糧倉多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文糧倉多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 課題名稱：糧倉多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二、指導(dǎo)老師：蔣小軍三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1、課題概述糧食是人類生存的必需品，我國的公糧現(xiàn)均集中存放在國家或地方的糧庫中。溫度是保存好糧食的先決條件之一。為了保證存放在糧倉中的糧食不致腐爛變質(zhì)，必須定期抽樣檢查各點(diǎn)的糧食溫度，并使糧倉內(nèi)的溫度、濕度保持在一定的范圍內(nèi)。可是，我國最大的糧庫方圓幾公里，倉庫房數(shù)為數(shù)十個(gè)，測量點(diǎn)可達(dá)數(shù)千個(gè)。若采用人工測溫，不僅效率低，勞動時(shí)間長，而且由于抽樣不徹底，導(dǎo)致部分糧食變質(zhì)，從而引起大面積的糧食變質(zhì)，造

2、成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的后果。因此，糧倉管理的智能化必不可少。本課題意在設(shè)計(jì)一個(gè)糧倉多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)糧倉溫度的精確測量與穩(wěn)定控制。2、設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容1、功能要求：1）定時(shí)對糧倉內(nèi)多點(diǎn)溫度和環(huán)境溫度自動巡檢或人為選測，定時(shí)間隔可調(diào)。2）8 路輸入信號， 可檢測 7 點(diǎn)倉庫溫度和環(huán)境溫度, 自動比較檢測點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度，各點(diǎn)與環(huán)境溫差超標(biāo)則閃光響鈴報(bào)警, 溫差處于安全范圍保持正常狀態(tài)不變。3) 檢測電路 24 小時(shí)工作，各檢測點(diǎn)編號和溫度可顯示或記錄。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，繪制系統(tǒng)組成框圖；2）使用 protel軟件繪制各模塊電路原理圖，并分析其工作原理；3）使用 prot

3、el軟件繪制整機(jī)電路原理圖和PCB板圖；4）制作實(shí)物并進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試；5）編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。3、主要技術(shù)指標(biāo)（1）溫度檢測范圍為 -40 +60；（2）溫度誤差± 1.0 ；（3）超過規(guī)定的溫度范圍時(shí)報(bào)警；（ 4）工作電源： 36V；四、設(shè)計(jì)參考書模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用等。五、設(shè)計(jì)說明書要求1、封面：包括設(shè)計(jì)題目，班級，姓名，指導(dǎo)老師，完成時(shí)間；2、目錄：根據(jù)說明書的內(nèi)容決定，一般采用23 級；3、設(shè)計(jì)任務(wù)書：包括課題名稱、目的、用途、主要技術(shù)性能指標(biāo)( 參照教材目錄編排 ) ；4、中文題目、摘要、關(guān)鍵詞、英文題目、摘要、關(guān)鍵詞；5、正文：設(shè)計(jì)方案框圖及

4、電路工作原理：包括系統(tǒng)方框圖，電氣原理圖，各單元電路的設(shè)計(jì)，簡述主要部件（包括主要集成電路）的工作原理、工作條件、給定參數(shù)、理論公式及詳細(xì)的計(jì)算步驟、計(jì)算結(jié)果。這是說明書的主要部分；6、元件參數(shù)表：包括所選用的元器件名稱、參數(shù)、型號；7、調(diào)試方案：包括調(diào)試的條件、方法、使用儀器設(shè)備的型號，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；8、設(shè)計(jì)心得：包括對本課程設(shè)計(jì)的客觀評價(jià)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、存在的問題以及改進(jìn)意見等；9、參考文獻(xiàn)：包括作者、署名、出版地、出版年等。六、設(shè)計(jì)進(jìn)程安排第 1 周： 資料準(zhǔn)備與借閱，了解課題思路；第 2-3 周：設(shè)計(jì)要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)，完成圖紙初稿；第 4-6 周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成說明書初稿

5、；第 7 周： 第二次檢查設(shè)計(jì)完成情況，并作好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備；第 8 周： 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及論文要求1、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。學(xué)生答辯時(shí)對自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價(jià)。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。2、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求：說明書要求打?。ǔ龍D紙外） ，不能手寫。文字通

