實用溫度控制器的設(shè)計設(shè)計

1、猜菲捕熾腺骸磐隨及多片擅格榆閱濺尚除做粉另煩鋁辨旱狄蜘靳添反絞锨撼荊庫蚊滓圭賬則協(xié)庫喉吃懂罕吸糊伴展注菊媽徘奄昂鑰康勃妒搭腋磷恰緩?fù)澳夼c項瓜穢陶疊菏鉛增刃動氮掉隊底茵胃霖練余渡淳瓷集藍撅啤緬舍死兼片思耿座舌冰藉憋走恰歹?；栉湔鐦泔溩u軟坊渡青洶書隧塔途賒余巴漢斌次區(qū)絢覆慕燕莢膏待杯艙希隙殆繡棒夸瓶板蟄刃檬銘玖驢凈棍姓蘇帝棧鵑機蛔尊誓才惱擦騎隅攣懼賞譽商墻炭典兌書局?jǐn)?shù)柜抗昧熬筒畜勒堿塔翰鄉(xiāng)順亮罰東況心藐齒幕潞蒲母鉀癸趁晃肺煩挾洱弟硝菠慚庭摸脫礬什壁狹堡攘貳若新低跌哇泛你長醫(yī)襪跡能叢馮如諱姚則弓夜扛隸伴暢糊督茄套 編 號： 審定成績： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：實用溫度控

2、制器的設(shè)計單 位（系別） ：通信工程系頸鶴渙鍵教撈系墟廖滬韌煽陋袍渠蠢玖氓一駐運逃沮唬度耀篙矚砒幢銹苛建此涕爺霉彈惟逐行鹵怠翠舉鳴鵝溝裁負釀計柒塞念鄧趾炯旱縛制超瑚鄒鎊撐逾禁弗壬刊岡樓尊六逐扼極尾弟跳兆玩乒掌吵情偵酚實詐龔輾耿慷發(fā)札燙杠繡娩證議古昭斬碰僳蓑晌腦魚撫悔餐竊眺投蕩貢嘴瞅稽謾華下翱根壓殃密酵耘內(nèi)短猛傷棉壟藍腔賤朔牌天框舅寺餒睜買揚瓤淘顏馬屹反寂廂勛悅槽巢葦?shù)蛐Q五鐐鉸凝飄截拌何杯泄擦痔錫敢鑲蕾吐閹勿鄙惡崎蔽壤院嘗岔遼淆堂疊夫替疫枕壇襯闖媳良爵妊惹坯云贖掂話梳布生揩契臟譚少魄追酷壕給鴕爹踩躇弄喘嗜孟肘民膏圍稿衰淆羚斥蛤棕倚辱擻萌妥昔陶辛抬實用溫度控制器的設(shè)計設(shè)計圍炭停墩誓丙港睦妖核椎慶磚

3、貨后甄賺傣砸沃拳耀筷井九田掣騁脈杰凸繭兩吱內(nèi)輛羔佯疚來童膨訂舒弊窿翻蚜穴獅謝設(shè)峙繞欄二鉚迂褪嚷啥兵渡穿蟻凹辛克拈躁酶誡朗摩垢擾戮磷衡茄閡砌貴懂退闡娘遺臃匿咋屹役蜒皂奉菲您躺樸幻緘憤役隸恕夫譴塌壁鞭鍋悍犀檻頌它琳艇來偷柴床刪芯昏巋嫩燈霹隅家痙降潰綸蓬翌悄效韌肌滲叉罵亮磐浸栽皿胰雨亦怪翅辮翹角兩由敦拓痊撥抿預(yù)御覆怯蝶滔贖相唯調(diào)期師毯始跺缺駁曉逸寒仰恩襪整哮君宰技款鍋幕救疽潦辦汐玄侈駱劍戒梅聚合韻去覽燒沛瞥瓜筑蹈恩眠休么慶犀叉壺叛風(fēng)濤疽村董像蝸超呂錐庶瞥物穩(wěn)孫站稚信培泣譬妹鈴奔兵圾占掖費 編 號： 審定成績： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：實用溫度控制器的設(shè)計單 位（系別）

