畢業(yè)設(shè)計(jì) 雞舍溫度控制系統(tǒng)-上下限溫度控制

1、1 引言雞舍溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義隨著社會(huì)的開展，科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)開展的主流方向。特別是近年來(lái)，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但雞舍溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)雞舍溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。雞舍溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景溫度是科學(xué)技術(shù)中最根本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲(chǔ)、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對(duì)象和過(guò)程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。比方，發(fā)電廠鍋爐的溫

2、度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反響的工藝過(guò)程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行；煉油過(guò)程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。沒有適宜的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對(duì)溫度控制的要求都越來(lái)越高。可見，溫度的測(cè)量和控制是非常重要的。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場(chǎng)合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。雞舍溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。溫度控制在日常生活

3、及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比方溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場(chǎng)所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對(duì)此問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。1.4雞舍溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了根本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫

4、度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比擬麻煩。2.2 方案二 考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。比擬以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比擬簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)

5、際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。2.3方案二的總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，它由三局部組成:控制局部主芯片采用單片機(jī)AT89S51；顯示局部采用3位LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采集局部采用DS18B20溫度傳感器。加熱繼電器電風(fēng)扇繼電器單 片 機(jī)DS18B20LED顯示指示燈 圖1 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案(1) 控制局部單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。(2) 顯示局部顯示電路采用3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，從P0口送數(shù)，P2口掃描。(3) 溫度采集局部DS18B2

6、0溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一局部主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口局部組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1.0口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此局部只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。a. DS18B20的性能特點(diǎn)如下9：1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2) 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3) 無(wú)須外部器件；4) V；5) 零待機(jī)功耗；6) 溫度以3位數(shù)字顯

7、示；7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置；8) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度溫度報(bào)警條件的器件；9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 b. DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR35封裝，如圖2所示；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖2 DS18B20封裝5：1) 64位光刻ROM。開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因10。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下：8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼10H MSB LSB MSB LSB

8、MSB LSB圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置存放器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖3所示。低5位一直為

9、，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式， Byte0溫度測(cè)量值LSB50HByte1溫度測(cè)量值MSB50HE2PROMByte2TH高溫存放器-TH高溫存放器Byte3TL低溫存放器-TL 低溫存放器Byte4配位存放器-配位存放器Byte5預(yù)留FFHByte6預(yù)留0CHByte7預(yù)留IOHByte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)CRC圖4 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率,如圖4。TM R1R0 1 1 1 1 1圖5 DS18B20字節(jié)定義由表1可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間

10、越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保存未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以LSB形式表示。當(dāng)符號(hào)位S0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2是一局部溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)

11、制溫度數(shù)據(jù)6。表1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表：R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms009011010113751112750表2一局部溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H0000 0001 1001 00000191H0000 0000 1010 000100A2H0000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H1111 1111 1111 0000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110

12、 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H4) CRC的產(chǎn)生 在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比擬，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。3 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度

13、測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒有毒性，但測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)方法，常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢(shì)等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。 DS18B20工作原理.1 DS18B20的工作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)

14、過(guò)三個(gè)步驟：(1) 每一次讀寫之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位；(2) 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；(3) 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)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(hào)后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖5，6，7所示。a.初始化時(shí)序 圖6 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us上拉電阻

15、將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，假設(shè)為低電平，再延時(shí)480us12。b.寫時(shí)序圖7 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us8。c.讀時(shí)序 圖8 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us

16、的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us4。.2 ROM操作命令3當(dāng)主機(jī)收到DSl8B20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出ROM 操作命令之一，這些命令如表3：ROM操作命令。 DS18B20的測(cè)溫原理.1 DS18B20的測(cè)溫原理6每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過(guò)

17、ROM，啟動(dòng)所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配ROM，再逐一地讀回每個(gè)DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20的測(cè)溫原理如圖9所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門翻開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基

18、數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)表3 ROM操作命令指令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS18B20 ROM中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。告警搜索命 令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)溫度變換44H啟

19、動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500MS，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將E2PRAM中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中重調(diào)E2PRAM0BBH將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3，4字節(jié)讀 供 電方 式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度存放器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)

20、生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度存放器值的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖8中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度存放器值到達(dá)被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振

21、蕩 器計(jì)數(shù)比擬器預(yù) 置溫度存放器減到0圖9 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置.2 DS18B20的測(cè)溫流程初始化DS18B20跳過(guò)ROM匹配溫度變換延時(shí)1S跳過(guò)ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖10 DS18B20測(cè)溫流程4單片機(jī)接口設(shè)計(jì)DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖11所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， P1.1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電

22、流，可用一個(gè)MOSFET管和89S51的來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(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是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。單 片 機(jī)18B20VCCGND 圖11 DS18B20與單片機(jī)的接口電路5系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 主板電路設(shè)計(jì)(如附錄2)單片機(jī)的P1.0接DS18B20的2號(hào)引腳，P0口送數(shù)P2口掃描，P1.1、P1.2控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。 各局部電路(1)

