【正文】 目 錄 摘要： 3 關(guān)鍵詞： ...................................................... 3 引言： ....................................................... 4 1. 系統(tǒng)方案選擇和論證 ......................................... 5 任務(wù) ....................................... 5 任務(wù)要求 .................................... 5 系統(tǒng)基本方案 ................................ 5 各模塊電路的方案選擇及論證 5 系統(tǒng)各模塊的最終方案 8 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .............................................. 9 單片機型號選擇 .............................. 9 單片機最小系 統(tǒng)電路設(shè)計 ...................... 12 溫度采集部分設(shè)計 ............................. 14 按鍵電路設(shè)計 ............................... 23 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 .......................... 24 溫度控制電路設(shè)計 ........................... 28 報警電路設(shè)計 ............................... 28 電源輸入部分 ............................... 29 3． 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................. 31 讀取 DS18B20 溫度模塊子程序 .................. 32 數(shù)據(jù)處理子程序 ............................. 33 鍵盤掃描子程序 ............................. 34 主程序 流程圖 ............................... 35 參考文獻 ..................................................... 38 附錄 A：本設(shè)計整體電路圖 ...................................... 39 附錄 B：程序清單 .............................................. 40 摘要： 本設(shè)計以 AT89C51 單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。文中介紹了該控 制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、溫度顯示電路。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、超溫報警程序。 通過對基于單片機的相對溫度控制器設(shè)計，加深對傳感器技術(shù)及檢測技術(shù)的了解，鞏固對單片機知識的掌握，并系統(tǒng)的復(fù)習(xí)本專業(yè)所學(xué)過的知識。 關(guān)鍵詞： AT89C51 單片機 DS18B20 溫度檢測芯片 溫度控制 Abstract： This design as the core of the AT89C51 temperature control system of the working principle and design method. Temperature signal chipDS18B20collection by the temperature, and the way to digital signal transfer to the microcontroller. The paper introduces the hardware part of the control system, including: temperature detection circuit, temperature control circuit, temperature display circuit. SCM through to signal processed, so as to achieve the purpose of temperature control. This paper has mainly introduced the software design part, here the modularized structure, main module has: digital tube show program, keyboard scanning and key processing program, temperature signal processing program, relay control procedures, super temperature alarming program. Through to the relative temperature controller based on single chip design, deepen our understanding of the sensor technology and testing technology of understanding, consolidate the SCM grasp the knowledge and the system review this professional the learned knowledge. Keywords: AT89C51 singlechip microputer temperature detection chipDS18B20temperature control 基于 AT89C51 單片機的蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 引言： 蔬菜的生長與溫度息息相關(guān)，對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫度控制。溫度太低，蔬菜就會被凍死或則停止生長，所以要將溫度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內(nèi)。