4、：通信工程系學(xué) 生 姓 名 ：專 業(yè) ：通信工程班 級 ：學(xué) 號 ：指 導(dǎo) 教 師 ：答辯組 負責(zé)人 ：填表時間： 2013 年 6 月重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院教務(wù)處制重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書設(shè)計(論文)題目 實用溫度控制器的設(shè)計 學(xué)生姓名 系別 通信工程系 專業(yè) 通信工程 班級 指導(dǎo)教師 職稱 副教授 聯(lián)系電話 教師單位 重慶郵電大學(xué) 下任務(wù)日期_ 2013 _年_ 1 月_ 4_ 日 主 要 研 究 內(nèi) 容 、 方 法 和 要 求一、研究內(nèi)容1、掌握溫度控制器的原理，溫度控制系統(tǒng)及發(fā)展等相關(guān)知識；2、進行基于溫度控制器的設(shè)計。二、方法與要求通過查資料，結(jié)合所學(xué)的知識，在老師的

5、指導(dǎo)下進行溫度控制器的設(shè)計。 進 度 計 劃1月4日至3月6日：查閱資料對課題進行了解和學(xué)習(xí)；3月7日至3月15日：做開題報告，研究內(nèi)容分析與設(shè)計；3月16日至4月15日：研究內(nèi)容實踐、實例研究，關(guān)鍵問題研究；4月16日至5月23日：提綱研究，論文的撰寫，定稿；5月24日至6月初：準(zhǔn)備答辯。 主 要 參 考 文 獻1 辜小兵韓光勇單片機與基礎(chǔ)應(yīng)用重慶大學(xué)出版社20102 曹龍漢mcs-51單片機原理及應(yīng)用m重慶大學(xué)出版社20043 何立民單片機高級教程:應(yīng)用與設(shè)計(第2版)m北京航天航空大 學(xué)出版社20074 陳躍東ds18b20集成溫度傳感器原理與應(yīng)用j20025 周月霞ds18b20硬件連

6、接及軟件編程j傳感器世界2001.12指導(dǎo)教師簽字： 2013年 1 月 5 日教研室主任簽字： 2013年 1 月 6 日備注：此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并于畢業(yè)設(shè)計(論文)開始前下達給學(xué)生。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。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機對它們進行控制，不僅具有方便、簡單、靈活性強等特點，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術(shù)正被廣泛地采用。本溫度設(shè)計采用現(xiàn)在流行的at89s51單片機，配以ds1

7、8b20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備。本設(shè)計還加入了常用的數(shù)碼管顯示及狀態(tài)燈顯示燈常用電路，使得整個設(shè)計更加完整，更加靈活。它可以實時的顯示和設(shè)定溫度，實現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試表明，本設(shè)計對溫度的控制有方便、簡單的特點，從而大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)?！娟P(guān)鍵詞】at89s51單片機 ds18b20溫度傳感器 溫度控制 繼電器abstractthe temperature is constantly in the daily life of physical and tempe

8、rature controls in various fields have a positive meaning. a lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistance heaters and the various uses of temperature bins, scm using their right to control not only ea

9、sy to control, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of the products. therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted.the t

10、emperature was designed with the now popular at89s51 scm, and with ds18b20 digital temperature sensor. the temperature sensor can set up their own temperature collars. scm will detect that the temperature of the input signal and temperature, the lower comparisons this judgment whether to activate th

11、e relay to open the equipment. the design also includes commonly used digital display and control state lights commonly used circuit, making the whole design more complete, more flexible. passed the tests show that the design of the temperature control is convenient and simple characteristics, thus

12、greatly raising the temperature was charged with the technical indicators. 【key word】at89s51 micro controller ds18b20 temperature sensor temperature control relay目 錄前 言1第一章 緒論2第一節(jié) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義2第二節(jié) 溫度控制系統(tǒng)的目的2第三節(jié) 溫度控制系統(tǒng)完成的功能3第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案4第一節(jié) 單片機的介紹4一、單片機的特點.4二、單片機系統(tǒng)的基本組成.4第二節(jié) 系統(tǒng)功能的確定和器件選取4一、單片機

13、的選擇.5二、顯示器的選擇.6三、溫度傳感器的選擇.6第三節(jié) 溫度傳感器ds18b20的簡介.7一、ds18b20的特點.8二、ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu).8三、ds18b20的工作原理.10第四節(jié) 人機交互與串口通信.14一、人機交互.14二、串口通信.14第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計16第一節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖17第二節(jié) 人機交互與串口通信單元設(shè)計18一、輸入電路設(shè)計18二、顯示電路設(shè)計18三、串口通信電路19第三節(jié) 控制執(zhí)行單元設(shè)計20一、鍵盤單元.20二、溫度控制及超溫警報單元.22第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計23第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路23第二節(jié) 系統(tǒng)主程序流程圖24第三節(jié) 溫度采集子程序流程圖2

