智能溫控制系統(tǒng)設計

1、2012屆畢業(yè)設計(論文)題 目溫度智能控制系統(tǒng)設計 專 業(yè) 班 級2008自動化05 學 號2008500260 姓 名苗青 指 導 教 師楊述斌教授 學 院 名 稱電氣信息學院 2011年 5 月 27 日溫度智能控制系統(tǒng)設計Intelligent temperature control system design學 生 姓 名:苗青 指 導 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在實際生活和生產(chǎn)中的應用,本文介紹一種基于單片機AT89C51設計的溫度控制系統(tǒng)，以實現(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來獲得當前溫度，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。采集的溫度與從4X2矩陣鍵盤輸入的溫度值進行比較，并通過液晶顯示器LCD顯示出來。如果采集溫度低于設置溫度，系統(tǒng)將通過繼電器模塊自動控制升溫；如果采集溫度高于設置溫度，系統(tǒng)將通過繼電器模塊自動控制降溫。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計部分。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、實用、成本低等特點,具

3、有一定的實際意義。關鍵詞：單片機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)各種以微機為核心的溫度控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)控制精度高、重復性好、自動化程度高。 在日常生活中，人們?yōu)榱藫碛幸粋€更舒適的生活環(huán)境，往往需要室內(nèi)擁有一個合適的溫度，而單片機的準確性高、價格低、功耗低等一系列優(yōu)點，可結(jié)合升溫和降溫設備，有效的應用到實際生活中。單片機溫度控制系統(tǒng)是單片機控制的一項簡單應用。近幾年來單片機因其獨特的，方便，快捷的優(yōu)勢被廣泛的應用于各個領域之中。1.2 選題簡介課題名稱：溫度智能控制系統(tǒng)設計主要任務：將溫度控制在設定的溫度值，設定

10、范圍為0-99度，針對在生產(chǎn)和日常生活中溫度智能化控制系統(tǒng)的實現(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進行編譯， Proteus 7 Professional進行仿真測試，開發(fā)板作為實際測試。技術指標：（1）以AT89C52系列單片機為核心部件（2）以數(shù)字電路和模擬電路為硬件基礎（3）以C語言為軟件實現(xiàn)語言功能概述：在該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)中，單片機作為核心部件進行檢測控制，增強了設計的通用性，適時性。在該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)中溫度檢測采用DS18B20溫度傳感器，它不僅具有較高的精度，而且適用電壓寬。同時采用了4X2矩陣掃描鍵盤輸入，顯示設備等外圍擴展芯片。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備。軟件部分采用流程圖來表示。第二章 系統(tǒng)總體設計方案本設計是一個數(shù)字溫度測量及控制系統(tǒng)，能測柜內(nèi)的溫度，并能在超限的情況下進行控制、調(diào)整，并報警。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)采用單片機作為微處理單元進行控制。采用溫度傳感器將溫度采集到單片機，采用鍵盤按鍵把設定溫度的值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器。通過顯示器將2者溫度顯示出來，然后再將兩者溫度進行比較。如果采集溫度比設定溫度要低，則加熱指示燈亮起，繼電器電路中的直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱；如果采集溫度比設定溫度要高，則降溫指示燈亮起，繼電器電路中的風冷器開始運轉(zhuǎn)降

12、溫。系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示：單片機AT89C51溫度采集模塊 鍵盤模塊復位電路繼電器控制模塊顯示模塊圖2-1 系統(tǒng)總體設計框圖根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選擇DS18B20溫度傳感器作為采集模塊，選擇單片機AT89C51為測控系統(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 單片機簡介 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU 、RAM 、 ROM 、定時/計數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，因此單片機早期的含義稱為單片微型計算機，直譯為單片機1。2.2.1 單片機的特點 1具有優(yōu)異的性能價格比 2集成度高、體積小、可靠性高 、

13、控制功能強3低電壓、低功耗 2.2.2 單片機的選擇 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)為實時控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運行時需要進行大量的運算，所以單片機采用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。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術，與工業(yè)標準的MCS-5指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·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、時鐘電路2管教說明·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門電流。當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。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。·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。在FL

16、ASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。·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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，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，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口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。·P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻

17、的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當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記時器0外部輸入記時器1外部輸入外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通表2-1-3 P3口引腳功能表·RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個

18、機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，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：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個

19、機器周期兩次/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/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-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/EA端保持高電平時，此間為內(nèi)部程序存儲器。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/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH

20、），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/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，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”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(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，定時器，計數(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，直到下一個硬件復位為止。5串口通訊SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個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寄存器SBUF？而不是收發(fā)各用一個寄存器。”實際上SBUF 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址99H。CPU 在讀SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(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的被響應，

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，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(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99H 地址用關鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對其做了定義，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備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會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不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用SCON 寄存器。它的各個位的具體定義為：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 時串口允許接收，置0 時禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以

24、在這個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際源碼加入REM=0 來進行實驗。·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)標識位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。·TI 發(fā)送中斷標識位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時，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，申請中斷，CPU 響應中斷后，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（如中斷打開），這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。·RI 接收中斷標識位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時，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，申請中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對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器1 或定時器2 的定時值（溢出速率）。AT89C51 和AT

26、89C2051 等51 系列芯片只有兩個定時器，定時器0 和定時器1，而定時器2是89C52 系列芯片才有的。6中斷系統(tǒng)8051單片機的中斷系統(tǒng)簡單實用，其基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套；2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設置的編程。5個中斷源的符號、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：定時器計數(shù)器0中斷，

27、由T0計滿回零引起。·T1：定時器計數(shù)器l中斷，由T1計滿回零引起。·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)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，采用熱敏電阻，可滿足40至90測量范圍，但熱敏電阻可靠性差，測量溫度準確率低，對小于1的溫度信號不適合，還得經(jīng)過專門接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能由微處理器進行處理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，其能夠有效的減小外界的干擾，提高測

28、量的精度。同時，它可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，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，使總體硬件設計更簡潔，能有效地降低成本，搭建電路和焊接電路時更快，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·采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡。·測量溫度范圍寬，測量精度高。DS18B20的測量范圍為-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現(xiàn)測溫。·多點組網(wǎng)功能。多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。·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，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，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。·測量參數(shù)可配置。DS18B20 的測量分辨率可通過程序設定912位。·負壓特性。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。·掉電保護功能。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警溫度的設定值9。

30、3.1.3 DS18B20的引腳介紹DS18B20實物圖與管腳圖如圖3-1-3所示，DQ為數(shù)字信號輸入/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接地）。圖3-1-3 DS1820實物圖和管腳圖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)的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器。光刻 ROM 中的64 位序列號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、標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，并且每個 DS18B20 的序列號都不相同，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)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一個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多個 DS18B20 進行尋址，從而實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的10。64位ROM和單總線接口存儲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)器配置存儲器8位CRC發(fā)生器電源檢測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；接著是每個器件的唯一的序號，共有48位；最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用單線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限數(shù)據(jù)。8位檢驗CRC48位序列號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)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個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)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3-1-7所示。前2字節(jié)包含測得的溫度信息。第3和第4字節(jié)是TH和

33、TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。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工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應精度的數(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是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時，該位被設置為0，用戶不要去改動；R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設置分辨率。R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時間/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)換的時間比較長，而且設置的分辨率越高，所需溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(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，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存RAM的第1、2字節(jié)中。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)11。讀數(shù)據(jù)時，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送給計數(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)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。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)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1 ，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，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

36、為所測溫度。圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。預置斜率累加器比較計數(shù)器低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器溫度寄存器減到0預置減到0減法計數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器增加停止圖3-1-9 DS18B20測溫原理圖3.1.5 DS18B20使用中注意事項DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：（1）每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位，復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。復位要求主 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 收到此信號表示復位成功。（所有的讀寫時序至少需要 60us ，且每個獨立的時序之間至少需要 1us 的恢復時間。在寫時序時，主機將在下拉低總線 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 。單總線僅在主機發(fā)出讀寫時序時才向主機傳送數(shù)據(jù)，所以，當主機向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。）（2）在寫數(shù)據(jù)時，寫 0 時單總線至少被拉低 60us， 寫 1 時，15us

38、內(nèi)就得釋放總線。（3）轉(zhuǎn)化后得到的12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個8 比特的RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于0 ，這5 位為1 ，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實際溫度。（4）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M 、 C 等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DS1820 操作部分最好采

39、用匯編語言實現(xiàn)。（5）在 DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820 ，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS1820 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。（6）連接DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m ，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。

