冷庫溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文

1、大連交通大學(xué)信息工程學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)題 目 冷庫溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 自動化 班 指導(dǎo)教師 * 職 稱教授 所在單位 電氣工程系 教研室主任 完成日期 年 6 月 29 日摘 要溫度是日常生活中無時不在的物理量，溫度的控制在各個領(lǐng)域都有積極的意義。隨著微機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。本設(shè)計是基于stc89s52單片機對冷庫溫度檢測并實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。主要由電源、系統(tǒng)控制電路、溫度檢測電路、溫度顯示電路、執(zhí)行電路、提示電路等組成,以stc89s52單片機為控制器，

2、利用ds18b20溫度傳感器檢測當(dāng)前冷庫中的溫度值，通過控制器及輔助電路進(jìn)行計算輸出并在lcd上顯示當(dāng)前冷庫的溫度值；如果測量到冷庫中的溫度值達(dá)到設(shè)定溫度的上、下限值時，系統(tǒng)通過stc89s52發(fā)出控制信號完成提示功能，同時啟動或停止執(zhí)行電路，使溫度快速達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)。此冷庫溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制效果良好。關(guān)鍵詞：單片機 ds18b20傳感器 溫度控制 顯示電路abstractthe temperature is in daily life the ever-present physical quantities, the control of the temperature in va

3、rious fields have positive significance. along with the computer measurement and control technology of the rapid development and wide application, with the single chip processor as the core temperature gathering and control system development and application greatly improve the production of the con

4、trol of the temperature in the life level.this design is based stc89s52 microcontroller cold storage temperature sensing and automatic control system. mainly by the composition of the power, the system control circuit, the temperature detection circuit, the temperature display circuit, executive cir

5、cuit, and prompt circuit. system microcontroller to stc89s52 as the controller, ds18b20 temperature sensor detects the temperature of the cold, calculated output and the current cold storage temperature value displayed on the lcd controller and auxiliary circuits; if the measured temperature in cold

6、 storage to achieve set given temperature, the lower limit, the system through stc89s52 control signals to complete the prompts to start or stop the implementation of the circuit, so that the temperature is quickly reached within the set range. the refrigerator temperature control system is simple,

7、good control effect.key words: single-chip microcomputer the sensor ds18b20 temperature control show circuit目 錄1 前 言11.1 課題研究的意義和目的11.2 冷庫溫度控制的應(yīng)用11.3 主要研究內(nèi)容21.4 冷庫溫度控制器的組成22 冷庫溫度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計32.1 系統(tǒng)分析32.2 方案論證32.2.1 控制器方案選擇和論證32.2.2 測溫元件的選擇32.3 主要器件介紹52.3.1 stc89s52單片機52.3.2 ds18b20溫度傳感器92.3.3 lcd1602液

8、晶模塊123 冷庫溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計153.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計153.2 電源設(shè)計153.3 單片機最小系統(tǒng)163.4 溫度檢測電路173.5 顯示電路173.6 執(zhí)行電路及提示電路193.7 系統(tǒng)硬件原理圖204 系統(tǒng)軟件設(shè)計214.1 主程序設(shè)計流程圖214.2 讀溫度程序流程圖22結(jié) 論23謝 辭24參考文獻(xiàn)25附 錄26大連交通大學(xué)信息工程學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）1 前 言1.1 課題研究的意義和目的冷庫是利用降溫設(shè)施創(chuàng)造適宜的濕度和溫度條件的倉庫，又稱冷藏庫，是加工、貯存農(nóng)畜產(chǎn)品的場所。它能擺脫氣候的影響，延長農(nóng)畜產(chǎn)品的貯存保鮮期限，以調(diào)節(jié)市場供應(yīng)。冷庫主要用作對食品