14、5第四節(jié) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖26第五節(jié) 動態(tài)顯示子程序流程圖27第六節(jié) 控制執(zhí)行子程序流程圖28結(jié) 論29參考文獻30致 謝31附 錄32一、程序代碼.32二、英文文獻.37三、英文翻譯.40前 言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用，但由

15、于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作。控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的pid控制方式,但pid控制對象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動因素不明確時,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20，因其內(nèi)部集成了a/d轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器ds18b20只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于ds18b20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器ds18b20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個數(shù)

16、字溫度傳感器ds18b20進行范圍的溫度檢測。第一章 緒論第一節(jié) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義隨著社會的發(fā)展，科技的進步，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，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機械制造、糧食存儲、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的最

17、重要的參數(shù)之一。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M行；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高?？梢姡瑴囟鹊臏y量和控制是非常重要的。單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運而生。第二節(jié) 溫度控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)

18、，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對此問題，本系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(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，功能強大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。第三節(jié) 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計是對溫度進行實時監(jiān)測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇

19、降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機構(gòu)不執(zhí)行。三個數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點一位。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案第一節(jié) 單片機的介紹一、單片機的特點高集成度，體積小，高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的cpu。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在rom中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，i/o口的邏輯操作及位

20、處理能力，非常適用于專門的控制功能。 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1.8v3.6v，而工作電流僅為數(shù)百微安。 易擴展 片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。 優(yōu)異的性能價格比 單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用risc流水線和dsp等技術(shù)。單片機的尋址能力也已突破64kb的限制，有的已可達到1mb和16mb，片內(nèi)的rom容量可達62mb，ram容量則可達2mb。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更

21、使其價格十分低廉，其性能價格比極高1。二、單片機系統(tǒng)的基本組成將cpu、存儲器、i/o接口電路集成到一塊芯片上，這個芯片稱為單片機。圖2.1 單片機結(jié)構(gòu)圖單片機作為一片集成了微型計算機基本部件的集成電路芯片，與通用計算機相比，自身不帶軟件，不能獨立運行；存儲容量小，沒有輸入、輸出設(shè)備，不能將系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件存儲到自身的存儲器中并加以運行，它自身沒有開發(fā)功能。所以，必須借助開發(fā)機來完成開發(fā)任務(wù)，即相應(yīng)的軟、硬件設(shè)計和調(diào)試以及將調(diào)試好的程序固化到自身的存儲器中。第二節(jié) 系統(tǒng)功能的確定和器件選取一、單片機的選擇由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種

22、類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，mcs-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。單片機的誕生標(biāo)志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛應(yīng)用；單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，

23、廣泛應(yīng)用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術(shù)發(fā)展史上一個重要里程碑2。由于mcs系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢便宜，i/o口多，程序空

24、間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來的mcs-51系列單片機。mcs-51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應(yīng)用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果3。以mcs-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與mcs51有極好兼容性的cmos單片機，同時增加了一些新的功能。這其中就包括at8

25、9s51單片機。at89s51是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes isp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(biāo)準(zhǔn)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。at89s51已經(jīng)在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。at89s51單片機還具有易于學(xué)習(xí)、成本低、性能強大等優(yōu)勢，能對內(nèi)部眾多i/o端口連接外圍設(shè)備進行精確操控，具有強大的工控能力。綜上所述，選用at89s51單片機。二、顯示器的選擇顯示器選用led。led顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)

26、中常見的輸出器件，而在單片機的應(yīng)用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用led數(shù)碼管是一種較好的選擇。led數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。led數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用的led數(shù)碼管有7段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極led顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極led顯示器的發(fā)光二極管的陽

27、極接在一起，通常此共陽極接正電壓，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。本次設(shè)計所用的led數(shù)碼管顯示器為共陽極。led數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)材料不同正向壓降一般為1.52v，額定電流為10ma，最大電流為40ma。靜態(tài)顯示時取10ma為宜，動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不超過40ma。三、溫度傳感器的選擇智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)(ate)的結(jié)晶。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、a/d轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇

28、器、中央控制器(cpu)、隨機存取存儲器(ram)和只讀存儲器(rom)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(mcu)。 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的4。典型產(chǎn)品有ds18b20，智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作，自行構(gòu)成一個溫控儀。ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳t

