乳粉干燥微機(jī)控制系統(tǒng)基于51單片溫度控制系統(tǒng)

1、乳粉干燥微機(jī)控制系統(tǒng)基于51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)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。本 文以噴霧干燥塔作為系統(tǒng)的控制對象，選用空氣溫度為控制量，以控制旁路冷風(fēng)為控制 手段，從硬件和軟件兩方面闡述了系統(tǒng)的設(shè)計思想和實(shí)施過程。為提高干燥奶粉的品質(zhì) 奠定了基礎(chǔ)。釆用單片機(jī)對它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等特點(diǎn)， 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(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，通 過AT89S51單片機(jī)處理并在數(shù)碼管上顯示，并

2、且對空氣溫度進(jìn)行實(shí)時控制，達(dá)到乳粉干 燥所需要的溫度。關(guān)鍵詞：溫度；奶粉干燥；單片機(jī)；傳感器Dried milk powder computer control systembased on the 51-series computer temperature control systemName: Wang DongsanMajor: Electronic Information Science and Technology Tutor: Gao GuoliAbstractThe temperature is constantly in the daily life of physical

3、and temperature controls in various fields have a positive meaning Dryer control is an important means to guarantee the quality of drying materials and to improve the drying efficiency In this paper, the spraying and drying tower was used as the system control plant, and compared the measures for sp

4、ray dryer control, and the temperature of air discharge was used as the control volume. It was the control method by controlling the volume of wind The design and implementation of the system were given a minute description of hardware and software All of these would establish a solid foundation to

5、improve the quality of spray dryer products. SCM using their right to control not only easy 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 prod

6、ucts Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adoptedThe temperature 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 i

7、nput signal and temperature, the lower comparisons this judgment whether to activate the relay to open the equipment.Keyword: temperature； drying of milk powder； SCM： transducer摘要IAbstractII1緒論11.1引言11.1.1牛奶的營養(yǎng)價值11.1.2乳粉干燥過程11.2噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展21.3干燥過程中的兒個問題32乳粉干燥工藝介紹及方案設(shè)計42. 1乳粉噴霧干燥工藝介紹42.2方案設(shè)計43硬件設(shè)計53.1系

8、統(tǒng)總體設(shè)計方案53. 2 AT89S51單片機(jī)簡介53.3溫度傳感器83.3.1溫度傳感器簡介83.3.2 溫度傳感器DS18B20的工作原理83. 3. 3溫度傳感器DS18B20的測溫原理103.5引腳連接123.5.1 晶振電路123.5.2 串口引腳133.5.3其它引腳133.6系統(tǒng)硬件電路設(shè)計133.6.1 主板電路設(shè)計133.6.2 各部分電路134系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路184. 2系統(tǒng)程序流圖184. 3 程療:代4馬24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26271緒論 1.1引言1.1.1牛奶的營養(yǎng)價值（1）乳是哺乳動物出生后賴以生存的發(fā)育的唯一食物，它含有適合其幼子生長發(fā)

9、育所 必需的所有營養(yǎng)素。由于牛乳具有以下特點(diǎn)，所以被公認(rèn)為迄今為止的一種比較理想的完 全食品。 乳經(jīng)過殺菌后，不需要進(jìn)行任何調(diào)理即可直接供人食用。 人們食用牛乳兒乎全部消化吸收，并無廢棄排泄物。 牛乳含有促進(jìn)人類生長發(fā)育以及維持健康水平的兒乎一切必需的營養(yǎng)成分。 牛乳所含有各種營養(yǎng)成分比例大體適合人類生理需要。 其他食物由于添加了牛乳，可顯著提高這種食物的蛋口質(zhì)的營養(yǎng)價值。（2）乳脂肪的營養(yǎng)價值：牛乳脂肪為短鏈和中鏈脂肪脂肪酸，熔點(diǎn)低，僅為34.5°Co 牛乳脂肪球顆粒小，呈高度乳化狀態(tài)，所以乳脂肪極易消化吸收。乳脂肪還含有人類必需 的脂肪酸和磷脂。因而乳脂肪是一種營養(yǎng)價值較高的脂肪