9、、乳制品、肉類、水產(chǎn)、禽類、果蔬、冷飲、花卉、茶葉、藥品、化工原料、電子儀表儀器的恒溫貯藏。從冷庫的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢來看，果品恒溫氣調(diào)庫發(fā)展迅速，低溫庫比例有所增加，適合農(nóng)戶建造使用的微型冷庫異軍突起。冷庫設(shè)計自動化控制程度逐步提高，政府安全生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)督等管理部門對冷庫的監(jiān)管力度大大加強。在我國，食品專用冷庫嚴(yán)重不足，食品的冷藏鏈的不完整，加之食品經(jīng)營管理的各種因素，每年約有3000萬噸水果、蔬菜、乳制品和其他易腐食品有待于從變質(zhì)中拯救出來，易腐食品每年要損失十多億元。養(yǎng)殖種植業(yè)的大幅發(fā)展與保鮮、存儲及流通的發(fā)展極不協(xié)調(diào)，產(chǎn)量越大虧損越多，我國現(xiàn)有人口已近13.5億，食品資源非常寶貴，如不盡快

10、改觀，不僅是中國的食品工業(yè)的水平將大幅度落后于先進(jìn)國家，而且將會造成資源的大量浪費。當(dāng)務(wù)之急，我們要提高冷庫自動化管理的水平，加強管理，降低運營成本，促進(jìn)冷庫向安全、規(guī)范、節(jié)能、環(huán)保結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的方向發(fā)展12。隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個冷庫溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。本文設(shè)計了一種簡單的、運行可靠且成本較低的溫度控制系統(tǒng)，采用ds18b20數(shù)字傳感器和stc89s52單片機來檢測并控制溫度

11、，具有現(xiàn)實溫度、報警等功能。1.2 冷庫溫度控制的應(yīng)用二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進(jìn)行溫度測量。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相對應(yīng)的，溫度控制和測量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。如在日趨發(fā)達(dá)的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運行。而我國冷庫的制冷設(shè)備大多采用手動控制，或者僅對某一個制冷部件采用了局部自動控制技術(shù)，對整個制冷系統(tǒng)做到完全自動控制的較少，貨物進(jìn)出、裝卸等方面的自動化程度普遍較低。將溫度控制器應(yīng)用在冷庫中能夠良

12、好的保持冷庫中的溫度，可以讓整個控制系統(tǒng)得以穩(wěn)定的操作和運行，進(jìn)而實現(xiàn)無人操作的便捷34。1.3 主要研究內(nèi)容本設(shè)計將在以下三個方面對冷庫溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。（1）控制器和溫度傳感器的選擇。如何選擇合理的控制器和溫度傳感器是本設(shè)計的關(guān)鍵問題。在本設(shè)計中主要研究檢測溫度并傳給控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、并根據(jù)要求輸出不同的控制信號，本課題設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)（2）冷庫溫度控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計。本設(shè)計中的溫度控制系統(tǒng)要求有較高的穩(wěn)定性才能滿足基本要求，故擬選擇數(shù)字式溫度傳感器ds18b20，其輸出的信號為數(shù)字信號能夠直接被單片機處理，省去了a/d和d/a轉(zhuǎn)換電路以及調(diào)理電路，不僅簡化了硬件電路，同時提高了穩(wěn)定

13、性。（3）冷庫溫度控制器軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了簡單方便的c語言對單片機控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，其具有面向應(yīng)用、運算符豐富、結(jié)構(gòu)簡潔等特點，能直觀明了的設(shè)計出溫度控制器所需要的要求，其良好的可移植性也大大的避免了軟件編程中的一些不必要的麻煩。1.4 冷庫溫度控制器的組成（1）主控制器：它是溫度控制的“大腦”，通過用戶自編程序，下裝到內(nèi)存中，當(dāng)有需要處理的信號產(chǎn)生時，它就會發(fā)出相應(yīng)指令，指揮其他外圍電路的工作，同時根據(jù)溫度的變化對執(zhí)行機制進(jìn)行控制，并且處理一些數(shù)據(jù)。（2）溫度傳感器：負(fù)責(zé)采集冷庫中的溫度信號，并且把信號傳送給單片機進(jìn)行處理，同時主控制器根據(jù)功能會給出一個控制信號。（3）lcd顯示屏