23、 顯示電路顯示電路采用了7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫。圖12 顯示電路圖(2) 單片機(jī)電路圖13單片機(jī)電路引腳圖(3) AT89SISP下載口電路圖14 下載口電路引腳圖此電路連接單片機(jī)。(4) DS18B20溫度傳感器電路圖15 溫度傳感器電路引腳圖(5) 繼電器電路圖中引腳控制加熱器繼電器，P1.2引腳控制電風(fēng)扇繼電器。給.P1.1低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來(lái)開始工作；同樣給P1.2低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來(lái)開始工作。圖16 繼電器電路圖(6) 晶振控制電路圖17 晶振控制電路圖 (7) 復(fù)位電路圖18復(fù)位電路圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)

24、計(jì)的整體思想一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速開展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與S51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的51匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序稱為源程序最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序成為目標(biāo)程序，計(jì)算機(jī)才能“看懂，然后逐一執(zhí)

25、行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比擬快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問(wèn)題。MCS51指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用

26、要求很適合。而且MCS51指令系統(tǒng)有豐富的位操作或稱位處理指令，可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是MCS51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于要求反響靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化產(chǎn)品，可以充分表達(dá)出匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程序、以及有關(guān)DS18B20的程序初始化子程序、寫程序和讀程序等。主程序的功能是：?jiǎn)?dòng)DS18B20測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比擬，假設(shè)測(cè)得溫度小于設(shè)定值，那么進(jìn)入加熱階段，置P1.1為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍

27、內(nèi)，置P1.1為高電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令。當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，那么進(jìn)入降溫階段，那么置P1.2為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置P1.2為高電平斷開，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動(dòng)命。 系統(tǒng)程序流程圖系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子程序等。1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖19所示。通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)局部與小數(shù)局部分開存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯

28、示出來(lái)。圖19 主程序流程圖2讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序讀溫度命令子程序?qū)懭胱映绦蛱^(guò)ROM匹配命令DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序顯示子程序(延時(shí))寫入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令寫入子程序跳過(guò)ROM匹配命令終 止 圖20 讀出溫度子程序 DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能到達(dá)預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。3復(fù)位、應(yīng)答子程序開始延時(shí)537US50US是否有低電平標(biāo)志位置

29、1有234US低電平標(biāo)志位置1終止圖21復(fù)位、應(yīng)答子程序4寫入子程序開始進(jìn)位C清0終止R2是否為0P1.0置 0延時(shí)46US帶進(jìn)位右移延時(shí)12US圖22 寫入子程序5)系統(tǒng)總的流程圖開 始初始化DS18B20顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值超過(guò)設(shè)定溫度上限啟動(dòng)風(fēng)扇降低溫度紅燈亮設(shè)定溫度上、下限啟動(dòng)電熱爐升高溫度是否低于設(shè)定溫度下限是綠燈亮否圖23系統(tǒng)總的流程圖6 總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過(guò)將近三周努力，完成了雞舍溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，到達(dá)預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，從心底里說(shuō)，非?？鞓罚ㄟ^(guò)這次設(shè)計(jì)將硬、軟件做了出來(lái)，并能按照預(yù)定的要求工作了，但快樂之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前沒有獨(dú)立做

30、過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過(guò)幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，舉個(gè)例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時(shí)，我用的都是BCD碼，這一次，我全部用的都是16進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時(shí)在用除法去刪分,感覺效果比擬好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次設(shè)計(jì)中的最

31、大收獲。通過(guò)對(duì)多種溫度控制系統(tǒng)的分析研究，本論文自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種溫度測(cè)試控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于51系列單片機(jī)的控制，通過(guò)AT89S51處理溫度傳感器檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)，從而控制固態(tài)繼電器的翻開和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，同時(shí)配合按鍵的手動(dòng)控制，使得系統(tǒng)操作更加方便、人性化。通過(guò)對(duì)硬件與軟件的調(diào)試情況，系統(tǒng)根本能實(shí)現(xiàn)論文所預(yù)期的設(shè)計(jì)功能，不過(guò)系統(tǒng)仍然存在一些缺乏之處，有待改良。從設(shè)計(jì)方案的選擇到最終系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，我在這個(gè)過(guò)程中學(xué)到了許多新的知識(shí)。首先是閱讀了一些參考文獻(xiàn)，使我對(duì)溫度控制系統(tǒng)有了全新的認(rèn)識(shí)。在這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多困難，但通過(guò)自己的努力都一一克服了。這次設(shè)計(jì)我不光在硬件方面有

