【正文】 以智能集成溫度傳感器DS18B20為檢測(cè)元件，以單片機(jī)STC12C5A16S2為主控器，用繼電器控制外部的加熱制冷設(shè)備，對(duì)大棚塑料內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，便于大棚內(nèi)的植物生長(zhǎng)。該設(shè)計(jì)同時(shí)也適用于人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于溫度的檢測(cè)及控制。2 任務(wù)分析與方案論證 任務(wù)分析本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，即可以測(cè)試塑料大棚中的溫度和可設(shè)置塑料大棚內(nèi)適合植物生長(zhǎng)的溫度。當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警且自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)指示燈亮，當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警且自動(dòng)啟動(dòng)電風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)指示燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。具體要求如下：(1)、能夠測(cè)量溫度，溫度用數(shù)字顯示。(2)、測(cè)量溫度范圍10～60℃，℃。(3)、能夠設(shè)置塑料大棚溫度并控制溫度，設(shè)定范圍5～40℃，且連續(xù)可調(diào)。設(shè)置溫度用數(shù)字顯示。(4)、溫度控制精度≤177。2℃。(5)、當(dāng)超過設(shè)定的溫度5℃時(shí)，產(chǎn)生聲、光報(bào)警。 兩種方案的比較 方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應(yīng)，將被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上顯示被測(cè)溫度，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，溫度傳感器采用DS18B20，這種芯片可直接讀取被測(cè)溫度值，然后再通過單片機(jī)STC12C5A16S2控制繼電器，進(jìn)而控制外部的加熱制冷設(shè)備，以達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故采用方案二。 實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)述硬件系統(tǒng)應(yīng)包括四大模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)，測(cè)溫電路，繼電器輸出電路和電源電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)置溫度的上下限，數(shù)據(jù)的處理和溫度的顯示；溫度測(cè)量電路測(cè)量實(shí)時(shí)溫度；當(dāng)溫度高于上限溫度或者低于下限溫度時(shí)，報(bào)警電路產(chǎn)生光和聲音報(bào)警，此時(shí)繼電器控制加熱制冷設(shè)備，只至達(dá)到上下限范圍以內(nèi)，警報(bào)電路和繼電器輸出主控制器溫度控制電路報(bào)警電路顯示電路溫度傳感器鍵盤電路電路停止工作。 設(shè)計(jì)方框圖3 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)STC12C5A16S2STC12C5A16S2單片機(jī)是以51內(nèi)核為主的系列單片機(jī)，STC單片機(jī)是宏晶生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8—12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。STC12C5A16S2單片機(jī)引腳[2]。 STC12C5A16S2單片機(jī)主要性能它的主要性能有：(1) 高速：1 個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051 內(nèi)核，速度比普通8051 快8～12 倍。(2) 寬電壓：～。(3) 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）。(4) 16K 字節(jié)片內(nèi)Flash 程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10 萬次以上。(5) 芯片內(nèi)有EEPROM 功能。(6) 在系統(tǒng)可編程/ 在應(yīng)用可編程,無需編程器/ 仿真器。(7) 高速SPI 通信端口。(8) 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集。引腳的功能：—(39—32)：P0口是一個(gè)漏極開路型準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻?！?18)：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。—(2128)：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)EFROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址?！?1017)：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。 按鍵電路三個(gè)輕觸開關(guān)組成按鍵電路，因?yàn)槎际仟?dú)立的按鍵所以采用直接接地的方法，。這樣電路比較簡(jiǎn)單，達(dá)到了效果。三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度的上下限報(bào)警溫度，當(dāng)按下設(shè)置鍵一次，數(shù)碼管顯示HXX℃且 LED數(shù)碼管閃爍，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上限溫度值。按下設(shè)置鍵第二次，L XX℃且數(shù)碼管閃爍，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警下限溫度值。通過“加鍵”可以對(duì)設(shè)置數(shù)值加。通過“減鍵”可以對(duì)設(shè)置數(shù)值減。每按一次減1。 按鍵電路 顯示電路顯示電路采用3位共陽LED數(shù)碼管做為溫度值顯示。用三個(gè)8550PNP三極作為每一位LED管的驅(qū)動(dòng)電路，這樣使得數(shù)碼管電流量更大，亮度更亮。一位共陽極數(shù)碼管顯示℃攝氏度符號(hào)，使得整個(gè)顯示電路更加人性化。電路圖[8]。 數(shù)碼管電路圖 報(bào)警電路 采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器，用一個(gè)PNP三極管8550作為驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器可以在被測(cè)溫度超過上限溫度或者低于下限溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音。電路圖[9]： 報(bào)警電路 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 DS18B20溫度傳感器測(cè)溫系統(tǒng)采用芯片DS18B20，DS18B20是DALLAS公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器，它的體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)，DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，具有一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為－55℃～＋125℃，℃。DS18B20可以直接讀出被測(cè)量的溫度值，而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 DB18B20引腳圖 DB18B20引腳的功能序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成：(1) 64位光刻ROM。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，開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB存儲(chǔ)器和控制邏輯暫存器8位CRC產(chǎn)生器溫度傳感器觸發(fā)上限TH觸發(fā)下限TL64位ROM和單線接口電源檢測(cè)DQVDD DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2) 高速暫存存儲(chǔ)?？梢栽O(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度,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E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(shí)被刷新。第5個(gè)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(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)Byte0溫度測(cè)量值LSB（50H）Byte1溫度測(cè)量值MSB（50H）Byte2TH高溫寄存器Byte3TL低溫寄存器Byte4配位寄存器YByte5預(yù)留（FFH）Byte6預(yù)留（0CH）Byte7預(yù)留（IOH）Byte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）(3) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。(4) CRC的產(chǎn)生。在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20的操作時(shí)序DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。主機(jī)控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測(cè)到I/O引腳上的上升沿之后，等待1560us然后發(fā)出存在脈沖(60240us的低電平)。 寫時(shí)間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在15us到60us之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。讀時(shí)間片:主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個(gè)讀周期之間也必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，3腳接電源另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線[3]，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電