數(shù)字量，由單片機處理數(shù)據(jù)，然后去控制led顯示器，顯示恒溫庫內(nèi)的實際溫度，并且同時通過與事先設(shè)定值相比較，對恒溫庫內(nèi)的溫度進行自動調(diào)節(jié)，一旦超過事先設(shè)定的溫度限制，報警設(shè)置將進行報警。此種設(shè)計方案實現(xiàn)了溫度的實時測量、顯示和控制。這種系統(tǒng)抗

14、外界干擾能力強，測量精度較高，安裝比較方便，性價比高，容易維護。在過去，對類似設(shè)備的溫度控制一般是由人工完成，而且不夠重視。所以傳統(tǒng)的人工的測試方法費時費力、效率低，并且測試的溫度誤差很大，隨機性也大。但是其實在生活中很多的場合都需要對溫度進行監(jiān)控以防止發(fā)生意外情況，本文即是針對這一問題,設(shè)計出了能夠?qū)崿F(xiàn)溫度自動檢測，顯示，設(shè)置上下限報警等多功能的溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)。它是一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它測量方便，應(yīng)用廣泛，功能強大，是一項非常實用的溫度控制系統(tǒng)。1.2 蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)的功能本文中的設(shè)計是對蔬菜公司恒溫庫的溫度進行實時監(jiān)測與控制，所設(shè)計的微機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了最基本的

15、溫度控制功能：當(dāng)蔬菜恒溫庫內(nèi)溫度低于設(shè)定下限或者高于設(shè)定上限溫度時，報警裝置開始啟動。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機構(gòu)不執(zhí)行。此次設(shè)計采用單片機at89c51作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進行數(shù)據(jù)處理，溫度傳感器ds18b20經(jīng)過處理的信號，把信號傳遞到單片機上。單片機數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到4位led顯示器上進行顯示,這個系統(tǒng)可以實現(xiàn)溫度信號采集與顯示，通過進行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，發(fā)出控制信號以達到控制對象正常的目的。本設(shè)計裝置完成封裝后正面視圖應(yīng)如下圖1-1所示： 工作 狀態(tài) 指示 燈及 報警 區(qū)域按鍵調(diào)整區(qū)域顯示檢測到的實時溫度圖1-

16、1 裝置正面封裝視圖第二章 總體設(shè)計方案2.1 簡述本設(shè)計的溫度測控系統(tǒng)是由溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和報警系統(tǒng)組成，由單片機、溫度傳感器、顯示器與報警電路等組成。通過對溫度信號的采集、分析、處理，然后輸出信號來執(zhí)行相應(yīng)的部件進行動作，使蔬菜恒溫庫達到所要求的參數(shù)。2.1.1 實現(xiàn)的基本功能 對蔬菜公司恒溫庫溫度參數(shù)的實時監(jiān)測與采集，測量封閉空間的溫度，然后由單片機對采集的溫度數(shù)據(jù)進行循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)處理、顯示，實現(xiàn)溫度的智能化檢測。 利用數(shù)字溫度傳感器ds18b20測量恒溫庫內(nèi)的溫度。 利用led對溫度進行實時顯示。 事先設(shè)定上下限值，一旦超越上下限，報警系統(tǒng)及時報警，并啟動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒溫

17、庫的目的。 現(xiàn)場檢測設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性和抗干擾能力。2.1.2 技術(shù)參數(shù)測溫范圍：0-40測溫精度：±0.5控制方式：手動/自動可切換參數(shù)調(diào)整：手動設(shè)定/程序控制2.2 總體設(shè)計方案確定2.2.1 系統(tǒng)框圖溫度控制系統(tǒng)使用ds18b20，結(jié)合單片機電路設(shè)計，用一只ds18b20，直接讀取恒溫庫內(nèi)被測溫度值，依次完成設(shè)計要求。本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖如圖2-1所示，它由部分組成:控制部分主芯片采用單片機at89c51；數(shù)據(jù)顯示部分采用4位led數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示；溫度采集部分采用ds18b20溫度傳感器；加熱制冷控制電路。顯示模塊溫度傳感器ds18b20 單片機

18、 主控 模塊 at89c51報警電路鍵盤溫度過限電路圖2-1 恒溫庫溫度控制原理圖2.2.2 控制部分at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲器(fperom-flash programmable and erasable read only memory)的低電壓、高性能cmos8位單片機。2.2.3 顯示部分顯示電路采用4位共陽led數(shù)碼管。2.2.4 溫度采集部分這一部分主要完成對恒溫庫溫度信號的采集工作，由數(shù)字式傳感器ds18b20及其與單片機的接口部分組成。數(shù)字式溫度傳感器ds18b20把采集到的溫度傳送給單片機，單片機接受溫度并存儲。此部分只用到ds18b20和單片機，硬件很簡

