智能溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目溫度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí)2008自動(dòng)化05 學(xué) 號(hào)2008500260 姓 名苗青 指 導(dǎo) 教 師楊述斌教授 學(xué) 院 名 稱電氣信息學(xué)院 2011年 5 月 27 日溫度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Intelligent temperature control system design學(xué) 生 姓 名:苗青 指 導(dǎo) 教 師:楊述斌教授 摘 要隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展,單片機(jī)已成為電子產(chǎn)品研制和開發(fā)中首選的控制器。為了更好地推廣單片機(jī)在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用,本文介紹一種基于單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能自主調(diào)節(jié)溫度的功能。該溫

2、度系統(tǒng)采用溫度傳感器DS1820來獲得當(dāng)前溫度，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。采集的溫度與從4X2矩陣鍵盤輸入的溫度值進(jìn)行比較，并通過液晶顯示器LCD顯示出來。如果采集溫度低于設(shè)置溫度，系統(tǒng)將通過繼電器模塊自動(dòng)控制升溫；如果采集溫度高于設(shè)置溫度，系統(tǒng)將通過繼電器模塊自動(dòng)控制降溫。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度采集電路、溫度設(shè)置電路、溫度顯示電路、繼電器電路等。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)部分。里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：溫度采集模塊、鍵盤掃描及按鍵處理模塊、溫度顯示模塊、溫度比較模塊、繼電器控制模塊。經(jīng)實(shí)際制作表明該溫度控制系統(tǒng)具有體積小、操作靈活、可靠性高、實(shí)用、成本低等特點(diǎn),具

3、有一定的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C51；溫度控制；溫度傳感器DS1820；液晶顯示器LCD AbstractWith the electronic products developing to intelligent and miniaturization, single chip has become the first chosen controller which is used to develop and explore the electronic product. In order to promote single chip applicating in real li

4、fe and production, the paper will introduce a temperature control system which is based on a kind of single chip AT89C51, and it can achieve the function that the system can regulate the temperature independently.The temperature system adopts the temperature sensor DS1820 to get the current temperat

5、ure, and transfer it to the microcontroller with the way of digital signal. The acquised temperature will be compared with the temperature which is put in by 4X2 matrix keyboard, and will be displayed by liquid crystal display. If collected temperature below the set temperature, the system will auto

6、matically control to heat up by the relay modules. If collected temperature higher than the set temperature, the system will automatically control to reduce by the relay modules. The paper introduces the hardware which is part of the control system, including: temperature acquisition circuit, temper

7、ature setting of the circuit, temperature display circuit, relay circuit and so on. The paper has also mainly introduced the design of software. Here use modular construction, the main module: temperature acquisition module, keyboard scan and key processing module, temperature display module, temper

8、ature comparison module, relay control module.According to make it actually, I find it has these characteristics: small volume, flexible operation, high reliability, practical, low cost and so on. It has practical significance.IIKeywords: Single Chip AT89C51； Temperature Control； Temperature Sensor

9、DS1820；Liquid Crystal Display；第一章 緒論1.1 選題背景與意義在生產(chǎn)過程中，溫度的控制是十分常見的。國內(nèi)已相繼出現(xiàn)各種以微機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)控制精度高、重復(fù)性好、自動(dòng)化程度高。 在日常生活中，人們?yōu)榱藫碛幸粋€(gè)更舒適的生活環(huán)境，往往需要室內(nèi)擁有一個(gè)合適的溫度，而單片機(jī)的準(zhǔn)確性高、價(jià)格低、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合升溫和降溫設(shè)備，有效的應(yīng)用到實(shí)際生活中。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是單片機(jī)控制的一項(xiàng)簡單應(yīng)用。近幾年來單片機(jī)因其獨(dú)特的，方便，快捷的優(yōu)勢(shì)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中。1.2 選題簡介課題名稱：溫度智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)：將溫度控制在設(shè)定的溫度值，設(shè)定