6、順，語言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。摘要糧食是人類賴以生存的基本物質(zhì)， 是關(guān)系國民生計(jì)的重要物資 , 隨著人們生活水平的提高，全社會對糧食質(zhì)量問題提出了新的要求 , 目前我國地方各大型糧庫都存在著不同程度的糧食儲存變質(zhì)的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年因糧食儲存不當(dāng)而發(fā)霉變質(zhì)的糧食就達(dá)上億斤，造成無法估量的的經(jīng)濟(jì)損失。因此對糧食的溫度監(jiān)控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是十分重要的。本

7、設(shè)計(jì)是一個(gè)糧倉多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)， 是以實(shí)現(xiàn)糧倉溫度的精確測量與穩(wěn)定控制為目的。它主要是由 STC89C51單片機(jī)控制模塊、 DS18B20溫度采集模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊、數(shù)碼顯示模塊等幾部分組成。 整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)通過溫度傳感器控制采集溫度信息，并將溫度信息送入控制電路進(jìn)行計(jì)算和處理，讓其在數(shù)碼顯示管上顯示出環(huán)境溫度與糧倉內(nèi)各點(diǎn)溫度的當(dāng)前溫度差的測量值， 當(dāng)溫度差超過規(guī)定范圍時(shí)就發(fā)出警報(bào)。它的優(yōu)勢是抗干擾能力強(qiáng)，功耗低，操作簡單，功能齊全。關(guān)鍵詞 ：STC89C51單片機(jī)； DS18B20溫度傳感器；數(shù)碼顯示；報(bào)警器AbstractFood is the basic material of

8、survival, is an important material related to the livelihood of the people, with the improvement of people's living standard, the whole society puts forward new requirements for the food quality problems, at present our country local large grain depot there are different levels of grain storage

9、deterioration of the problem. According to statistics, every year in China becauseof the improper storage of grain moldy grain amounted to billions of pounds, incalculable economic losses. So the application of temperature monitoring technology for grain in agriculture is very important.This design

10、is a granary multi-point temperature control system, is to achieve accurate measurement and stable temperature control for the purpose of. It is mainly by the STC89C51 control module, DS18B20 temperature gathering module, alarm module, keyboard module, display module. The whole system is composed of

11、 MCU through the temperature sensor collects temperature information, and the temperature information to the control circuit to calculate and process, in which the digital display shows the current measurement of the ambient temperature and the temperature difference of each point in the granary tem

12、perature value, when the temperature exceeds the range will sound the alarm. It is the advantage of strong anti-interference ability, low power consumption, simple operation, complete functionKeyword ： STC89C51 MCU; DS18B20 temperature sensor; digital display;alarm目錄摘要 .IAbstract . .II第 1 章緒論 .11.1課

13、題背景 .11.1.1課題設(shè)計(jì)的意義和目的 .11.1.2糧情測控系統(tǒng)現(xiàn)狀及其發(fā)展 .21.2國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)的動向與趨勢 .21.3課題的任務(wù)要求 . .31.3.1設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容 .31.3.2主要技術(shù)指標(biāo) .3第 2 章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .42.1方案的選擇與論證 .42.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .42.1.2方案的比較與論證 .4第 3 章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . .73.1單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 .73.1.1單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展 .73.1.2技術(shù)的應(yīng)用 .73.2系統(tǒng)溫度傳感器 . .93.2.1DS18B20 工作原理 .93.2.2DS18B20 的主要性能 .103.2.3DS18B20

14、的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .103.2.4DS18B20 的管腳功能 .113.2.5DS18B20 與單片機(jī)接口 .123.3 STC89C52 的介紹 .133.3.1STC89C52 的主要性能 .133.3.2STC89C52 的引腳功能說明 .143.4報(bào)警電路 . .153.5顯示電路 . .163.5.1LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理 .163.5.2LED數(shù)碼管編碼方式 .16第 4 章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . .194.1模塊流程圖 .194.1.1數(shù)碼顯示程序 .194.1.2報(bào)警程序流程圖 .194.1.3主程序流程圖 .19結(jié)論 .21參考文獻(xiàn) .22致謝 .23附錄 1電路原理圖 .24附錄 2