19、單。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機模塊的設(shè)計3.1.1 單片機的特性介紹根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，選擇目前市場上性價比較高的at89c51單片機作為該系統(tǒng)的控制核心。at89c51是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的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)制造，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，功能強大的微型計算機的at89c51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方法。

20、另外，at89c51設(shè)計和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式。at89s51單片機綜合了微型處理器的基本功能。按照實際需要，同時也考慮到設(shè)計成本與整個系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的at89c51單片機作為整個系統(tǒng)的控制器。圖3-1 at89c51單片機實物圖與此同時，at89c51單片機是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉

21、的方式。主要特性有：與mcs-51兼容4k字節(jié)可編程閃爍存儲器32可編程i/o線兩個16位定時器/計數(shù)器可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.1.2 單片機的管腳介紹芯片89c51共有40個引腳，其中電源引腳有4個，控制引腳有4個，并行的i/o接口有32個，其引腳圖如圖3-2所示：圖3-2 at89c51管腳圖各引腳功能簡單介紹如下：vcc：供電電壓；gnd：接地；p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每個管腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時，p

22、0口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部電位必須被拉高；p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收；p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，p2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外

23、部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號；p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流(ill)，也是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口：p3.0 rxd(串行輸入口)p3.1 txd(串行輸出口)p3.2 int0(外部

24、中斷0)p3.3 int1(外部中斷1)p3.4 t0(記時器0外部輸入)p3.5 t1(記時器1外部輸入)p3.6 wr (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)p3.7 rd (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)同時p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號；rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高平時間；ale / prog ：當(dāng)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。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部

25、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指令時ale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；psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期psen兩次有效。但在訪問內(nèi)部部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn)；ea/vpp：當(dāng)ea保持低電平時，訪問外部rom；注意加密方式1時，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)ea端保持高電平時，訪問內(nèi)部rom。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源(vpp)；xtal1：反向振蕩放大器

26、的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入；xtal2：來自反向振蕩器的輸出。3.2 溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計3.2.1 ds18b20的主要特性美國dallas公司近年來推出了以ds18b20為代表的系列集成溫度傳感器，其器件的管芯內(nèi)集成了溫敏軟件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片和計算機借口芯片等多功能模塊。該器件可直接輸出二進制溫敏信號，并通過串行輸出方式與單片機通信。用其組成的測溫系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、維護工作量和工程造價等一系列指標都具有明顯的優(yōu)勢。 適應(yīng)電壓范圍3.05.5v,在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 獨特的單線借口方式，ds18b20在與微處理器連接時，僅需要一根口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通信。

27、 ds18b20支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 ds18b20在使用中，不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只晶體管的集成電路中。 測溫范圍-55125，在-1085時精度為±0.5。 可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125、0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。 在9位分辨率時，最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字；12位分辨率時，最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給cpu，同時可傳送crc校驗碼，具有極強的抗干擾糾

28、錯能力。 負壓特性，電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.2.2 ds18b20的結(jié)構(gòu)ds18b20只有三個外部引腳，其引腳排列如圖3-3所示：圖3-3 ds18b20引腳排列圖ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：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。ds18b20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量。它的內(nèi)部存儲器包括高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的e2pram，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存寄存器包括了8個連續(xù)字節(jié)，前2個字節(jié)是測得的溫度信息，第1個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第2個字節(jié)是溫度的高8位

29、，第3個和第4個字節(jié)是th、tl的易失性拷貝，第5個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這3個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新，第6、7、8個字節(jié)用于內(nèi)部計算，第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與th、tl做比較。若t>th或t<th，則將該器件內(nèi)的報警標志置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令做出響應(yīng)。因此，可用多個ds18b20同時測量溫度并進行報警搜索，一旦某測溫點超限，主機利用報警搜索命令即可識別正在報警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非報警器件。3.2.3 ds18b20的工作原理ds18b20測溫原理如圖3-4所示.圖中，低溫度系數(shù)晶體振蕩器

30、的頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給上方計數(shù)器；高溫度系數(shù)晶體振蕩器隨溫度變化，其震蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為下方計數(shù)器的脈沖輸入。上方計數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對應(yīng)的一個技術(shù)值。上方計數(shù)器對低溫度系數(shù)晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)上方計時器的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，上方計數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，上方計數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶體振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)，直到下方計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖3-4 ds18b20測溫原理本系統(tǒng)中ds18b20與單片機的連接圖如圖3-5所示：如圖