10、范圍為0-99度，針對(duì)在生產(chǎn)和日常生活中溫度智能化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。開發(fā)環(huán)境：本環(huán)境溫度控制系統(tǒng)的軟件部分是通過KEIL進(jìn)行編譯， Proteus 7 Professional進(jìn)行仿真測(cè)試，開發(fā)板作為實(shí)際測(cè)試。技術(shù)指標(biāo)：（1）以AT89C52系列單片機(jī)為核心部件（2）以數(shù)字電路和模擬電路為硬件基礎(chǔ)（3）以C語言為軟件實(shí)現(xiàn)語言功能概述：在該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)作為核心部件進(jìn)行檢測(cè)控制，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的通用性，適時(shí)性。在該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)中溫度檢測(cè)采用DS18B20溫度傳感器，它不僅具有較高的精度，而且適用電壓寬。同時(shí)采用了4X2矩陣掃描鍵盤輸入，顯示設(shè)備等外圍擴(kuò)展芯片。溫度控制分為升溫和降溫控制

11、，升溫控制和降溫控制分別采用繼電器來控制外部的升溫和降溫設(shè)備。軟件部分采用流程圖來表示。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字溫度測(cè)量及控制系統(tǒng)，能測(cè)柜內(nèi)的溫度，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整，并報(bào)警。保證環(huán)境保持在限定的溫度中。2.1 系統(tǒng)工作原理 溫度控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。采用溫度傳感器將溫度采集到單片機(jī)，采用鍵盤按鍵把設(shè)定溫度的值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通過顯示器將2者溫度顯示出來，然后再將兩者溫度進(jìn)行比較。如果采集溫度比設(shè)定溫度要低，則加熱指示燈亮起，繼電器電路中的直流電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)加熱；如果采集溫度比設(shè)定溫度要高，則降溫指示燈亮起，繼電器電路中的風(fēng)冷器開始運(yùn)轉(zhuǎn)降

12、溫。系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示：單片機(jī)AT89C51溫度采集模塊 鍵盤模塊復(fù)位電路繼電器控制模塊顯示模塊圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20溫度傳感器作為采集模塊，選擇單片機(jī)AT89C51為測(cè)控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、等功能，選擇LCD液晶顯示器作為顯示模塊。2.2 單片機(jī)簡介 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的CPU 、RAM 、 ROM 、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計(jì)算機(jī)，直譯為單片機(jī)1。2.2.1 單片機(jī)的特點(diǎn) 1具有優(yōu)異的性能價(jià)格比 2集成度高、體積小、可靠性高 、

13、控制功能強(qiáng)3低電壓、低功耗 2.2.2 單片機(jī)的選擇 微處理器是本系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，鑒于本系統(tǒng)為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，所以單片機(jī)采用INTEL公司的高效微控制器AT89C512。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-5指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL

14、的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51外形及引腳如圖2-1-2所示圖2-2-2 AT89C51外形及引腳1主要特性：·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和

15、時(shí)鐘電路2管教說明·VCC：供電電壓。·GND：接地。·P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。·P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FL

16、ASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。·P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。·P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻

17、的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口3。如表2-1-3所示：引腳作用P3.0 RXD P3.1 TXDP3.2 /INT0P3.3 /INT1P3.4 T0P3.5 T1P3.6 /WRP3.7 /RD串行輸入口串行輸出口外部中斷0外部中斷1記時(shí)器0外部輸入記時(shí)器1外部輸入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通表2-1-3 P3口引腳功能表·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)

18、機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。·/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)

19、機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。·/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。·XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。·XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩特性·/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH

20、），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）·XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。·XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 4芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電

21、模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。5串口通訊SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器SBUF？而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器?！睂?shí)際上SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址99H。CPU 在讀SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時(shí)的被響應(yīng)，

22、數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們?cè)趯懓l(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個(gè)99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用#include 引用就可以了。SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個(gè)可以位

23、尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。它的各個(gè)位的具體定義為：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI。·SM2 在模式2、模式3 中為多處理機(jī)通信使能位。在模式0 中要求該位為0。 ·REM 為允許接收位，REM 置1 時(shí)串口允許接收，置0 時(shí)禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以

24、在這個(gè)子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入REM=0 來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。·RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當(dāng)SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。·TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請(qǐng)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入