15、電路板.24附錄 3程序 .25附錄 4元器件清單 .35第1章緒論1.1 課題背景糧食存儲是國家為了防止戰(zhàn)爭、災(zāi)難及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施，因此，糧食的安全儲藏具有重要的意義。目前，我國很多地方的各種大型糧庫都還存在著程度不同的糧食儲存變質(zhì)的問題。根據(jù)國家糧食保護(hù)法規(guī)，必須抽樣檢查糧庫各點(diǎn)的糧食溫度，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施，早期糧情信息的檢測都是采用手工作業(yè)，存在著效率低、勞動強(qiáng)度大等問題，而目前運(yùn)用的一些糧情測控系統(tǒng)也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量精度低、維護(hù)困難、系統(tǒng)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等問題。尤其是大型糧庫的溫度檢測系統(tǒng)任務(wù)不能及時(shí)徹底完成，則有可能會造成糧食大面積變質(zhì)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我

16、國每年因糧食變質(zhì)兒損失的糧食達(dá)到 100 億斤，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失是驚人的。糧食的保存至關(guān)重要， 為了實(shí)現(xiàn)糧食的大量儲存， 本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)糧倉多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)糧倉溫度的精確測量與穩(wěn)定控制。其應(yīng)用范圍甚廣。課題設(shè)計(jì)的意義和目的當(dāng)代科學(xué)技術(shù)日益向高速化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，不管是生活還是生產(chǎn)，都離不開自動化。信息社會對工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高、更新的要求，不僅要節(jié)約成本，而且要高效化。溫濕度的測量是工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其對于農(nóng)業(yè)發(fā)展， 比如大棚種植、糧倉管理等等，都必須保證精確的溫濕度控制。防潮、防霉、防腐、防爆是糧倉日常工作的重要內(nèi)容，也是衡量糧倉管理工作的重要指

17、標(biāo)。為了保證日常工作的順利進(jìn)行，必須加強(qiáng)糧倉內(nèi)溫濕度的監(jiān)測工作，但傳統(tǒng)的監(jiān)測方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且誤差較大，因此需要造價(jià)低廉、使用方便、測量精確的監(jiān)測系統(tǒng)。為了滿足糧倉溫濕度的精確控制要求，滿足測溫濕度過程信號易處理要求，設(shè)計(jì)一種可遠(yuǎn)程無線傳輸?shù)亩帱c(diǎn)監(jiān)測數(shù)字顯示的溫濕度測量系統(tǒng)，可以完成多點(diǎn)糧倉溫濕度的測量和顯示功能。該系統(tǒng)操作簡單，功能齊全，是單片機(jī)智能化的一種應(yīng)用。糧情測控系統(tǒng)現(xiàn)狀及其發(fā)展建國以來 , 我國糧食儲藏工作一直認(rèn)真貫徹“以防為主, 綜合防治”的保糧方針 , 本著“安全、經(jīng)濟(jì)、有效”的原則 , 廣泛開展以清潔衛(wèi)生為主的物理機(jī)械、化學(xué)藥劑等方面的綜合防治及儲糧害蟲的調(diào)查研究工作,

18、學(xué)習(xí)國內(nèi)外科學(xué)保糧方法 , 推廣應(yīng)用科研成果 , 從而使糧油儲藏從最初采用的土法保糧逐步發(fā)展到20世紀(jì) 80 年代的氣控、溫控、 “三低” ( 低溫、低氧、低劑量 ) 、害蟲科學(xué)防治、機(jī)械通風(fēng)和電子測溫等科學(xué)保糧。到20 世紀(jì) 90 年代初，我國科學(xué)保糧數(shù)達(dá)到儲糧總數(shù)的 65%左右 , 將儲糧損失控制在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。進(jìn)入 21 世紀(jì)，伴隨綠色食品的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略農(nóng)業(yè)拓展戰(zhàn)略研究中確定了“糧食綠色一條龍”和“農(nóng)產(chǎn)品綠色儲運(yùn)”戰(zhàn)略，糧食綠色儲藏在我國掀開了新的篇章，并得到高度重視、關(guān)注和長足的發(fā)展。1.2 國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)的動向與趨勢溫度檢測的