31、，ds18b20 只需要接到控制器（單片機）的一個i/o 口上，由于單總線為開漏所以需要外接一個4.7k 的上拉電阻。如要采用寄生工作方式，只要將vcc 電源引腳與單總線并聯(lián)即可。027.0dq2vcc3gnd1ds18b20r24k7溫度檢測圖3-5 ds18b20與單片機的連接圖ds18b20使用中需要注意的事項有： 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于ds1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 當(dāng)單總線上所掛ds1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計

32、時要加以注意。 在ds1820測溫程序設(shè)計中，向ds1820發(fā)出溫濕度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待ds1820的返回信號，一旦某個ds1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該ds1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。3.3 顯示模塊的設(shè)計常用的數(shù)碼管顯示器為8段，每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管，分為共陽和共陰兩種。共陰極led顯示的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極led的發(fā)光二極管的樣機連接在一起，通常此公共陽極接高電平，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。一般情況下，用硬件實現(xiàn)速

33、度比較快，可以節(jié)省cpu的時間，但系統(tǒng)的硬件接線復(fù)雜、系統(tǒng)成本較高。用軟件實現(xiàn)則較為經(jīng)濟，但要更多的占用cpu的時間。所以在cpu時間不緊張的情況下，應(yīng)盡量采用軟件。如果系統(tǒng)回路多、實用性要求強，則考慮用硬件完成。例如，在顯示接口電路設(shè)計時，為了降低成本可以采用軟件譯碼的動態(tài)顯示電路。但是如果系統(tǒng)的采樣路數(shù)多、數(shù)據(jù)處理量大時，則應(yīng)改為硬件靜態(tài)顯示。當(dāng)顯示位數(shù)較多時，因靜態(tài)顯示器所需的i/o線太多，一般采用動態(tài)顯示方法。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，對于每一位數(shù)碼管來說，每隔一段時間點亮一次，這種逐位點亮數(shù)碼管的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的i/o

34、控制；動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠就可以給人以同時顯示的感覺。圖3-6 led顯示器的結(jié)構(gòu)3.4 按鍵及聲光報警電路的設(shè)計按鍵部分設(shè)計采用6個獨立按鍵完成對溫、濕度上下限的設(shè)定。6個按鍵的功能分別是： 選擇溫度進行設(shè)限 選擇溫度上限進行改變 選擇溫度下限進行改變 加1 減1 退出設(shè)定界面，顯示監(jiān)測到的溫度另外，在微型計算機控制

35、系統(tǒng)中，為了安全的生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位，都設(shè)有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)或記過計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波，標度變換之后，與該參數(shù)上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。報警部分設(shè)計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過at89c51的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10ma的驅(qū)動電流，可以使用ttl系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖中，當(dāng)輸出高電平“1”時，晶體

36、管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5v電壓而鳴叫；當(dāng)輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 圖3-7是一個簡單的使用三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路。如圖所示：圖3-7 三極管驅(qū)動的峰鳴音報警電路3.5 單片機與pc機的通訊利用at89c51單片機的標準串行接口，通過簡單的外圍接口電路，可以方便地實現(xiàn)單片機與pc機之間的數(shù)據(jù)通訊。本文對數(shù)據(jù)通訊無特殊要求，因此選擇rs-232串行通訊。在接口電路和計算機接口芯片中大都為ttl或cmos電平,所以在通信時,必須進行電平轉(zhuǎn)換,以便與rs-232c標準的電平匹配 max232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。max232芯片是maxin公司生產(chǎn)的低功耗、

37、單電源雙rs232發(fā)送/接收器 適用于各種eia-232e和v.28/v.24的通信接口max232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5v電源變換成rs-232c輸出電平所需±10v電壓,所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5v電源就可以 。max232的管腳說明：c1+，c1-，c2+，c2-：外接電容端；r1in，r2in：2路rs-232電平信號接收輸入端；r1out，r2out：2路轉(zhuǎn)換后的ttl電平接收信號輸出端，送單片機的rxd接收端；t1in，t2in ：2路ttl電平發(fā)送輸入端，接單片機的txd發(fā)送端；t1out，t2out：2路轉(zhuǎn)換后的發(fā)