25、到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開），這時(shí)TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會(huì)由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。·RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請(qǐng)中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì)RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個(gè)位的，1 位起始位為0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器1 或定時(shí)器2 的定時(shí)值（溢出速率）。AT89C51 和AT

26、89C2051 等51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0 和定時(shí)器1，而定時(shí)器2是89C52 系列芯片才有的。6中斷系統(tǒng)8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是：有5個(gè)固定的可屏蔽中斷源，3個(gè)在片內(nèi)，2個(gè)在片外，它們?cè)诔绦虼鎯?chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套；2個(gè)特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個(gè)中斷源的符號(hào)、名稱及產(chǎn)生的條件如下:·INT0：外部中斷0，由P32端口線引入，低電平或下跳沿引起。·INT1：外部中斷1，由P33端口線引入，低電平或下跳沿引起。·T0：定時(shí)器計(jì)數(shù)器0中斷，

27、由T0計(jì)滿回零引起。·T1：定時(shí)器計(jì)數(shù)器l中斷，由T1計(jì)滿回零引起。·TIRI：串行IO中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送接收后引起。第三章 硬件模塊3.1 溫度采集模塊溫度采集模塊硬件圖如圖3-1所示圖3-1 溫度采集模塊3.1.1 DS18B20簡介 傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為傳感器，采用熱敏電阻，可滿足40至90測(cè)量范圍，但熱敏電阻可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，對(duì)小于1的溫度信號(hào)不適合，還得經(jīng)過專門接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能由微處理器進(jìn)行處理5。DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是，使用集成芯片，采用單總線技術(shù)，其能夠有效的減小外界的干擾，提高測(cè)

28、量的精度。同時(shí)，它可以直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，接口簡單， 使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。部分功能電路的集成，使總體硬件設(shè)計(jì)更簡潔，能有效地降低成本，搭建電路和焊接電路時(shí)更快，調(diào)試也更方便簡單化，這就縮短開發(fā)的周期。3.1.2 DS18B20的特點(diǎn)·采用單總線的接口方式與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。·測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高。DS18B20的測(cè)量范圍為-55 +125 ；在-10+85 范圍內(nèi)，精度為

29、7;0.5 。·在使用中不需要任何外圍元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。·多點(diǎn)組網(wǎng)功能。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。·供電方式靈活。DS18B20可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。·測(cè)量參數(shù)可配置。DS18B20 的測(cè)量分辨率可通過程序設(shè)定912位。·負(fù)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。·掉電保護(hù)功能。DS18B20 內(nèi)部含有EEPROM，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值9。

30、3.1.3 DS18B20的引腳介紹DS18B20實(shí)物圖與管腳圖如圖3-1-3所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端，電源供電3.05.5V （寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖3-1-3 DS1820實(shí)物圖和管腳圖3.1.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1-4所示，主要由四部分組成：64 位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器。光刻 ROM 中的64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。64 位光刻ROM 的排列是：開始8 位（地址： 28H ）是產(chǎn)品類型

31、標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，并且每個(gè) DS18B20 的序列號(hào)都不相同，因此它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼；最后 8 位則是前面 56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一個(gè)DS18B20 的ROM 數(shù)據(jù)都各不相同，因此微控制器就可以通過單總線對(duì)多個(gè) DS18B20 進(jìn)行尋址，從而實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的10。64位ROM和單總線接口存儲(chǔ)器與控制邏輯高速緩存溫度傳感器哦高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器配置存儲(chǔ)器8位CRC發(fā)生器電源檢測(cè)GNDCVDDVD1I/OVD2內(nèi)部VDD圖3-1-4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖64

32、位ROM的位結(jié)構(gòu)如表3-1-5所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)；接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位；最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限數(shù)據(jù)。8位檢驗(yàn)CRC48位序列號(hào)8位工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖3-1-5 64位ROM的位結(jié)構(gòu)圖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E2PROM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3-1-7所示。前2字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。第3和第4字節(jié)是TH和

