【正文】 .................. 28 電源輸入部分 ............................... 29 3． 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................. 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(xiàn) ..................................................... 38 附錄 A：本設(shè)計(jì)整體電路圖 ...................................... 39 附錄 B：程序清單 .............................................. 40 摘要： 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)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(hào)處理程序、繼電器控制程序、超溫報(bào)警程序。如果僅靠人工控制既費(fèi)時(shí)費(fèi)力 , 效率低，又容易發(fā)生差錯(cuò)，為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中 通常有溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，來(lái)監(jiān)控采集大棚內(nèi)各個(gè)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。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(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。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(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通風(fēng)降溫，在環(huán)境溫度升高時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加溫，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 采用 5臺(tái)單相 100W 通風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)散熱設(shè)備。 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(shí)， 為了減少 I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。 在本設(shè)計(jì)中用到了 5個(gè)按鍵，所以選用獨(dú)立按鍵比較合適。電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，誤差較大。 DS18B20 的測(cè)溫范圍 55℃ ~125℃，分辨率最大可達(dá) ℃。 DS18B20 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 （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(dòng)直接與單片機(jī)輸出口相連，不需要單獨(dú)的程序來(lái)完成顯示。 （四）升溫降溫模塊 根據(jù)題目，可以使用電熱爐進(jìn)行加熱，控制電熱爐的功率即可以控制加熱的速度。對(duì)升溫降溫模塊有以下兩種方案： 方案 一 ： 采用繼電器控制。 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(hào)放大。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(qiáng)的共模抑制能力。 通過(guò)比較，我們選擇方案 二 。 2. 溫度測(cè)量模塊采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 系統(tǒng)的基本框圖如圖 所示。 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)型號(hào)選擇 單片機(jī)型號(hào)的選擇是根據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容而定的，并不是什么單片機(jī)都可以用。 由于實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的程序不會(huì)超過(guò) 4K，而 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有 4K 的 FlASH 程序存儲(chǔ)器和 2K 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因而不需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。如 Vcc、 GND、 XTAL XTAL2。如 P0、 P P P3， 4 組 8 位 I/O 口。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。 RST：復(fù)位輸入。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。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。主要包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。石英晶體選擇 12MHz，選擇不同的石英晶體，其結(jié)果只是機(jī)器周期不同。只要 Vcc 上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，他們都能很好的工作 。 ② 獨(dú)特的單線 接口方式，它與微處理器連接時(shí)僅需一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通信。 ⑥ 可編程分辨率為 912位 ,對(duì)應(yīng)的可分辨率溫度為 ℃ ,℃ ,℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 ④ 供熱、制冷管道熱量計(jì)量、中央空調(diào)分戶熱 量計(jì)量等。 我們首先來(lái)了解 “ 單總線 ” 的概念。單總線實(shí)用與單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。單總線要求外接一個(gè)約為 的上拉電阻。在具體操作時(shí)，通過(guò)讀取每個(gè) DS18B20 內(nèi)部芯片的序列號(hào)來(lái)識(shí)別。讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 中的編碼（即 64位地址）。用于確定掛接在同一總線上的 DS18B20 的個(gè)數(shù)，識(shí)別 64位ROM 地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限芯片才做出響應(yīng)。光刻錄 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，就這樣可以實(shí)現(xiàn)一條總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 ① 44H— 溫度轉(zhuǎn)換。讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。將 RAM 中第 3 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 E178。將 E178。寄生供電時(shí)， DS18B20 發(fā)送 0；外接電源供電時(shí)， DS18B20 發(fā)送 1。