如果僅靠人工控制既費時費力 , 效率低，又容易發(fā)生差錯，為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中 通常有溫度自動控制系統(tǒng)，來監(jiān)控采集大棚內(nèi)各個角落的溫度變化情況，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。要時刻對蔬菜大棚的溫度進行測量，就離不開溫度傳感器。 傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作?？刂祁I(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。 1. 系統(tǒng)方案選擇和論證 任務(wù) 設(shè)計一個大棚溫度自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)溫度可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動通風(fēng)降溫，在環(huán)境溫度升高時實現(xiàn)自動加溫，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 任務(wù)要求 設(shè)計基于 AT89C51 單片機的 大棚溫度 溫度控制器 ， 用于控制溫度。具體要求如下 : 大棚溫度控制在 15℃ 28℃之間。 控制 10 臺 50KW 三相電阻爐為加熱設(shè)備。 采用 5臺單相 100W 通風(fēng)機作為通風(fēng)散熱設(shè)備。 易于操作，方便人機對話。 系統(tǒng)基本方案 根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊分可以劃分為： 鍵盤 模塊 ，溫度測量模塊，顯示電路模塊，升溫降溫模塊，報警模塊 。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進行了論證。 各模塊電路的方案選擇及論證 （一）鍵盤模塊 方案一：采用 4*4 矩陣型按鍵 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時， 為了減少 I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。矩陣按鍵對應(yīng)獨立按鍵，可以節(jié)約數(shù)據(jù)線， 但需要特定的鍵盤掃描程序，占用空間較大。通常在按鍵大于 6 個的時候是用矩陣式按鍵。 方案二： 采用獨立按鍵，接線簡單，易于理解，不需要特定的鍵盤掃描程序，占用空間比較少。 在本設(shè)計中用到了 5個按鍵，所以選用獨立按鍵比較合適。 （二）溫度測量模塊 方案一： 利用熱電阻傳感器作為感溫元件，熱電阻隨溫度變化而變化，用儀表測量出熱電阻的阻值變化，從而得到與電阻值相應(yīng)的溫度值。最常用的是鉑電阻傳感器，鉑電阻在氧化介質(zhì)中，甚至在高溫的 條件下其物理，化學(xué)性質(zhì)不變。由鉑電阻阻值的變化經(jīng)小信號變送器 XTR101 將鉑電阻隨溫度變化的轉(zhuǎn)換為 4～ 20mA 線形變化電路，再將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，送到 A/D 轉(zhuǎn)換器，即將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，誤差較大。 方案二： 采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 DS18B20 為數(shù)字式溫度傳感器，無需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量?？芍苯优c單片機通信，讀取測溫數(shù)據(jù)，電路簡單。 DS18B20 的測溫范圍 55℃ ~125℃，分辨率最大可達 ℃。 DS18B20 是 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度 傳感器，它是一種支持 “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。一線總線將獨特的電源和信號復(fù)合在一起，并僅使用一條線，每個芯片都有唯一的編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，簡單的網(wǎng)絡(luò)化的溫度感知，零功耗等待等特點。 DS18B20 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ,因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果。 所以比設(shè)計中選用 DS18B20 溫度傳感器，節(jié)省了 A/D 轉(zhuǎn)換器，同時也節(jié)省了 I/O輸出口，誤差小，測量準(zhǔn)確。 （三）顯示電路模塊 方案一： 使用靜態(tài)顯示，此方法不用另加外界驅(qū)動直接與單片機輸出口相連，不需要單獨的程序來完成顯示。但是占用 I/O 借口多。 方案二： 使用動態(tài)顯示，節(jié)省了 I/O 輸出口，但是此方法需加外加外部驅(qū)動以此增加輸出電流來更好的驅(qū)動數(shù)碼管顯示，電路簡單，成本稍高，需要特定的編程來完成動態(tài)刷新。 本設(shè)計中使用的是動態(tài)顯示，因為沒有太多的輸出口來完成靜態(tài)顯示，故選動態(tài)顯示。 （四）升溫降溫模塊 根據(jù)題目，可以使用電熱爐進行加熱，控制電熱爐的功率即可以控制加熱的速度。當(dāng) 溫度 過高時，關(guān)掉電熱爐 打開通風(fēng)機 進行降溫處理。當(dāng)需要加熱時開啟電爐關(guān)閉 通風(fēng)機 。由于 電熱爐和通風(fēng)機 的功率較大，考慮到簡化電路的設(shè)計，我們直接采用 220V 電源。對升溫降溫模塊有以下兩種方案： 方案 一 ： 采用繼電器控制。使用繼電器可以很容易實現(xiàn)地通過較高的電壓和電流，在正常條件下，工作十分可靠。繼電器無需外加光耦，自身即可實現(xiàn)電 氣隔離。這種電路無法精確實現(xiàn)電熱絲功率控制，電熱絲只能工作在最大功率或零功率，對控制精度將造成影響。 方案二： 應(yīng)用了光耦合器， 光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電 — 光 — 電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有 很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 所以選擇光耦合器更安全控制更準(zhǔn)確。 通過比較，我們選擇方案 二 。 （五）