40、因此，在用 DS1820 進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。（7）在 DS1820 測溫程序設計中，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，一旦某個DS1820 接觸不好斷線，當程序讀該DS1820 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予重視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、線、面配合背部燈管組成畫面。LCD與LED比有以下優(yōu)點：1、造價比LED低廉；2、制造工藝比LED簡單；3、技術臻于成熟；4、維修或更換發(fā)光件非常簡單，價格相對較低；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，實現(xiàn)對溫度的設定。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顯示的光標移動，按一下向左移一位；按鍵6也控制LCD顯示的光標移動，按一下向右移一位。由此來實現(xiàn)對溫度的設定。3.4 繼電器模塊如圖3-4所示，繼電器模塊有2個開關，2個發(fā)光二級管組成。當采集溫度低于設置溫度時，二極管D3管發(fā)光，提示溫度過低，開關RL1閉合，電直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱；當采集溫度高于設置溫度時，二極管D4管發(fā)光，提示溫度過高，開關RL2閉合，風冷器開始轉(zhuǎn)動降溫6。圖3-4 繼電器模塊第四章 軟件設計本系統(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置溫度值顯示采集溫度和設置溫度采集溫度小于設置溫度直流電機轉(zhuǎn)動升溫YN風冷器轉(zhuǎn)動降溫圖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責驅(qū)動外部的溫度傳感器DS18B20進行工作，通過串口通信方式向DS18B20寫入ROM命令，并讀取當前溫度值，將讀取的數(shù)據(jù)存放在26H-2EH存儲單元，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復位向DS1820寫入相應的ROM命令讀出溫度值

44、并進行校驗結(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位顯示鍵盤設定溫度，這樣便于兩者進行比較。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)鎖存溫度設置設置數(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10ms按鍵1是否按下Y按鍵標示符為1N結(jié) 束按鍵1按下標識符為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、任務是將采集溫度和設置溫度兩者進行比較。如果采集溫度比設定溫度要低，則加熱指示燈D3亮起，繼電器電路中的直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱；如果采集溫度比設定溫度要高，則指示燈D4亮起，繼電器電路中的風冷器開始運轉(zhuǎn)降溫。溫度比較子程序流程圖如圖4-5所示開 始當前溫度判斷溫度是否過高（設置溫度減當前溫度）判斷溫度是否過低（當前溫度減設置溫度）N指示燈D3亮起風冷器轉(zhuǎn)動指示燈D4亮起直流電機轉(zhuǎn)動開 始YY圖4-5 溫度比較子程序流程圖4.6 繼電器子程序當采集溫度低于設置溫度時，二極管D3管發(fā)光，提示溫度過低，開關RL1閉合，電直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱；當采集溫度高于設置溫度時，二極管D4管發(fā)光，提示溫度過高，開

46、關RL2閉合，風冷器開始轉(zhuǎn)動降溫。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的黑色按鍵設置的溫度。K5表示溫度加1，K6表示溫度減1，K7表示光標左移，K8表示光標右移。采集溫度顯示的是28，而設置的是20，小于采集溫度。這時指示燈D1亮起，電機開始工作加熱。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的黑色按鍵設置的溫度。采集溫度顯示的是28，而設置溫度是40。這時指示燈D4亮起，電機開始工作降溫。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的串口通訊來進行溫度采集；4X2矩陣鍵盤輸入采用鍵碼的掃描來實現(xiàn)；LCD則通過數(shù)據(jù)手冊來對其進行位設置。為了實現(xiàn)這一系列功能我主動與指導老師交流，并且查閱了大量相關的書籍，在此過程中進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、數(shù)字電路、模擬電路等相關知識。該系統(tǒng)

48、實現(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)所能測量溫度的范圍在0-99度之間，能自動的將采集溫度與設置溫度進行比較，自動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，回顧大學的成長道路，我在學業(yè)和生活上得到了眾多老師、同學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下完成的，在此我首先對楊教授表示誠摯的謝意。 在我的整個學習階段，無論在專業(yè)學習，還是在課題研究和論文撰寫上，楊教授都給予了極大的關心、指導和鼓勵。楊教授求真務實的治

49、學精神、淵博的知識、豐富的實踐經(jīng)驗、勇于開拓的科學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習，再次感謝楊教授對我不倦的栽培！在畢業(yè)設計期間，教研組的所有老師都給予我非常大的關心和指導，感謝你們。感謝劉軒同學及其他大學階段認識的同學，他們在我課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，是他們在不斷鼓勵我，安慰我，使我能順利的完成畢業(yè)論文。最后感謝所有對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1 秦實宏，徐春輝. MCS-51單片機原理及應用M . 武漢:華中科技大學出版社,2010.2 陳明熒. 8051單片機課程設計實訓教材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