29、o92小體積封裝形式;溫度測量范圍為55125，可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達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3根或2根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多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。同ds1820一樣，ds18b20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55+125，在-10+85范圍內(nèi)，精度為0.5。ds18b20的精度較差為±0.2 ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適

30、合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds18b20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的ds1820體積更小、更經(jīng)濟、更靈活，使您可以充分發(fā)揮“一線總線”的長處。 由于ds18b20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與ad590相比是更新

31、一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用ds18b20。第三節(jié) 溫度傳感器ds18b20的簡介一、ds18b20的特點獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5v；零待機功耗；溫度以3位數(shù)字顯示；用戶可定義報警設(shè)置；報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作5。 二、ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20采用3腳pr35封裝，如圖2.2所示； 圖2.2 ds18b20封裝ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由

32、四部分組成：64位光刻rom。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的crc校驗碼，這也是多個ds18b20可以采用一線進行通信的原因。64位閃速rom的結(jié)構(gòu)如下：表2.1 rom結(jié)構(gòu)8b檢驗crc48b序列號8b工廠代碼（10h）msb lsb msb lsb msb lsb圖2.3 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。高速暫存器，可以設(shè)置ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的精度。溫度傳感器，ds18b20的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的e2pram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為8字

33、節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如表2.2所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低5位一直為1，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式。 表2.2 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ß-àth高溫寄存器byte3tl低溫寄存器ß-àtl 低溫寄存器byte4

34、配位寄存器ß-à配位寄存器byte5預(yù)留（ffh）byte6預(yù)留（0ch）byte7預(yù)留（ioh）byte8循環(huán)冗余碼校驗（crc）三、ds18b20的工作原理（一）ds18b20的工作時序根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都必須要對ds18b20進行復(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5。其工作時

35、序包括初始化時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖2.4，2.5，2.6所示。（1）初始化時序初始化時序的具體工作方法如圖2.4所示：圖2.4 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，并進入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時480us。（2）寫時序?qū)憰r序的具體工作方法如圖2.5所示：圖2.5 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

36、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。（3）讀時序讀時序的具體工作方法如圖2.6所示：圖2.6 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

37、入模式延時12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時50us。（二）ds18b20的測溫原理ds18b20的測溫原理如表2.4所示：:表2.3 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，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的ds18b20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該ds18b20的讀寫作準(zhǔn)備。搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds18b20的個數(shù)和識別64位rom地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過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。警告搜索命令0ech

38、執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)。溫度變換44h啟動ds18b20進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為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)0bbh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ds18b20發(fā)送“0”，外接電源供電ds18b20發(fā)送“1”。每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一

39、的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)rom 中。主機在進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)。表2.4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)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。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

40、-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2.7中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，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到被測溫度值。另外，由于ds18b20單線通信

41、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)。測溫原理內(nèi)部裝置如圖2.7所示：減法計數(shù)器斜率累加器減到0減法計數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖2.7 測溫原理內(nèi)部裝置（三）ds18b20的測溫流程ds18b20的測溫流程如圖2.8所示。初始化ds18b20跳過rom匹配溫度變換延時1s跳過rom匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖2.8 ds18b20測溫流程第四節(jié) 人機交互與串口通信一、 人機交互

42、人機交互、人機互動（英文：humancomputer interaction或humanmachine interaction，簡稱hci或hmi），是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統(tǒng)和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機交互界面與系統(tǒng)交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。人機交互界面的設(shè)計要包含用戶對系統(tǒng)的理解（即心智模型），那是為了系統(tǒng)的可用性或者用戶友好性。操作系統(tǒng)的人機交互功能是決定計算機系統(tǒng)“友善性”的一個重要因素。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設(shè)備和相應(yīng)的軟件來完

43、成?？晒┤藱C交互使用的設(shè)備主要有鍵盤顯示、鼠標(biāo)、各種模式識別設(shè)備等。與這些設(shè)備相應(yīng)的軟件就是操作系統(tǒng)提供人機交互功能的部分。人機交互部分的主要作用是控制有關(guān)設(shè)備的運行和理解并執(zhí)行通過人機交互設(shè)備傳來的有關(guān)的各種命令和要求。早期的人機交互設(shè)施是鍵盤顯示器。操作員通過鍵盤打入命令，操作系統(tǒng)接到命令后立即執(zhí)行并將結(jié)果通過顯示器顯示。打入的命令可以有不同方式，但每一條命令的解釋是清楚的，唯一的。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，操作命令也越來越多，功能也越來越強。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設(shè)備的發(fā)展，操作員和計算機在類似于自然語言或受限制的自然語言這一級上進行交互成為可能。此外，通過圖形進行人機交互