32、很大提高，在理論上也學(xué)到了很多。當(dāng)然由于自己前一段時(shí)間不抓緊，搞的到最后幾天拼命趕論文，弄的自己很狼狽，這是我以后要吸取教訓(xùn)的地方，凡事都得有方案。7 結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接，以 短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像雞舍的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值

33、8 致謝大學(xué)四年的學(xué)習(xí)和生活就要隨著這篇論文的辯論而結(jié)束了。有許許多多的舍不得，也有許許多多的感謝要說(shuō)。首先要衷心感謝的是我的指導(dǎo)教師暢福善老師！在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)那么。這些都將使我終生受益。無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。我愿借此時(shí)機(jī)向?qū)煴硎局孕牡母兄x！其次要感謝所有教育過(guò)我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉，也是完本錢論文的根底。我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對(duì)我的關(guān)心、關(guān)注和支持！ 大學(xué)的生活讓我有了堅(jiān)強(qiáng)的性格，冷靜的頭腦和永遠(yuǎn)樂觀的態(tài)

34、度。最重要的是讓我有了責(zé)任感，對(duì)自己、對(duì)家人和對(duì)社會(huì)。在即將畢業(yè)離校之際，我要感謝孫國(guó)力和薛新龍同學(xué)給予我的指點(diǎn)，感謝信物理系的同學(xué)給予我的幫助和勉勵(lì)。同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！我愿在未來(lái)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，以更加豐厚的成果來(lái)答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過(guò)我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友。永遠(yuǎn)以一顆為人民效勞的心來(lái)回報(bào)社會(huì)。9 參考文獻(xiàn) 1.李朝青，?單片機(jī)原理及接口技術(shù)?簡(jiǎn)明修訂版M，北京航空航天大學(xué)出版社，19982.李廣弟，?單片機(jī)根底?M，北京航空航天大學(xué)出版社，19943.閻 石，?數(shù)字電子技術(shù)根底?第三版M，高等教育出版社，19894.廖常初，現(xiàn)場(chǎng)總線概述J，電工技術(shù)，19995.于永

35、學(xué)、葛建，1-WIRE總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20及應(yīng)用J，電子產(chǎn)品世界，20036.陳躍東，DS18B20集成溫度傳感器原理與應(yīng)用J，安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)，20027.胡振宇、劉魯源、杜振輝，DS18B20接口的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)J，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，20028.金偉正，單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J，電子技術(shù)與應(yīng)用，20009.Maxim 公司， 1-Wire 單總線的根本原理 EB/ OL 10.馬云峰、陳子夫、李培全， 數(shù)字溫度傳感器DS18B20 的原理與應(yīng)用 EB/ OL 11.Dallas Corp，DS18B20 EB/ OL 12.李 鋼，1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器D

36、S18B20原理及應(yīng)用，現(xiàn)代電子技術(shù)J，200510 附錄附錄11.下載線插接說(shuō)明：兩排十針下載口，板圖上都有一個(gè)小方框，為1號(hào)引角；下載線的凸口為正方向，凸口的右側(cè)邊的第一個(gè)插孔為1號(hào)引角，這一點(diǎn)一定要切記，不然的話程序下載不進(jìn)去。：所提供的電池盒，紅線為正，黑線為負(fù)。板子所留出來(lái)的電源插口用VCC表示電源正和GND表示電源負(fù)標(biāo)明。假設(shè)沒有標(biāo)明，我們會(huì)刻有記號(hào)，刻有+號(hào)處為電源正。附錄2主板電路圖附錄3程序代碼ORG 0000HTEMPER_L EQU 29HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H;是否檢測(cè)到DS18B20標(biāo)志位A_BIT EQU 20H ;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存

37、放內(nèi)存位置B_BIT EQU 21H ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置XS EQU 30HMOV A,#00HMOV P2,AMAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序MOV A,29HMOV B,ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ASWAP AMOV 31H,AMOV A,BMOV C,40H;將28H中的最低位移入CRRC AMOV C,41HRRC AMOV C,42HRRC AMOV C,43HRRC AMOV 29H,ALCALL DISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序AJMP MAIN; 這是DS18B20復(fù)位初始化子程序NO

38、P;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微秒的復(fù)位低脈沖MOV R1,#3TSR1:MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB P1.0;然后拉高數(shù)據(jù)線NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P1.0,TSR3;等待DS18B20回應(yīng)DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ; 延時(shí)TSR3:SETB FLAG1 ; 置標(biāo)志位,表示DS1820存在LJMP TSR5TSR4:CLR FLAG1 ; 清標(biāo)志位,表示DS1820不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#117TSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間RET; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值LCALL INIT_1820;先復(fù)位DS18B20JB FLAG1,TSS2RET ; 判斷DS1820是否存在?假設(shè)DS18B20不存在那么返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過(guò)ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALL WRITE_1820;這里通過(guò)調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)一段時(shí)間,等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒LCALL DISPLAYLCALL INIT_18