33、TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3-1-6所示，其中，低5位一直為1；TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在DS18B20出廠時(shí)，該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)；R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率。R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750圖3-1-6 DS18B20分辨率的定義和規(guī)定TMR1R0111111 圖3-1-7 DS18

34、B20配置寄存器由表可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且設(shè)置的分辨率越高，所需溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長。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)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)是前面8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(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RAM的第1、2字節(jié)中。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)11。讀數(shù)據(jù)時(shí)，低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625°C/LSB形式表示。溫度值格式如圖3-1-8所示：23222

35、1202-12-22-32-4SSSSS262524圖3-1-8 配置寄存器DS18B20測(cè)溫原理如圖3-1-9所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。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)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1 ，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即

36、為所測(cè)溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。預(yù)置斜率累加器比較計(jì)數(shù)器低溫度系數(shù)振蕩器減法計(jì)數(shù)器溫度寄存器減到0預(yù)置減到0減法計(jì)數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器增加停止圖3-1-9 DS18B20測(cè)溫原理圖3.1.5 DS18B20使用中注意事項(xiàng)DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：（1）每一次讀寫之前都要對(duì) 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(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

37、us，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待16 60 us 左右，后發(fā)出60240 us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。（所有的讀寫時(shí)序至少需要 60us ，且每個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。在寫時(shí)序時(shí)，主機(jī)將在下拉低總線 15us 之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫 1 ；若主機(jī)拉低總線后能保持至少 60us 的低電平，則向單總線器件寫0 。單總線僅在主機(jī)發(fā)出讀寫時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。）（2）在寫數(shù)據(jù)時(shí)，寫 0 時(shí)單總線至少被拉低 60us， 寫 1 時(shí)，15us

38、內(nèi)就得釋放總線。（3）轉(zhuǎn)化后得到的12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè)8 比特的RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0 ，這5 位為1 ，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度。（4）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M 、 C 等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820 操作部分最好采

39、用匯編語言實(shí)現(xiàn)。（5）在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820 ，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。（6）連接DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m ，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹?/p>

40、因此，在用 DS1820 進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。（7）在 DS1820 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820 的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820 接觸不好斷線，當(dāng)程序讀該DS1820 時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予重視12。3.2 顯示模塊顯示模塊采用LCD液晶顯示器來完成顯示功能。液晶顯示器，或稱LCD（Liquid Crystal Disp

41、lay），為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管組成畫面。LCD與LED比有以下優(yōu)點(diǎn)：1、造價(jià)比LED低廉；2、制造工藝比LED簡單；3、技術(shù)臻于成熟；4、維修或更換發(fā)光件非常簡單，價(jià)格相對(duì)較低；5、省電，不產(chǎn)生高溫；6、低輻射，益健康，畫面柔和，不傷眼。顯示模塊硬件電路圖如圖3-2所示8圖3-2 顯示模塊3.3 鍵盤模塊本論文采用4X4的矩陣按鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的設(shè)定。如圖3-4所示圖3-3 鍵盤模塊圖中，按鍵1控制溫度數(shù)值的加法，按一下加1；按鍵2控制溫

42、度數(shù)值的減法，按一下減1；按鍵5控制LCD顯示的光標(biāo)移動(dòng)，按一下向左移一位；按鍵6也控制LCD顯示的光標(biāo)移動(dòng)，按一下向右移一位。由此來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的設(shè)定。3.4 繼電器模塊如圖3-4所示，繼電器模塊有2個(gè)開關(guān)，2個(gè)發(fā)光二級(jí)管組成。當(dāng)采集溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，二極管D3管發(fā)光，提示溫度過低，開關(guān)RL1閉合，電直流電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)加熱；當(dāng)采集溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，二極管D4管發(fā)光，提示溫度過高，開關(guān)RL2閉合，風(fēng)冷器開始轉(zhuǎn)動(dòng)降溫6。圖3-4 繼電器模塊第四章 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件主要由主流程、功能子程序組成。采用主程序調(diào)用功能子程序，子程序盡可能少的調(diào)用其它子程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。4.1 主程序主程序由