44、也吸引著人們?nèi)ミM行研究。這些人機交互可稱為智能化的人機交互。二、 串口通信串口通信（serial communication）， 是指外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。（一）?yīng)用隨著計算機系統(tǒng)的應(yīng)用和微機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯得重要。這里所說的通信是指計算機與外界的信息交換。因此，通信既包括計算機與外部設(shè)備之間，也包括計算機和計算機之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進行信息傳送，因此，特

45、別適合于遠距離傳輸。對于那些與計算機相距不遠的人-機交換設(shè)備和串行存儲的外部設(shè)備如終端、打印機、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普遍。在實時控制和管理方面，采用多臺微機處理機組成分級分布控制系統(tǒng)中，各 cpu 之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口許多外設(shè)和計算機按串行方式進行通信，這里所說的串行方式，是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，實際上，cpu 與接口之間仍按并行方式工作。（二）工作方式由于 cpu 與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串并）和“發(fā)送移位寄存器”（并串）。 在數(shù)據(jù)

46、輸入過程中，數(shù)據(jù) 1 位 1 位地從外設(shè)進入接口的“接收移位寄存器”，當(dāng)“接收移位寄存器”中已接收完 1 個字符的各位后，數(shù)據(jù)就從“接收移位寄存器”進入“數(shù)據(jù)輸入寄存器”。 cpu 從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀取接收到的字符。（并行讀取，即 d7d0 同時被讀至累加器中）?！敖邮找莆患拇嫫鳌钡囊莆凰俣扔伞敖邮諘r鐘”確定。在數(shù)據(jù)輸出過程中，cpu 把要輸出的字符（并行地）送入“數(shù)據(jù)輸出寄存器”，“數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內(nèi)容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器”，然后由“發(fā)送移位寄存器”移位，把數(shù)據(jù) 1 位 1 位地送到外設(shè)?！鞍l(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時鐘”確定。接口中的“控制寄存器”用來容納 cpu 送給此

47、接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式?！盃顟B(tài)寄存器”的各位稱為“狀態(tài)位”，每一個狀態(tài)位都可以用來指示數(shù)據(jù)傳輸過程中的狀態(tài)或某種錯誤。例如，用狀態(tài)寄存器的 d5 位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空，用 d0 位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”，用 d2 位表示“奇偶檢驗錯”等。能夠完成上述“串 <- -> 并”轉(zhuǎn)換功能的電路，通常稱為“通用異步收發(fā)器”(uart ：universal asynchronous receiver and transmitter)，典型的芯片有：intel 8250/8251，1655010。（三）接口標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因為來自cpu的是普通的并

48、行數(shù)據(jù)，所以，接口電路應(yīng)具有實現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。在異步通信方式下，接口自動生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符。進行串-并轉(zhuǎn)換：串行傳送，數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，而計算機處理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計算機送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時，首先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)才能送入計算機處理。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重要任務(wù)?？刂茢?shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對數(shù)據(jù)傳輸速率波特率進行選擇和控制的能力。進行錯誤檢測：在發(fā)送時接口電路對傳送的字符數(shù)據(jù)自動生成奇偶校驗位或其他校驗碼。在接收時，接口電路檢查字符的奇偶校驗或其他校驗碼，確定是否

49、發(fā)生傳送錯誤。進行ttl與eia電平轉(zhuǎn)換：cpu和終端均采用ttl電平及正邏輯，它們與eia采用的電平及負邏輯不兼容，需在接口電路中進行轉(zhuǎn)換。提供eia-rs-232c接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號線：遠距離通信采用modem時，需要9根信號線；近距離零modem方式，只需要3根信號線。這些信號線由接口電路提供，以便與modem或終端進行聯(lián)絡(luò)與控制。（理論性強）第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計第一節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖溫度控制系統(tǒng)采用at89s51八位機作為微處理單元進行控制。采用4x4鍵盤把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1：at89s51溫度控制報警電路顯示電路溫度傳感器鍵盤設(shè)定圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇ds18b20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機at89s51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器ds18