19、動向與趨勢隨著工業(yè)生產(chǎn)效率不斷提高，自動的水平與范圍也不斷擴(kuò)大，因而對溫度檢測技術(shù)的要求也愈來愈高，一般可以歸納一下幾方面：1）擴(kuò)展檢測范圍：現(xiàn)在工業(yè)上通用的檢測溫度范圍為200300 攝氏度，而今后要求能測量超高溫與超低溫，尤其是液化氣體的極低溫度檢測更為迫切，如 10K 以下的溫度檢測是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題。2）擴(kuò)大測溫對象溫度檢測技術(shù)將會由點(diǎn)測量發(fā)展到線、面、甚至是立的測量。應(yīng)用范圍將同工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)，家用電器，汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。3）發(fā)展新型產(chǎn)品利用老的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適合于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足于用戶需要。4）適應(yīng)特殊環(huán)境下測溫在工業(yè)生產(chǎn)中，對許多場合的溫度檢

20、測器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求。5）顯示數(shù)字化：溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。其最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、無讀數(shù)誤差、分辨率高、測量誤差小，因而有廣闊的銷售市場。6）標(biāo)定自動化應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速，準(zhǔn)確，自動地標(biāo)定溫度檢測器。根據(jù)上述要求，國內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展。a. 繼續(xù)生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)溫度檢測元件，如：熱電偶、熱電阻| 熱敏電阻等。b. 加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開發(fā)。如近年來已開發(fā)的碳化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器。 c. 向智能化、集成化、實(shí)用化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。1.3 課題的任務(wù)要求設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容（1）功能要求：1) 定時(shí)對糧倉內(nèi)多點(diǎn)溫度和環(huán)境溫度自動巡檢或人

21、為選測，定時(shí)間隔可調(diào)。2）8 路輸入信號，可檢測7 點(diǎn)倉庫溫度和環(huán)境溫度, 自動比較檢測點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度，各點(diǎn)與環(huán)境溫差超標(biāo)則閃光響鈴報(bào)警 , 溫差處于安全范圍保 持正常狀態(tài)不變。3) 檢測電路 24 小時(shí)工作，各檢測點(diǎn)編號和溫度可顯示或記錄。（2）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，繪制系統(tǒng)組成框圖；2）使用 protel軟件繪制各模塊電路原理圖，并分析其工作原理；3）使用 protel軟件繪制整機(jī)電路原理圖和PCB板圖；4）制作實(shí)物并進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試；5）編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。主要技術(shù)指標(biāo)（ 1）溫度檢測范圍為 -40 +60；（ 2）溫度誤差± 1.0 ；（ 3）超過規(guī)定的溫度

22、范圍時(shí)報(bào)警；（4）工作電源： 36V；第 2 章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)確定了課題的目的和意義，根據(jù)本課題的研究內(nèi)容和任務(wù)要求，設(shè)計(jì)出本課題的研究方案，并將方案進(jìn)行比較論證，選擇較優(yōu)的方案，闡述方案各個(gè)模塊的功能。2.1 方案的選擇與論證系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)溫度檢測系統(tǒng)有共同的特點(diǎn)：測量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路、 AD 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測環(huán)境復(fù)雜、測量點(diǎn)多、信號傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。所

23、以多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。方案的比較與論證（一）傳感器部分方案一采用熱敏電阻，可滿足40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1 攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中 , 采用單片溫度傳感器 , 比如 AD590,LM35 等. 但這些芯片輸出的都是模擬信號 , 必須經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī), 這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外 , 這種測溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器, 不能進(jìn)行多點(diǎn)測量. 即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定