第 01 個(gè)字節(jié)是溫度的顯示位；第 2 和第 3 個(gè)字節(jié)是復(fù)制的 TH 和 TL，同時(shí)第 2 和第 3 個(gè)字節(jié)的數(shù)字可以更新；第四個(gè)字節(jié)是配置寄存器，同時(shí)第 4 個(gè)字節(jié)的數(shù)字可以更新；第 5,6,7 三個(gè)字節(jié)是保留的。 LS 字節(jié) 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0 表 214 高速寄存器 32 2 12 02 12? 22? 32? 42? MS 字節(jié) 位 15 位 14 位 13 位 12 位 11 位 10 位 9 位 8 S S S S S 62 52 42 DS18B20 在工廠時(shí)默認(rèn)配置為 12 位，其中最高位為符號(hào)位，即溫度值共 11 位單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一共會(huì)讀兩個(gè)字節(jié)共 16 位，讀完后將低 11 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)后再乘以 便為所測(cè)的實(shí)際溫度值。前 5 位為 0 時(shí)，讀取溫度為正值，且溫度為正值時(shí)，只需要將測(cè)得數(shù)值乘以 即可得到實(shí)際溫度值。 ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 0. ④ 延時(shí) 750us（改時(shí)間范圍可以在 480960us）。但是應(yīng)注意不能無(wú)限的等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)判斷。 ② 延時(shí)確定的時(shí)間為 15us。 ⑥ 重復(fù) ① ⑤ 步驟，直到發(fā)送完整個(gè)字節(jié)。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低到 0。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。二、可以調(diào)節(jié)溫度上下限。 各個(gè)按鍵的功能為： S1：功能鍵（顯示溫度值、報(bào)警上限、報(bào)警下限三態(tài)循環(huán)。由于單片機(jī)的并行口不能驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管 顯示器，必須采用專門的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯 示器才能正常工作。采用單片機(jī) P2 口的低 3位作為 數(shù)碼管 的位碼輸出信號(hào)， P0 口作為段碼輸出信號(hào)。 P0 口接上拉電阻時(shí)應(yīng)注意的幾點(diǎn)： PO 口作為 I/O 口輸出的時(shí)候，輸出低電平位 0，輸出高電平為高阻態(tài)（并非 5V，相當(dāng)于懸空狀態(tài)）。 圖 220 數(shù)碼管顯示電路 八路 NPN 達(dá)林頓 連接晶體管陣系列特別適用于低邏輯電平數(shù)字電路（諸如 TTL, CMOS 或 PMOS/NMOS）和較高的電流 /電壓要求之間的接口，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)用和消費(fèi)類產(chǎn)品中的燈、繼電器、打印錘或其它類似負(fù)載中。Reel| 卷帶 AP:Tube 管裝 不要超過(guò)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電流的 限制 引腳功能： 1 至 8 腳為 8 路輸入， 18 到 11 腳為 8 路輸出。輸入 0 是，輸出達(dá)林頓管截止。對(duì)于 數(shù)碼管 類負(fù)載，由于發(fā)管電流很小，因此上拉電阻的阻值可以用 20K 的，但是對(duì)于管子的集電極為繼電器負(fù)載時(shí)，由于集電極電流大，因此上拉電阻的阻值最好不要大于 ，有時(shí)候甚至用 2K 的。 本設(shè)計(jì)中的外部輸出電路如圖： 單片機(jī)的 和 口控制兩個(gè)光電隔離的輸出口，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平是發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，然后驅(qū)動(dòng)下一個(gè)三極管使之導(dǎo)通，線圈導(dǎo)通后繼電器觸點(diǎn)接通從 而接通通風(fēng)機(jī)或電熱爐。其主要原理是把單相交流電經(jīng) 過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。顧名思義，三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn) 壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。如對(duì)于 78**正壓系列， ① 腳高電位， ② 腳接地，；對(duì)與 79**負(fù)壓系列， ① 腳接地， ② 腳接負(fù)電壓，輸出都是 ③ 腳。該系統(tǒng)程序的編寫才用模塊化程序設(shè)計(jì)，采用模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于： 每個(gè)模塊都可以分配給不同的程序員完成，從而縮短開發(fā)周。 D1T1220uFC5220uFC8C6C778051 2 3～ 220V輸出 5V 直流電壓5V470R3Res2D2VCC電源指示系統(tǒng)程序主要包括以下幾個(gè)部分：主程序（ ）、按鍵掃描（ ）、定時(shí)器 0 中斷子程序。由于本程序采用的是 的精度，小數(shù)部分的值，可以用后四位代表的實(shí)際數(shù)值乘以 ，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾 個(gè)小數(shù)位，所以采取四舍五入，保留一位小數(shù)即可。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖 所示。 初始化 開始 數(shù)據(jù)處理 顯示子程序 鍵盤掃描子程序 ds18b20 是否存在 是 顯示上次數(shù)值 否 溫度是否高于設(shè)置溫度 是 光電耦合器 （ a） 否 （ b） 定時(shí)器中斷 如果顯示溫度 如果顯示報(bào)警上限 如果顯示報(bào)警下限 讀取溫度并轉(zhuǎn)換、 顯示，超 溫報(bào)警 讀取報(bào)警上限并轉(zhuǎn)換、顯示，如果加、減、存、恢復(fù)則作相應(yīng)操作 讀取報(bào)警上限并轉(zhuǎn)換、顯示，如果加、減、存、恢復(fù)則作相應(yīng)操作 掃描數(shù)碼管 中斷返回 參考文獻(xiàn) [1] 《單片機(jī)輕松入門》 周堅(jiān) 編著 北京更空橫田大學(xué)出版社 2021 [2] 《單片機(jī)設(shè)計(jì)案例實(shí)踐教程》 王慶利 袁建敏 主編 北京郵電大學(xué)出版社 2021 [3] 《基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》 沈紅衛(wèi) 著 電子工業(yè)出版社 2021 [4] 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 戴勝華 蔣大明 楊世武 趙俊慧 編著 北京交通出版社 2021 [5] 《單片機(jī)語(yǔ)言 C51 程序設(shè)計(jì)》 趙文博 劉文濤 編著 人民郵電出版社 2021 [6] 《電路設(shè)計(jì)與制版 Protel 99 入門于提高》 高鵬 安濤 寇懷成 編著 人民郵電出版社 2021 附錄 A：本設(shè)計(jì)整體電路圖 附錄 B：程序清單 ENABLE EQU 00H DTSIGN EQU 01H SDSIGN EQU 02H HAVE EQU 03H ； DS18B20 有無(wú) PSHU EQU 04H LED0 EQU LED1 EQU LED2 EQU WR1820 EQU SEG EQU P0 ； 顯示 WARNH0 EQU 31H ； 溫度上限