14、：提供一個直接的溫度數(shù)值實時顯示出來，讓人直觀的了解冷庫當(dāng)前的溫度。（4）提示報警電路：當(dāng)溫度達(dá)到某一個值時，指示燈會提示出現(xiàn)問題并且同時有聲音的提示（5）執(zhí)行電路：當(dāng)冷庫中的溫度達(dá)到一定的值時，執(zhí)行電路就會帶動加熱或制冷裝置動作，從而實現(xiàn)控制溫度。2 冷庫溫度控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)分析本設(shè)計以stc89s52單片機為核心，溫度傳感器ds18b20檢測范圍-55攝氏度到125攝氏度，把所測得的溫度發(fā)送到stc89s52單片機上，經(jīng)過單片機處理，將把溫度在顯示電路上實時顯示，本系統(tǒng)顯示器為1602液晶模塊。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設(shè)置一個溫度值，對所測溫度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)溫度高于或低于

15、設(shè)定溫度時，開始啟動相應(yīng)設(shè)備，快速調(diào)節(jié)倉庫溫度的變化，達(dá)到恒溫的目的，使整個控制系統(tǒng)得以穩(wěn)定的運行，進(jìn)而實現(xiàn)智能控制5。2.2 方案論證2.2.1 控制器方案選擇和論證方案1：采用fpga可編程邏輯器件，可以不被標(biāo)準(zhǔn)系列器件在邏輯功能上所限制，而且修改邏輯可在系統(tǒng)設(shè)計和使用過程的任一階段中進(jìn)行，并且只須通過對所用的fpga器件進(jìn)行重新編程即可完成，給系統(tǒng)設(shè)計提供了很大的靈活性。用它來設(shè)計一個系統(tǒng)所需時間比傳統(tǒng)方法大為縮短。fpga器件集成度高，使用時印刷線路板電路布局布線簡單。同時，在樣機設(shè)計成功后，由于開發(fā)工具先進(jìn)，自動化程度高，對其進(jìn)行邏輯修改也十分簡便迅速。因此，使用fpga器件可大大縮

16、短系統(tǒng)的設(shè)計周期，加快產(chǎn)品投放市場的速度，提高產(chǎn)品的競爭能力。方案2：采用plc可編程邏輯器件，以plc做控制系統(tǒng)，信號處理時間短、速度快、實時性強。所有的i/o輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離；具有良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，cpu立即采取有效措施，以防止故障擴大；具有較高的穩(wěn)定性。方案3：采用stc公司的stc89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲器，價格便宜，性價比高，而且完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機的指令代碼，相對比較熟悉，用起來比較方便6。比較以上三種方案，方案3的設(shè)

17、計考慮到實用性及性價比, 所采用的芯片和器件均為通用器件, 因而整個系統(tǒng)的造價不高, 并且有較強的應(yīng)用價值和良好的發(fā)展前景，因此采用方案3。2.2.2 測溫元件的選擇方案1：采用模擬集成溫度傳感器，集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用ic。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。圖2-1是ad590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路，因為流過ad59

18、0的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻r1和電位器r2的電阻之和為1k時，輸出電壓v隨溫度的變化為1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把ad590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器r2，使v=273.2mv?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使v=273.2+25=298.2（mv）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度7。ad590把被測溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和a/d轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機進(jìn)行溫度控制。圖2-1 ad590測溫電路方案2：采用ds18b20數(shù)字式溫度傳感器， ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳

19、感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強易配處理器等優(yōu)點，特別適合用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（按9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片，它具有三引腳to-92小體積封裝形式，溫度測量范圍-55+125，可編程為912位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個ds18b20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，cpu只需一根端口線就能與多個ds18b20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出ds18b20

20、非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)8。綜上所述，在本設(shè)計中采用方案2。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，且此元件線形較好。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。2.3 主要器件介紹2.3.1 stc89s52單片機stc89s52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能comos8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機芯片圖如圖2-2所示。

21、圖2-2 單片機芯片圖（1）時鐘電路stc89s52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳rxd和txd分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖2-3(a) 所示，在rxd和txd引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212mhz之間選擇，電容值在530pf之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖2-3（b）所示，rxd接地，txd接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12mhz的方波信號。