24、程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二AD590是一種單片集成的兩端式溫度敏感電流源，它具有線性優(yōu)良、 性能穩(wěn)定、靈敏的高、無需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測溫且使用方便的優(yōu)點(diǎn)。首先要通過溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電量，把它的電流信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后放大，輸入到 AD轉(zhuǎn)換電路，在輸入到數(shù)碼管顯示出來。方案三進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都使用傳感器，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換就可以滿足設(shè)計(jì)要求。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路

25、。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在 0100時(shí)，最大線形偏差小于 1。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS1820和微控制器 AT89C51構(gòu)成的溫度測量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號 , 可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣 , 測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 , 體積也不大 , 且由于 AT89C51可以帶多個(gè) DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量 . 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。方案論證從以上三種方案，很容易看出，方案一、方案二需要對溫度信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換，十分麻煩，電路復(fù)雜，且工作量大，穩(wěn)定性差。方案三，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比

26、較簡單，故采用方案三。采用溫度芯片 DSB1820測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更塊。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。（二）單片機(jī)控制部分方案一此方案采用 PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)輸出信號不能直接與DS18B20通信。需要通過 RS232 電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合， PC 機(jī)的體積大，攜帶安裝

27、不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩。方案二此方案采用 STC89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對多 DS18B20控制工作，還可以與 PC機(jī)通信 . 運(yùn)用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)（ PC微型計(jì)算機(jī)），單片機(jī)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng) , 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外 STC89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。方案論證從以上兩個(gè)方案可以看出，方案二更適合本設(shè)計(jì)，因?yàn)樗殷w積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。故本設(shè)計(jì)采用

28、方案二（三）系統(tǒng)方案綜上所述，傳感器部分采用溫度傳感器DS18B20，主控部分采用 AT89C51單片機(jī)?？傮w結(jié)構(gòu)方框圖如圖2.1-1 所示。溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器顯示模塊單片機(jī)STC89C52按鍵模塊報(bào)警模塊圖 2.1-1 總體結(jié)構(gòu)方框圖第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展單片機(jī)，又稱微控制器（Microcontroller），是把中央處理器、存儲器、定時(shí)計(jì)數(shù)器（ TimerCounter ）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)

29、自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的單片機(jī)的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場合被稱為范圍更廣的微控制器。自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近 20 年的發(fā)展路程。縱觀 20 年來單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器 (MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢。其發(fā)展速度大約每兩三年就要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣，已經(jīng)達(dá)到了驚人的地步，它已滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。目前單片機(jī)的

30、品種很多，但其中最典型的是 MCS-51 單片機(jī) , 它是美國 INTE 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品，與 MCS-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令 , 指令數(shù)達(dá) 111 條，MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， MCS-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域， 幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自

31、動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：智能儀器：單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表，數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（電壓表、功

32、率計(jì)，示波器，各種分析儀）。工業(yè)控制 : 單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。家用電器 : 現(xiàn)在的家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制技術(shù)，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備和白色家電等。網(wǎng)絡(luò)和通信 : 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物

33、質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域 : 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。汽車電子 : 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于 CAN總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器、 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、 abs 防抱死系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、胎壓檢測等。此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。3.2 系統(tǒng)溫度傳

34、感器本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是增強(qiáng)型單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面有很大的優(yōu)點(diǎn)。DS18B20有三只引腳， GND，DQ，VDD。如圖 3.2-11、 GND為電源地2、 DQ 為數(shù)字信號輸入輸出端3、VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖 3.2-1 DS18B20引腳圖工作原理：DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：1） ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前 8 位是單

35、線系列編碼（ DS18B20的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號， 最后 8 位是以上 56 的位的 CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20共 64 位ROM。2）RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取， 數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。第 1、2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 3、4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè) EEPROM的鏡像。第 6、 7、 8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而

36、設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC碼。3） 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)， DS18B20共 3 位 EEPROM，并在 RAM都存在鏡像的主要性能1）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.05.5v 。2）測溫范圍：在 10 +85時(shí)精度為± 0.5 。3）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和 0.0625 。4）獨(dú)特的單線接口僅僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊。的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64 位光刻 ROM、溫度傳感器、 非易失性溫度報(bào)警觸