10、。（3）乳蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值：牛乳蛋白質(zhì)含有人體生長發(fā)育的一切必需的氨基酸和其他 氨基酸。 牛乳中碳水化合物的營養(yǎng)價值：乳中的碳水化合物只有乳糖一種。一分子乳糖消 化時可得一分子葡萄糖和一分子半乳糖。半乳糖可促進(jìn)腦昔脂類和粘多糖類的生成。因而 牛乳中的碳水化合物不僅能提供熱量，且營養(yǎng)價值要優(yōu)于其他碳水化合物。（5）牛乳中礦物質(zhì)的營養(yǎng)：乳中有豐富的礦物質(zhì)。如鈣、磷、鐵、鋅、銅、鈕等。所 以牛乳是人體鈣最佳來源。綜上所述，除膳食纖維外，牛乳中含有人體所需要的全部營養(yǎng) 物質(zhì)，其營養(yǎng)價值之高是其他食物所不能比的。1.1.2乳粉干燥過程（1）原料用于生產(chǎn)乳粉的牛乳必須在一級品以上，酸度超過20°

11、 T會嚴(yán)重影響乳粉的溶解度， 在保藏過程中容易發(fā)生酸敗。乳粉在復(fù)水后應(yīng)還原到鮮乳狀態(tài)，因此，原料乳需標(biāo)準(zhǔn)化到 鮮乳國標(biāo)要求。（2）預(yù)熱殺菌山于乳粉在常溫的保藏期長，脂肪酶、蛋口酶、過氧化物酶的殘留會對產(chǎn)品的風(fēng)味、 色澤造成嚴(yán)重影響，必須加以鈍化。對原料乳的殺菌可以達(dá)到以下目的： 殺滅存在于牛乳中的全部病源微生物和絕大部分其他微生物，使產(chǎn)品中微生物殘 存量達(dá)到國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，成為安全食品；破壞牛乳中各種酶的活性，尤其要破壞脂 酶和過氧化物酶的活性，以延長乳粉的保存期。 提高牛乳的熱穩(wěn)定性。 高溫殺菌可提高乳粉的香味，同時因分解含硫氨基酸而產(chǎn)生活性疏基，提高乳粉 的抗氧性，延長乳粉的保存期。(

12、3) 真空濃縮牛乳的87%以上都是水，未經(jīng)濃縮直接干燥的乳粉有許多缺點(diǎn)，通過濃縮可達(dá)到如下 目的： 提高產(chǎn)品的色、香、味、形，濃縮后干燥的乳粉色澤奶黃到淡黃，而直接干燥的 乳粉灰白暗淡，反之則性能相反。 節(jié)約能源和設(shè)備，噴霧干燥時蒸發(fā)1血水需耗用2.83.2Kg蒸汽，真空濃縮只需 11.2Kg：未濃縮乳噴干需要的干燥室體積比正常的大三分之一，設(shè)備投資高； 便于包裝，直接干燥乳粉因顆粒小、密度低，包裝過程中容易發(fā)生粉塵飛揚(yáng)和粘 滯，包裝材料也需多耗10%。真空濃縮的工藝條件為：單效濃縮，真空度為表壓0. 080. 0895MP&,乳溫5156C, 多效濃縮的末效真空度0. 080. 09

13、2MP&,末效溫度4045°C；加熱蒸汽壓力0. 10. 15NTa; 濃縮終點(diǎn)，全脂乳粉為11. 513波美度，相當(dāng)于含固形物38%42%。(4) 噴霧干燥系統(tǒng)化技術(shù)應(yīng)用于物料干燥的一種方法。于干燥室中將稀料經(jīng)霧化后，在與熱空氣的 接觸中，水分迅速汽化，即得到干燥產(chǎn)品。該法能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒 狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序。噴霧干燥具傳熱快，水分蒸發(fā)迅速，干燥時間瞬間的 特點(diǎn)，且制品質(zhì)量好，質(zhì)地松脆，溶解性能也好，能改善某些制劑的溶出速率。(5) 冷卻干燥后乳粉的溫度通常都在6072°C,溫度的高低是根據(jù)顆粒大小與在干燥室中滯留 位置及工藝條件而