43、初始化，溫度采集，溫度顯示，溫度設(shè)定和繼電器子程序組成，為系統(tǒng)軟件的主干部分，其流程圖如圖4-1所示7開 始系統(tǒng)初始化發(fā)送溫度采集指令讀出溫度值設(shè)置溫度值顯示采集溫度和設(shè)置溫度采集溫度小于設(shè)置溫度直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)升溫YN風(fēng)冷器轉(zhuǎn)動(dòng)降溫圖4-1 主程序流程圖4.2 溫度采集子程序溫度采集子程序主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)外部的溫度傳感器DS18B20進(jìn)行工作，通過串口通信方式向DS18B20寫入ROM命令，并讀取當(dāng)前溫度值，將讀取的數(shù)據(jù)存放在26H-2EH存儲(chǔ)單元，其中26H單元存放溫度值的低位，27H單元存放溫度值的高位，程序流程圖如圖4-2所示。開 始DS1820復(fù)位向DS1820寫入相應(yīng)的ROM命令讀出溫度值

44、并進(jìn)行校驗(yàn)結(jié) 束圖4-2 溫度采集子程序流程圖4.3 溫度顯示子程序在溫度控制系統(tǒng)中采用了LCD液晶顯示器的左 4位來顯示采集溫度，右4位顯示鍵盤設(shè)定溫度，這樣便于兩者進(jìn)行比較。流程圖如圖4-3所示 溫度采集LCD初始化采集數(shù)據(jù)送入LCD P0口在0X03位顯示數(shù)據(jù)鎖存溫度設(shè)置設(shè)置數(shù)據(jù)送入LCD P0口在0X4A位顯示數(shù)據(jù)鎖存圖4-3 溫度顯示子程序流程圖4.4 鍵盤子程序這里主要判斷鍵盤是否按下以及去抖。流程圖如圖4-4所示 開 始按鍵1是否按下YN延時(shí)10ms按鍵1是否按下Y按鍵標(biāo)示符為1N結(jié) 束按鍵1按下標(biāo)識(shí)符為0，按鍵有效圖4-4 鍵盤子程序流程圖4.5 溫度比較子程序溫度比較子程序的

45、任務(wù)是將采集溫度和設(shè)置溫度兩者進(jìn)行比較。如果采集溫度比設(shè)定溫度要低，則加熱指示燈D3亮起，繼電器電路中的直流電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)加熱；如果采集溫度比設(shè)定溫度要高，則指示燈D4亮起，繼電器電路中的風(fēng)冷器開始運(yùn)轉(zhuǎn)降溫。溫度比較子程序流程圖如圖4-5所示開 始當(dāng)前溫度判斷溫度是否過高（設(shè)置溫度減當(dāng)前溫度）判斷溫度是否過低（當(dāng)前溫度減設(shè)置溫度）N指示燈D3亮起風(fēng)冷器轉(zhuǎn)動(dòng)指示燈D4亮起直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開 始YY圖4-5 溫度比較子程序流程圖4.6 繼電器子程序當(dāng)采集溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，二極管D3管發(fā)光，提示溫度過低，開關(guān)RL1閉合，電直流電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)加熱；當(dāng)采集溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，二極管D4管發(fā)光，提示溫度過高，開

46、關(guān)RL2閉合，風(fēng)冷器開始轉(zhuǎn)動(dòng)降溫。繼電器流程圖比較簡單，這里就不給出。第五章 仿真結(jié)果與結(jié)論分析5.1 仿真結(jié)果 通過結(jié)合硬件電路以及程序，在開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了仿真，仿真結(jié)果與理論較一致。仿真結(jié)果如圖5-1和圖5-2所示。在圖5-1中，LCD液晶顯示器左上角顯示的是DS1820采集的室內(nèi)溫度，在右下角顯示的是由圖右下方4X2的黑色按鍵設(shè)置的溫度。K5表示溫度加1，K6表示溫度減1，K7表示光標(biāo)左移，K8表示光標(biāo)右移。采集溫度顯示的是28，而設(shè)置的是20，小于采集溫度。這時(shí)指示燈D1亮起，電機(jī)開始工作加熱。在圖5-2中，LCD液晶顯示器左上角顯示的是DS1820采集的室內(nèi)溫度，在右下角依然顯示的是由