22、片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘p1和p2，供單片機使用。（a）內(nèi)部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖2-3 時鐘電路（1）復(fù)位及復(fù)位電路1）復(fù)位操作復(fù)位是單片機的初始化操作。其主要功能是把pc初始化為0000h，使單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除pc之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2-1所示。表2-1 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp

23、07htl100hdptr0000hth100hp0-p3ffhscon00hipxx000000bsbuf不定ie0x000000bpcon0xxx0000btmod00h2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生rst引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6mhz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖2-4所示：圖2-4 復(fù)位信號的電路邏輯圖整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(rst)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的s5p2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣

24、，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖2-5（a）所示。這佯，只要電源vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖2-5（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖2-5（c）所示。 （a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位圖2-5 復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6mhz晶振，

25、能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖2-5（b）上電復(fù)位方式。3）sts89s52具體介紹如下：主電源引腳（2根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源；gnd(pin20)：接地線；外接晶振引腳（2根）xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端；xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端；控制引腳（4根）rst/vpd（9腳）：rst即為reset，vpd為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉

26、電時，該引腳可接上備用電源vpd（+5v）為內(nèi)部ram供電，以保證ram中的數(shù)據(jù)不丟失。ale/ p（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ale（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在p0口的低電平信號。psen(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期pesn兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，pesn信號將不出現(xiàn)。ea/vpp（31腳）：ea為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng)ea端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4kb（ms-52子系列為8kb）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)

27、去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)ea端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有eprom的單片機，在eprom編程期間，該引腳用于接21v的編程電源vpp?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）stc89c52單片機有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。p0口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱為p0.0p0.7；p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p1.0p1.7 ；p2口（pin21pin28）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p2.0p2.7； p3口（pin10pin17）：

28、8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p3.0p3.7；stc89s52主要功能如表2-2所示。表2-2 stc89s52主要功能主要功能特性兼容mcs51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫flash 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2.3.2 ds18b20溫度傳感器（1）ds18b20的工作原理1）ds18b20工作時序根據(jù)ds18b20的通信協(xié)議，主機控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前

29、都必須要對ds18b20進(jìn)行復(fù)位；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(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收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。a初始化時序圖2-6 初始化時序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機知道，總線上有從機設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機輸出低電平，保持低電平時間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機釋放總線，4.7k上拉電阻將總線拉高，延時1560us，并進(jìn)入接

30、受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時480us。b寫時序圖2-7 寫時序?qū)憰r序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us，且在2次獨立的寫時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫1時序，主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時60us。寫0時序，主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時2us。c讀時序圖2-8 讀時序總線器件僅在主機發(fā)出讀時序時，才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us，且在2次獨立的讀時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總

31、線1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平延時2us，然后主機轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時50us。2）rom操作命令當(dāng)主機收到dsl8b20 的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出rom 操作命令之一，這些命令如表2-3所示。表2-3 ds18b20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)byte0溫度測量值lsb（50h）byte1溫度測量值msb（50h）e2prombyte2th高溫寄存器-th高溫寄存器byte3tl低溫寄存器-tl 低溫寄存器byte4配位寄存器-配位寄存器byte5預(yù)留（ffh）byte6預(yù)留（0ch）byte7預(yù)留（i

32、oh）byte8循環(huán)冗余碼校驗（crc）（2）ds18b20的測溫原理9每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)rom 中。主機在進(jìn)入操作程序前必須用讀rom(33h)命令將該dsl8b20的序列號讀出。程序可以先跳過rom，啟動所有dsl8b20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配rom，再逐一地讀回每個dsl8b20的溫度數(shù)據(jù)。ds18b20的測溫原理如圖2-9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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計

33、數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2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2-9中的斜率累加器用于補償和修正測

34、溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對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)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。斜坡累加器預(yù) 制減法計數(shù)器低溫度系數(shù)振蕩器減到0高溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器計數(shù)比較器預(yù) 制溫度寄存器減到0圖2-9 測溫原理圖2.3.3 lcd1602液晶模塊（1）lcd1602主要技術(shù)參數(shù)：1）顯示容量:162個字符 ；2）芯片工作電壓:4.55.5v；

35、3）工作電流:2.0ma(5.0v)；4）模塊最佳工作電壓:5.0v；5）字符尺寸:2.954.35(wh)mm。（2）指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，其中指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，