14、定。如不及時對乳粉實(shí)施冷卻，容易引起蛋白質(zhì)變性；脂肪球因處于超 熔點(diǎn)狀態(tài)，容易破裂而使游離脂肪量增多，尤其在包裝過程中，經(jīng)撞擊與摩擦，使乳粉中 的脂肪滲出到表面，再保藏階段容易發(fā)生氧化皿。1.2噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展通過干燥脫去微生物生長所必需的水分來保存不同食品的方法已經(jīng)使用了兒個世紀(jì)。 在過去的150年左右的時間里，許多干燥食品的技術(shù)發(fā)展起來了，有一些就特別適合于乳 粉生產(chǎn)。不容置疑，當(dāng)今最重要的干燥方法是噴霧干燥，該原理可追溯到一個多世紀(jì)前的 一項(xiàng)相關(guān)的專利，是通過霧化來改良干燥和濃縮的液態(tài)物料。盡管噴霧干燥的概念在19 世紀(jì)后期就存在了，但大多數(shù)乳粉生產(chǎn)直到20世紀(jì)中葉仍采用滾筒干燥。美國

15、在第一次 世界大戰(zhàn)前后，Merril-Soul和Grey-Jensen將噴霧干燥的加工方法用于商業(yè)化生產(chǎn)，直 到50年以后，噴霧干燥才代替了滾筒干燥，成為最經(jīng)典的乳粉生產(chǎn)方法。滾筒干燥仍然 用于某些特殊的乳制品生產(chǎn)中，并且十分廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)的其它領(lǐng)域巨。1.3干燥過程中的幾個問題在乳粉噴霧干燥過程中有如下兒個問題會影響乳粉的質(zhì)量，這也同樣是我們在控制中 需要關(guān)注的兒個問題：（1）干燥溫度加熱過程中熱、質(zhì)交換的平衡非常重要，熱空氣溫度過高，易使乳滴表面硬結(jié)，內(nèi)部 水分?jǐn)U散困難，導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)變性及熱敬性成分的損失，顆粒疏松，沉降性差，影響產(chǎn) 品的復(fù)原性能；乳滴過大或濃度過高都易發(fā)生在干燥過

16、程中曲于乳固體提高，水分?jǐn)U散減 慢而降低品質(zhì)。反之，干燥溫度太低，產(chǎn)品的含水量過高，會引起許多質(zhì)量問題。干燥時物料的受熱的均一性極為重要，要求霧化液滴與熱介質(zhì)接觸良好，物料受熱程 度一致，否則造成產(chǎn)品水分含量不一致，還會導(dǎo)致熱敬性組分變性或損失戲。（2）噴霧方式與壓力壓力噴霧干燥中，高壓泵壓力的大小是影響乳粉顆粒直徑大小因素之一。高壓泵的使 用壓力高，霧化狀況好，但霧化的液滴小，產(chǎn)品顆粒小，色澤差；使用壓力低，則乳粉顆 粒直徑就大，但可能造成霧化液滴太大而不易干燥。噴頭孔徑大，干燥所得的產(chǎn)品顆粒大, 但孔徑太大易造成潮粉。離心噴霧時，噴頭的孔徑大小及內(nèi)孔表面的光潔度狀況，也影響 乳粉顆粒直徑的

17、大小及分布狀況，噴頭孔徑大，內(nèi)孔光潔度高，則得到顆粒直徑大、顆粒 大小較為均勻一致的乳粉。（3）水分含量水分含量對乳粉質(zhì)量的影響有以下兒個方面： 乳糖。含水分3%5%的噴霧干燥脫脂乳粉，在37°C保存600日也不結(jié)晶化。 乳粉的色澤。乳粉在保藏過程中顏色會逐漸變深，這與水分含量關(guān)系很大。 溶解度。水分含量在3%以下，在充氮密封包裝后，在室溫下保藏二年，溶解度不 會下降，水分超過5%，溶解度易下降。 微生物。含水量在5%以下的乳粉經(jīng)密封包裝后一般不會有細(xì)菌繁殖，在2%3%, 細(xì)菌反而減少，超過5%細(xì)菌就容易繁殖并容易產(chǎn)生陳腐味。本文主要是應(yīng)用單片機(jī)AT89S51和溫度傳感器DS18B2