47、圖右下方4X2的黑色按鍵設(shè)置的溫度。采集溫度顯示的是28，而設(shè)置溫度是40。這時(shí)指示燈D4亮起，電機(jī)開始工作降溫。圖5-1 溫度過低圖5-2 溫度過高5.1 結(jié)論分析本系統(tǒng)的核心技術(shù)表現(xiàn)在溫度采集、4X2矩陣鍵盤輸入和LCD顯示部分，其中溫度采集的硬件部分使用溫度傳感器DS18B20，通過軟件控制與DS18B20的串口通訊來進(jìn)行溫度采集；4X2矩陣鍵盤輸入采用鍵碼的掃描來實(shí)現(xiàn)；LCD則通過數(shù)據(jù)手冊(cè)來對(duì)其進(jìn)行位設(shè)置。為了實(shí)現(xiàn)這一系列功能我主動(dòng)與指導(dǎo)老師交流，并且查閱了大量相關(guān)的書籍，在此過程中進(jìn)一步鍛煉了自己思考問題與解決問題的能力，鞏固并提高了自己的單片機(jī)、數(shù)字電路、模擬電路等相關(guān)知識(shí)。該系統(tǒng)

48、實(shí)現(xiàn)的最終功能是控制外界溫度，使溫度恒定在一定的范圍內(nèi)，統(tǒng)所能測(cè)量溫度的范圍在0-99度之間，能自動(dòng)的將采集溫度與設(shè)置溫度進(jìn)行比較，自動(dòng)的控制溫度的升高和降低，十分的便利可靠，而且所需成本很低。但如果溫度范圍過大，則該系統(tǒng)就不適用了，這也是論文需要完善的地方。致謝 在論文完成之際，回顧大學(xué)的成長道路，我在學(xué)業(yè)和生活上得到了眾多老師、同學(xué)和朋友們的熱心幫助和大力支持。在此，我要向你們表示我最誠摯的謝意！本論文是在楊述斌教授的悉心指導(dǎo)下完成的，在此我首先對(duì)楊教授表示誠摯的謝意。 在我的整個(gè)學(xué)習(xí)階段，無論在專業(yè)學(xué)習(xí)，還是在課題研究和論文撰寫上，楊教授都給予了極大的關(guān)心、指導(dǎo)和鼓勵(lì)。楊教授求真務(wù)實(shí)的治

49、學(xué)精神、淵博的知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、勇于開拓的科學(xué)精神和平易近人的態(tài)度，是我終身難忘，并將深深影響我以后的工作和學(xué)習(xí)，再次感謝楊教授對(duì)我不倦的栽培！在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，教研組的所有老師都給予我非常大的關(guān)心和指導(dǎo)，感謝你們。感謝劉軒同學(xué)及其他大學(xué)階段認(rèn)識(shí)的同學(xué)，他們?cè)谖艺n題完成過程中給予了極大的幫助和支持。衷心感謝我的父母，是他們?cè)诓粩喙膭?lì)我，安慰我，使我能順利的完成畢業(yè)論文。最后感謝所有對(duì)我有過幫助在我人生中知遇的許許多多匆匆過客，愿他們能心想事成！參考文獻(xiàn)1 秦實(shí)宏，徐春輝. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用M . 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.2 陳明熒. 8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材M

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52、ng. Design of Micro-controllers Control System of Electric RefrigeratorJ. Journal of Beijing Vocational & Technical Institute of Industry.2002,(03).16 Nordic VLSI ASA Inc.nRF905 DatasheetJ. rev1-22005-1-22附錄1 系統(tǒng)硬件電路圖附錄2 程序代碼#include <reg52.h>#include <intrins.h>typedef bit BOOL;typedef unsigned char BYTE;sbit LCD_RS = P26; sbit LCD_RW = P25;sbit LCD_EP = P27;sbit K5=P23;sbit K6=P22;sbit K7=P21;sbit K8=P20;sbit motor=P11;sbit w=P35;sbit z=P36;unsigned int s10=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x