38、送rs-232電平信號輸出端，接傳輸線；v+：經(jīng)電容接+5v電源；v-：經(jīng)電容接地。max232的芯片引腳如3-8圖所示。接線圖如3-9所示。圖3-8 max232引腳圖 圖3-9 接線圖3.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加溫模塊和制冷模塊。它是由單片機的io 口控制的，有效控制電平為+5v，執(zhí)行機構(gòu)的各種設(shè)備都是在市電下正常工作的，必須采用io口控制繼電器的導(dǎo)通和切斷來控制市電的通斷，也即控制執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)。由于單片機的io不能提供足夠的電流，不能直接驅(qū)動繼電器導(dǎo)通，因此，我們采用達林頓管，將進行兩級放大，提供了足夠大的驅(qū)動電流，讓繼電器中的電感線圈產(chǎn)生足夠大的磁力，將開關(guān)吸合。

39、用戶預(yù)先輸入溫度報警值到程序中，該值作為系統(tǒng)閾值。溫度傳感器監(jiān)測值傳輸給單片機，當(dāng)單片機比較監(jiān)測到的數(shù)值超出所設(shè)定閾值時，驅(qū)動蜂鳴器報警，并為溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供控制信號，實現(xiàn)自動控制。第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計的整體思想對于系統(tǒng)而言，要完成各項功能，首先必須要有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是單片機應(yīng)用高速發(fā)展的今天。許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程來代替，甚至有些用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程的時候，往往會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等等。系統(tǒng)進行軟件設(shè)計時，先要對本設(shè)計硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號

40、是如何被控制的，以及信號的顯示。然后進行軟件設(shè)計時，先搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，最后將它們系統(tǒng)的編程。本系統(tǒng)設(shè)計的工作流程是：開始并初始化后，先從鍵盤上輸入要設(shè)定的溫度的上下限值；傳感器讀取溫度值，讀取成功后， lcd顯示數(shù)據(jù)，如果溫度過限，則報警裝置啟動并且啟動控制設(shè)備；如果數(shù)據(jù)在溫度上下限范圍內(nèi)，則顯示溫度值。4.2 主程序流程圖圖4-1 主程序流程圖4.3 溫度檢測子程序流程圖圖4-2 溫度傳感器子程序流程圖4.4 按鍵掃描子流程圖 圖4-3 按鍵掃描子程序流程圖結(jié) 論以上內(nèi)容為畢業(yè)前幾個月所設(shè)計的蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)，它經(jīng)過多次修改和整理，可以滿足設(shè)計的基本要求。采用

41、at89c51單片機、ds18b20數(shù)字式溫度傳感器、led液晶顯示模塊和報警裝置等器件設(shè)計蔬菜公司恒溫庫微機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度采集、數(shù)字顯示；溫度自動調(diào)節(jié)，濕度越限報警功能。由于本人專業(yè)知識不夠過硬，水平有限，所以此設(shè)計肯定存在一定的問題。譬如系統(tǒng)抗干擾能力差。但是由于使用的是單片機作為核心的控制元件，配合其它器件，使此溫度控制系統(tǒng)具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使之有很高的智能化水平。致 謝通過這段時間的資料收集、論證和設(shè)計，此次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于缺乏實踐經(jīng)驗，肯定難免有很多考慮不周到的地方，如果沒有導(dǎo)師的極力督促和悉心指

42、導(dǎo)、同學(xué)們的支持和幫助，我想要完成這個設(shè)計是很難的。首先我要感謝我的導(dǎo)師何琳琳老師。本論文是在何老師的悉心指導(dǎo)下完成的，何老師一直對我們嚴格要求、熱情鼓勵，使我們得到了不少學(xué)習(xí)和研究的機會。從課題的選擇到設(shè)計的最終完成，何老師都始終給予我們細心的指導(dǎo)和不懈的支持。從開題報告到畢業(yè)設(shè)計論文，何老師對每一次修改都嚴格把關(guān)，指出文章中出現(xiàn)的問題。何老師認真負責(zé)的工作態(tài)度、對事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風(fēng)范和對問題的敏銳觀察力，都將使我們畢生受益。在此我謹向我的指導(dǎo)老師以及在畢業(yè)設(shè)計過程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們們致以最真誠的謝意！畢業(yè)臨近，我也特別感謝鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，讓我在大專畢業(yè)后進一步深造，在