37、發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器等組成。如圖3.2-264位 ROM和單總線端口存儲器和控制部分溫度傳感器上限觸發(fā) TH暫存器下線觸發(fā) TL高速暫存器8位 CRC產(chǎn)生器圖 3.2-2 DS1802內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1. 64 位光刻 ROM，可以看作為該器件的地址序列號。其作用是使每一個(gè)出廠的 DS18820 地址序列號都各不相同，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18820的目的。2. DS18820 中的溫度傳感器完成對溫度的測量，輸出格式為：16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼。當(dāng)測溫精度設(shè)置為12 位時(shí)，分辨率為 O0625，即 O0625LSB。其二進(jìn)制補(bǔ)碼格式如圖3.2-3 所示。圖 3.2-3

38、二進(jìn)制補(bǔ)碼格式3 DS18820中的低溫觸發(fā)器TL、高溫觸發(fā)器TH，用于設(shè)置低溫、高溫的報(bào)警數(shù)值。 DS18820完成一個(gè)周期的溫度測量后，將測得的溫度值和TL、TH 相比較，如果小于 TL，或大于 TH，則表示溫度越限， 將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。需要修改上、下限溫度值時(shí)，只需使用一個(gè)功能命令即可對TL、TH寫入，十分方便。4 DS18820中的高速暫存器是一個(gè)9 字節(jié)的存儲器。開始兩個(gè)字節(jié)為被測溫度的數(shù)字量，第3、4、5 字節(jié)分別為 TH、 TL、配置寄存器的復(fù)制，每一次上電復(fù)位時(shí)被重寫。配置寄存器有R0、 R1組成，其值決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)、轉(zhuǎn)換時(shí)

39、間。第7 字節(jié)為測溫計(jì)數(shù)的剩余值。第8 字節(jié)為測溫時(shí)每度的計(jì)數(shù)值。第 9 字節(jié)讀出的是前8 個(gè)字節(jié)的 CRC校驗(yàn)碼，通過此碼，可判斷通訊是否正確。的管腳功能，如圖3.2-4圖 3.2-4 DS18B20引腳圖序名稱引腳功能描述號1 GND 地信號2 DQ 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。 開漏單總線接口引腳。 當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3 VDD 可選擇的 VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。與單片機(jī)接口DS1820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS1820的 1管腳接地， 2腳作為信號線接單片機(jī)的IO口，電源與數(shù)字輸入管腳間需接一個(gè)4.7K 的電阻， 3管

40、腳接電源，如圖 4-1 所示。另一種是寄生電源方式，如圖4-2 所示。單片機(jī)端口接單片機(jī)總線，為保證在有效的DS1820 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET管來完成對總線的上拉。當(dāng) DS18B20處于些存儲器操作和溫度 AD轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10 s。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD和 GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送端接口必須是三態(tài)的。圖 3.2-5 DS18B20 采用電源供電方式的電路圖圖 3.2-6 DS18B20 采用寄生電源的電路圖3.3 STC89C52 的介紹本系統(tǒng)選用的單片機(jī)型號為 STC89C52，STC89C5

41、2是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash ，256 字節(jié) RAM， 32 位 IO 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC89C52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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制

42、器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash 。的主要性能STC89C52RC單片機(jī) :8K 字節(jié)程序存儲空間；512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM存儲空間 ;可直接使用串口下載；AT89S52單片機(jī) :8K 字節(jié)程序存儲空間；256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；沒有內(nèi)帶 EEPROM存儲空間 ;的引腳功能說明，如圖3.3-1圖3.3-1 STC89C51引腳圖18 腳： IOP1 口（P1.0P1.7 ）， P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8 位雙向IO 口， P1 口緩沖器能接收和輸出4 個(gè) TLL 門電流；9 腳：復(fù)位腳（ RSTVpd）；復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST引腳2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間；1017 腳：IOP3 口（P3.0=RXD，P3.1=TXD，P3.2=-INT0 ，P3.3=-INT1 ，P3.4=T0，P3.5=T1，P3.6=-WR，P3.7=-RD），P3 口是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向IO 口，可接收和輸出4 個(gè) TLL 門電流；18