36、低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平），1602液晶模塊控制

37、指令如表2-4所示。表2-4 控制指令序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*續(xù)表2-47置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容讀、寫操作時序如圖2-10和2-11所示：圖2-10 讀操作時序圖2-11

38、寫操作時序3 冷庫溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本系統(tǒng)主要由stc89s52單片機及其外圍電路、溫度檢測電路、執(zhí)行控制電路以及顯示電路等部分組成。由ds18b20組成的溫度檢測電路，檢測到冷庫中的溫度將數(shù)據(jù)上傳到單片機中，單片機會對檢測到的溫度數(shù)值與設(shè)定好的溫度數(shù)值做比較，如果高于設(shè)定的溫度數(shù)值，單片機會輸出一個控制信號使繼電器1動作帶動電機運行執(zhí)行降溫，并且黃燈會亮進(jìn)行提示；如果低于設(shè)定的溫度數(shù)值，單片機同樣會輸出一個控制信號使繼電器2動作帶動電機運行執(zhí)行加熱，同樣黃燈也會亮進(jìn)行提示，在本設(shè)計中繼電器1和2是用同一個繼電器進(jìn)行仿真的；如果檢測到的溫度在設(shè)定值得范圍內(nèi)，綠燈亮。同

39、時，單片機會把檢測到的溫度值顯示在lcd1602顯示屏上，使人能夠直觀的看到溫度是多少以及控制溫度升、降溫的進(jìn)程?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖3-1所示。單片機ds18b20檢測電路晶振電路復(fù)位電路電源顯示電路執(zhí)行電路提示報警電路圖3-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2 電源設(shè)計控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5v直流電源供電，其電路如圖3-2所示，把頻率為50hz、有效值為220v的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5v直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作

40、用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。圖3-2 電源部分連線圖3.3 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)如圖3-3所示，其中有4個雙向的8位并行i/o端口，分別記作p0、p1、p2、p3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，p3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所必須

41、的時鐘控制信號，內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按時序指令工作。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳xtal1，輸出端為xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pf左右，該電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12mhz。把ea腳接高電平，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，但讀完單片機內(nèi)部程序存儲器時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)。采用最簡單的外部按鍵復(fù)位電路。按鍵自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電

42、路的來實現(xiàn)的。本設(shè)計中選用時鐘頻率為12mhz。圖3-3 單片機最小系統(tǒng)3.4 溫度檢測電路ds18b20溫度傳感器只有三根外引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口dq ，外供電源線vdd，共用地線gnd。ds18b20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時vdd接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個i/o口來完成對ds18b20總線的上拉。另一種是外部供電方式(vdd接+5v)，相應(yīng)的完成溫度測量的時間較短。在本設(shè)計中采用外部供電方式實現(xiàn)ds18b20傳感器與單片機的連接，其接口電路如圖3-4所示。圖3-4 溫度檢測電

43、路3.5 顯示電路液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,pcb線路板,背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為,數(shù)顯lcd,點陣字符lcd,點陣圖形lcd。在此設(shè)計中采用點陣字符lcd，這里采用常用的2行16個字的1602液晶模塊。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中:第1腳：vss為地電源第2腳：vdd接5v正電源。第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。 第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：rw

44、為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳。與單片機的連接的顯示電路如圖3-5所示。圖3-5 顯示電路3.6 執(zhí)行電路及提示電路單片機通過光電開關(guān)和三極管控制繼電器的通斷，最后達(dá)到控制升溫、降溫的目的。圖3-6中的電機，當(dāng)溫度超過上限時表示的是降溫裝置、當(dāng)溫度降到下限時表示的是升溫裝置10。當(dāng)溫度保持在設(shè)定范圍時，單片機p