43、這個大家庭里我學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識和技能，在現(xiàn)代化的實驗室里我實際動手操作了一些實驗，自己親手完成了一些實習(xí)項目，課程設(shè)計，這使得我的動手能力有了顯著提高，對專業(yè)知識的掌握更加牢固與靈活，更有能力去迎接未來的挑戰(zhàn)！參考文獻1孫育才.mcs-51系列單片微型計算機及其應(yīng)用（第四版） m.南京：東南大學(xué)出版社，20042徐愛鈞.單片機原理實用教程.電子工業(yè)出版社，20113李朝青.pc 機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù) m .北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 20004謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試m.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20005賴麒文.8051 單片機 c語言開發(fā)環(huán)境實務(wù)與設(shè)計 m.北京：科學(xué)出

44、版社，20026王雪文.傳感器原理及應(yīng)用m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20097張劍平.智能化檢測系統(tǒng)及儀器m. 北京：國防工業(yè)出版社，20058王毅單片機器件應(yīng)用手冊m.人民郵電出版社，19949張琳娜.傳感檢測技術(shù)及應(yīng)用m中國計量出版社，199910李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)m.北京航空航天大學(xué)出版社，200411劉艷玲采用max232實現(xiàn)mcs-51單片機與pc機的通信j天津理工學(xué)院學(xué)報，199912周航慈單片機應(yīng)用程序設(shè)計m北京航空航天大學(xué)出版社，1991附 錄系統(tǒng)程序org 0000htemp_l equ 29h ;保存讀出溫度的低8位temp_h equ 28h ;保存讀出

45、溫度的高8位t_df equ 27h ;保存讀出溫度的小數(shù)部份flag1 equ 38h ;是否檢測到ds18b20標志位a_bit equ 20h ;百位數(shù)存放內(nèi)存位置b_bit equ 21h ;十位數(shù)存放內(nèi)存位置c_bit equ 22h ;個位數(shù)存放內(nèi)存位置d_bit equ 23h ;個位小數(shù)存放內(nèi)存位置s_bit equ 24h ;正負號存放內(nèi)存位置 org 0100hmain: lcallget_temper ;調(diào)用讀溫度子程序mova,29h ;將28h中的低4位移入29h中的高4位movt_df,a ;溫度低字節(jié)暫存,待后作小數(shù)處理mova,#0fh ;取小數(shù)值 anla,t

46、_dfmovd_bit,amova,28h jnbacc.7,posi clrc ;為負，求其絕對值mova,29h subba,#01h cplamov t_df,a ;溫度低字節(jié)暫存 mova,#0fh ;取小數(shù)值 anla,t_dfmovd_bit,amova,28h subba,#00h cpla mov28h,a ajmpnegprod: mova,t_df mov c,40h ;將28h中的最低位移入c rrc a mov c,41h rrc a mov c,42h rrc a mov c,43h rrc a mov 29h,a retposi:movs_bit,#00h ;正號不

47、顯示acallprodajmpmain1neg:movs_bit,#40h ;顯示“-”acallprodmain1: lcall display ;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序 ajmp maininit_1820: ;這是ds18b20復(fù)位初始化子程序setb p2.2 nop clr p2.2 mov r1,#3tsr1: mov r0,#107 ;主機發(fā)出延時537微秒的復(fù)位低脈沖 djnz r0,$ djnz r1,tsr1 setb p2.2 ;然后拉高數(shù)據(jù)線 nop nop nop mov r0,#25htsr2: jnb p2.2,tsr3 ;等待ds18b20回應(yīng) djnz r0,t

48、sr2 ;延時 ljmp tsr4tsr3: setb flag1 ;置標志位,表示ds1820存在 ljmp tsr5tsr4: clr flag1 ;清標志位,表示ds1820不存在 ljmp tsr7tsr5: mov r0,#117tsr6: djnz r0,tsr6 ;時序要求延時一段時間tsr7: setb p2.2 ret ;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值get_temper: setb p2.2 lcall init_1820 ;先復(fù)位ds18b20 jb flag1,tss2;判斷ds1820是否存在?若ds18b20不存在則返回 ret tss2: mov a,#0cch ;跳過rom

49、匹配 lcall write_1820 mov a,#44h ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 lcall write_1820 lcall display;調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時,等待ad轉(zhuǎn)換結(jié)束 lcall init_1820 ;準備讀溫度前先復(fù)位 mov a,#0cch ;跳過rom匹配 lcall write_1820 mov a,#0beh ;發(fā)出讀溫度命令 lcall write_1820 lcall read_18200 ret write_1820: ;寫ds18b20的子程序(有具體的時序要求)mov r2,#8 ;一共8位數(shù)據(jù) clr cwr1: clr p2.2 mov r3,#6 djnz r3,$ rrc a mov p2.2,c mov r3,#23 djnz r3,$ setb p2.2