18、0來將溫度控制到乳粉干燥的 最佳溫度來提高乳粉干燥的質(zhì)量。2乳粉干燥工藝介紹及方案設(shè)計2.1乳粉噴霧干燥工藝介紹噴霧干燥的過程：噴霧干燥包括濃縮物料微粒加熱、表面水分汽化、微粒內(nèi)部水分向 表面擴(kuò)散以及對干物料的加熱。干燥過程可分為以下三個階段。（1）預(yù)熱階段。濃縮物料的微粒與干燥介質(zhì)接觸的瞬間，干燥過程便開始進(jìn)行，微粒 表面的水分即開始汽化。微粒表面的溫度如低于干燥介質(zhì)的濕球溫度，則干燥介質(zhì)供給的 熱量使微粒表面迅速達(dá)到濕球溫度；如微粒表面的溫度高于干燥介質(zhì)的濕球溫度，則其表 面溫度因水分蒸發(fā)而迅速下降，直至達(dá)到汽化所需熱量平衡，此時預(yù)熱階段結(jié)束，干燥速 度迅速增大，進(jìn)入恒速干燥階段。（2）恒

19、速干燥階段。在恒速干燥階段，微粒內(nèi)部的水分不斷向表面擴(kuò)散，表面水分不 斷汽化，水蒸氣分壓等于水的飽和蒸汽壓，微粒表面溫度等于干燥介質(zhì)的濕球溫度（一般 為5060°C）。干燥速度取決于干燥介質(zhì)的溫度、濕度、氣流狀況。干燥介質(zhì)溫度與微粒 表面濕球溫度間溫差越大、濕度越低，微粒在干燥介質(zhì)中的分散性越好，干燥速度越大。 恒速干燥階段約0. 010. 04s內(nèi)完成。（3）降速干燥階段。當(dāng)微粒內(nèi)部水分?jǐn)U散速度降至低于顆粒表面的蒸發(fā)速度，恒速干 燥階段即告結(jié)束，降速干燥階段開始。在降速干燥階段，物料顆粒溫度將逐步超出干燥介 質(zhì)的濕球溫度，并逐步接近干燥介質(zhì)溫度，干物料的水分含量也接近或等于該干燥介

20、質(zhì)狀 態(tài)的平衡水分。此階段的干燥時間較恒速干燥階段長，為1030s或更長。2.2方案設(shè)計本設(shè)計的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)，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 山人工完成的而且不夠重視，其實(shí)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LI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)用又廉價的控制系統(tǒng)。以往的測溫電路是使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將被測溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在

21、顯示電路上，這樣就 可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。使用 AT89S51單片機(jī)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和控制升降溫設(shè)備，溫度釆集核心部件采用溫度傳感器，其 內(nèi)部釆用溫度頻率變換方法進(jìn)行溫度釆集，經(jīng)過處理后測溫精度可達(dá)到0.25°C,釆集數(shù)據(jù) 耗時為167. 5mso3硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖如圖2-1所示，它由三部分組成：（1）控制部分：主芯片采用單片機(jī)AT89S51o單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小 等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要。（2）顯示部分：采用3位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯

22、示。顯示電路釆用3 位共陰LED數(shù)碼管，從P0 口送數(shù)，P2 口掃描。（3）溫度釆集部分：采用DS18B20溫度傳感器。這一部分主要完成對溫度信號的采集 和轉(zhuǎn)換工作，III DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20把釆集到的溫度通過數(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。此 部分只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡單。圖2-1溫度計電路總體設(shè)計方案框圖3. 2 AT89S51單片機(jī)簡介AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-sy stem programmable）的可反復(fù)擦寫

23、1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATME L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，功能強(qiáng)大的微型計 算機(jī)的AT89S51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案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 by tes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） , 32個外部雙向輸入/輸出（I/O） 口，5個中斷 優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，片 內(nèi)時鐘振蕩器。（1）主要特性： 803

24、1 CPU 與 MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器（壽命：1000寫/擦循環(huán)） 全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式（2）管腳說明：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，每腳可吸收8TTL |'1電流。當(dāng)P1 口的管 腳第一次寫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。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

25、口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入1后，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。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TT L門電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。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。P3. 0 RXD （串行輸入口）P3. 1 TXD （串行輸出口）P3. 2 /INTO （外部中斷0）P3. 3 /INT1 （外部中斷1）P3. 4 T0 （記時器0外部輸入）P3. 5

26、 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）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實(shí)際 上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或 變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。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(jī)器周期的高電平時間。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地位字節(jié)。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在山外部程序存