45、3.7發(fā)送高電平信號光電開關(guān)沒有動作，從而繼電器斷開，電機也不轉(zhuǎn)動。當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度的上限或者下限時，單片機p3.7發(fā)送低電平信號光電開關(guān)動作從而使繼電器開關(guān)閉合電機通電運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)降溫和升溫的目的，當(dāng)溫度再次回到設(shè)定溫度的范圍時單片機p3.7又發(fā)送高電平信號，電機停止運轉(zhuǎn)。這樣，就使溫度能夠穩(wěn)定在設(shè)置的溫度范圍內(nèi)。繼電器電路中有一個三極管的保護(hù)電路，即將一個二極管反向接到三機管的兩端。連接方法如圖3-6所示。當(dāng)繼電器突然斷電時，繼電器產(chǎn)生很大的反向電流。二極管的作用是將反向電流分流，使流過三級管的電流比較小，達(dá)到保護(hù)三極管的作用。圖3-6 執(zhí)行電路及提示電路3.7 系統(tǒng)硬件原理圖冷庫溫度控制

46、系統(tǒng)硬件原理圖如圖3-7所示。圖3-7 冷庫溫度控制系統(tǒng)硬件原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計流程圖整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是主程序，它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是子程序，它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃主程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的主程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排主程

47、序和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。初始化、設(shè)置常量開始ds18b20初始化讀取轉(zhuǎn)換溫度值數(shù)據(jù)處理生成顯示碼顯示溫度是否超出溫度限制繼電器動作結(jié)束ny圖4-1 主程序流程圖4.2 讀溫度程序流程圖返回數(shù)據(jù)處理發(fā)送讀溫度命令obehds18b20初始化延時發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)送0cch命令flag1=1？?dq置1圖4-2 讀溫度流程圖結(jié) 論經(jīng)過三個多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機及其應(yīng)用的書籍、以及控制方面的理論。經(jīng)過了一番特殊的體驗后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新

48、的認(rèn)識。通過這次畢業(yè)設(shè)計，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來說，是很重要的。這次畢業(yè)設(shè)計基本的完成了任務(wù)書的要求，實現(xiàn)了冷庫溫度的控制。通過仿真測試表明系統(tǒng)的設(shè)計是正確的，可行的。但是由于設(shè)計者的設(shè)計經(jīng)驗和知識水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。謝 辭大學(xué)四年的讀書生活即將劃上一個句號，卻只是我的人生的一個逗號，我人生征程的開始。在這四年的求學(xué)生涯中師長、親友給與了我大力支持，在這個翠綠的季節(jié)我的將邁開腳步走向遠(yuǎn)方，懷念，思索，長長的問號一個個在求學(xué)的路途中被知識的舉手擊碎，而人生的思考才剛剛開始。在這里尤其要感謝滿紅老師，滿老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)

49、，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。本次畢業(yè)設(shè)計是在滿老師密切關(guān)心和悉心指導(dǎo)下完成的。老師在課題開題期間和論文寫作的過程中給予了我許多指導(dǎo)，導(dǎo)師總是以認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍的工作態(tài)度閱讀并修改文章中不足的地方，她優(yōu)良的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度同樣深深影響著我，經(jīng)由滿老師悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”的體會。同樣感謝大學(xué)期間教書育人的老師們，我不是你們最出色的學(xué)生，而你們卻是我最尊敬的老師。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了對待知識，走向社會的思考方式。參考文

50、獻(xiàn)1 余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)m.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2003.122 何宏.單片機原理及接口技術(shù)教程m.北京：國防工業(yè)出版社.2006.73 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)m.北京：清華大學(xué)出版社.20044 薛永毅.何希才.傳感器及其應(yīng)用實例m.北京：機械工業(yè)出版.2004.95 趙清.趙志杰.電子電路識圖m.北京：電子工業(yè)出版社.2006.126 董愛華.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)m.北京：中國電力出版社.2007.127 袁小平.電子技術(shù)綜合設(shè)計教程m.北京：機械工業(yè)出版社.2008.48 余小平.奚大順.電子系統(tǒng)設(shè)計m.北京：航空航天大學(xué)出版社.2007.39 何希才.任力穎.實用傳感器接口電路實例m.北京：中國電力出版社.2007.510 donald a. neman. electronic circuit analysis and design m.tsinghai university press and springer verlag.2002附 錄主程序：#include #include #include #include #include #include #include #include lcd1602.h/sbit dq = p34;sbit d1=p37;unsigned char t