27、儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 PSEN有效。但在訪問外部數(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,則在此期間外部程序存儲器（OOOOH-FFFFH）,不 管是否有內(nèi)部程序存儲器。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，此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。AT89SXX系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了 ISP下載功能，故而取代了 89CXX系列的下載方式， 也是因?yàn)檫@樣，ATMEL公司已經(jīng)停止生產(chǎn)89CXX系列的單片機(jī)，現(xiàn)在市面上的AT89C XX多是停產(chǎn)前的庫存

28、產(chǎn)品曲。單片機(jī)AT89S51的引腳圖如圖2-2所示。PI 0 C P1. 1 C P1. 2 C P18匚 Pl.4 c M0SI/P1. 5 匚 MI SOPl.6 c SCK/P1 7 E RST CIUiD/FS. 0 C TXD/P2. 1 C lTO/P$. 2 匚 nm/P3. 3 C TO/P?.4 c T1/P3.5 C 墜/P3.6 C 而PP3. 7 cXTAL2 匚 XTAL1 匚 PDIP GND 匚-?401039383736353433323111201223IS2814-27152625IT241$2319222021 Vc c PO. 0/ADO PO.lADl

29、 PO.2/AD2 PO.3/AD3 P0.4/AD4 PO.5?AD5 P0.G/AD6 PO. 7/AD7 EAZVEF ALE/PROG PESN P2. P2.G/A14 P2.5/A13 P2.4/丸12 P2. 3W 1 P2. 2/A10 P2.1/A3 F2. 0/A8圖2-2 單片機(jī)AT89S51引腳圖3.3溫度傳感器3.3.1溫度傳感器簡介溫度的測量是從金屬（物質(zhì)）的熱脹冷縮開始。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的訃 量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒 精溫度計，它雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個概略指示。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)

30、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方法，常用的有電阻式、熱 電偶式、PN結(jié)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。3.3.2溫度傳感器DS18B20的工作原理DS18B20工作時序是根據(jù)溫度傳感器DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫 度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：（1）每一次讀寫之前都必須要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位。（2）復(fù)位成功后發(fā)送一條ROH指令。（3）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

31、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。（1）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(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，保持低電平時間至少480us,以 產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7KQ上拉電阻將總線拉高，延時1560us,并進(jìn)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。如圖3-1所示。等待5-60/主機(jī)復(fù)位脈沖1饋小4S0US4主劉小怡C、咱應(yīng)脈.11沖 60、240 1£

32、;廠圖3-1初始化時序圖(2)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(dú)立的寫時序 之間至少需要lus的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫1時序，主機(jī)輸出低電平，延時 2us,然后釋放總線，延時60uso寫0時序，主機(jī)輸出低電平，延時60us,然后釋放總線, 延時2usC103o如圖3-2所示。|e 主機(jī)寫P"時序 |« 主機(jī)寫"廣時序>1JS；>1LS<1/: / / : /:樣>|h 樣計佝下1圖3-2寫時序(3) 讀時序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時序是，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

33、上產(chǎn)生讀時序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us,且在2次 獨(dú)立的讀時序之間至少需要lus的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線luso 主機(jī)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(jī)輸 出低電平延時2us,然后主機(jī)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：u如圖3-3所示。主機(jī)寫時序主機(jī)寫"0"時序>1LS;>US匚一主機(jī)采樣451JS匚一王機(jī)采樣45圖3-3讀時序3.3.3溫度傳感器DS18B20的測溫原理每一片DS18B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在岀廠前已寫

34、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DS18B20的序列號讀出。程序可以先跳過ROM,啟動所有DS18B20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配ROM,再逐 一地讀回每個DS18B20的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20的測溫原理如圖3-4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。汁數(shù)門的開啟時間山高溫度系數(shù)振蕩器來決定，侮

35、次測量前，首先將-55 °C 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°C所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法汁數(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 訃數(shù)，當(dāng)減法汁數(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訃數(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3-3中的斜率累加器用于補(bǔ)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

36、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，有嚴(yán)格的時隙概念，所以傳感器 的讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作都必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為:DS18B20 發(fā)復(fù)位脈沖(初始化)一發(fā)ROM功能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù)據(jù)血。圖3-4測溫原理內(nèi)部裝置DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳 感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫，所以我們選用DS18B20 溫度傳感器網(wǎng)。(1) DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信。 多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線

37、上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能。 無須外部器件。 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范11為3.05.5V。 零待機(jī)功耗。 溫度以3位數(shù)字顯示。 用戶可定義報警設(shè)置。 負(fù)電圧特性，電源極性接反時，溫度訃不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。(2) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR-35封裝，如圖3-5所示;DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3-6 所示。圖 3-5 DS18B20 封裝圖3-6 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.5引腳連接3.5.1晶振電路單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個12MHZ的晶振，形成單片 機(jī)的晶振電路。晶振電路如圖3-8所示。30pFI I Y130pF 丁

38、12MHZ圖3-8晶振電路3. 5.2串口引腳P0 口接9個2. 2K的排阻然后接到顯示電路上。P1. 0溫度傳感器DS18B20如圖3-9 所示。圖3-9 DS18B20與單片機(jī)接口電路Pl. 1和P1. 2引腳接繼電器電路的4. 7K電阻上，P1 口其他引腳懸空。P2 口中P2. 0、P2. 1、P2. 2、P2. 3分別接到顯示電路的4. 7K電阻上,P2. 5接 蜂鳴器電路，其他引腳懸空。P3 口中P3.5、P3.6、P3. 7接到按鍵電路。3. 5.3其它引腳ALE引腳懸空，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源。3.6系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3. 6.1主板電路設(shè)計單片

39、機(jī)的P1.0接DS18B2O的2號引腳，PO 口送數(shù)P2 口掃描，Pl.l、P1.2控制加 熱器和電風(fēng)扇的繼電器。3.6.2各部分電路(1)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。DS1U1AT«9S5lP11 2PIZ 3P13 4P14 5P15 6P16 7P17 8RST 9PSO1Orai 11PS2 12PS313PM 14W515P36 16W7171819P1O 120vccVCC常PO2常PO5霧EAALE鸞經(jīng)SP22說圖3-10顯示電路圖單片機(jī)電路單片機(jī)電路引腳圖如圖3-11所示。PIOPllP12P13P14P15

40、P16P17REETP30P31P32P33P34P35P36P37XTALl XTAL2 VSS圖3-11單片機(jī)電路引腳圖DS18B20溫度傳感器電路 溫度傳感器DS18B20電路如圖3-12所示。U2VCCDQ GNDVCCJT2P1.0DS18B20圖3-12溫度傳感器電路引腳圖（4）繼電器電路單片機(jī)P1.1引腳控制加熱器繼電器。給Pl. 1低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸 頭放下來開始工作。如圖3-13所示。圖3-13繼電器電路圖(5)晶振控制電路(6)復(fù)位電路C4 匚二Y1OpF 丁 12MHZ圖3-14晶振控制電路圖VCCS1RESETKR11O/1N414圖3-15復(fù)位電路圖（7）主

41、板電路圖gAISSH圖3-16主板電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路一個應(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。同時還必須得到 相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作， 都可通過軟件編程而代替。其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 件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。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)相對應(yīng)的51匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法 進(jìn)行軟件編程血。程序設(shè)計語言有三種：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。機(jī)器語言是機(jī)器唯一能“懂” 的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程

42、序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語言 的程序（成為目標(biāo)程序）。MCS-51指令系統(tǒng)的指令長度較短,它在存儲空間和執(zhí)行時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)用要求很適合。而且MCS 51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個相當(dāng)完整的位操作指 令子集，這是MCS-51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對于要求反應(yīng)靈敬與控制及時的工控、 檢測等實(shí)時控制系統(tǒng)，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡明、整齊、執(zhí)行時間短和易于使用的 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

43、序）。4.2系統(tǒng)程序流圖系統(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）主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度 值，溫度測量每Is進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見 圖4-1所示。通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的 兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來。圖4-1主程序流程圖（2）讀出溫度子程序流程圖DS18B20的各個命令對時序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時序才能達(dá)到 預(yù)期的目的。子程序圖如圖4-2所示。DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程跳過ROM

44、匹配命寫入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令寫入子程序顯示子程序DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程跳過ROM匹配命寫入子程序讀溫度命令子程圖4-2讀出溫度子程序（3）復(fù)位應(yīng)答子程序流程圖圖4-3復(fù)位應(yīng)答子程序流程圖（4）寫入子程序流程圖圖4-4寫入子程序流程圖（5）系統(tǒng)總的流程圖圖4-5系統(tǒng)總流程圖4.3程序代碼MAIN: 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)位初始化子程序利用單片機(jī)AT89