【正文】 溫度測量系統(tǒng)（ J） .微計算機信息，2021,1— 2： 146— 148 [12]傅承義，陳運泰，祁貫中 .地球物理學基礎(chǔ) .北京：科學出版社， 1985,447 出版日期： 2021 年 Ⅰ (論文 )應(yīng)完成的主要內(nèi)容 （一）主要研究內(nèi)容： （ 1）、 提出符合設(shè)計要求的溫度控制系統(tǒng)方案，并闡述了其工作原理。 （二）重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路： 解決的主要問題是溫度自動控制問題，使得在一定的區(qū)間內(nèi)，在自動控制系統(tǒng)的控制下，溫度始終在人們要求的范圍之內(nèi)。因此， 溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真 己成為 很有必要研究 的課題。 在溫度控制中，由于受到溫度被控對象特性（如慣性大，滯后大，非線性等）的影響，使得控制性能難以提高，有些工藝過程其溫度控制的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。利用單片機采集環(huán)境溫度值，以 數(shù)字量的形式存儲和顯示，可以獨立作為一種設(shè)備對溫室溫度進行有一定精度的控制，經(jīng)過簡單的運算發(fā)出各種控制命令，并能動態(tài)的顯示當前溫度值，設(shè)定目標控制溫度值。 Ⅱ 三、閱讀的主要參考文獻及資料名稱 [1] 曹巧媛主編 .單片機原理及應(yīng)用（第二 版） .北京：電子工業(yè)出版社 .2021 [2] 全國大學生電子設(shè)計競賽組委會編 .第五屆全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編（ 2021），京：北京理工大學出版社， 2021 [3] 何力民編 .單片機高級教程 .北京：北京航空大學出版社， 2021 [4] 金發(fā)慶等編 .傳感器技術(shù)與應(yīng)用 .北京機械工業(yè)出版社， 2021 [5] 王錦標，方崇智 .過程計算機控制 .北京：清華大學出版社， 1997； 36~40 [6] 邵慧鶴 .工業(yè)過程高級控制 .上海：上海交通大學出版社， 1997； 58— 62,78— 101 [7] 胡壽松 .自動控制原理 .北京：國防工業(yè)出版社， 2021； 103— 124 [8] 劉伯春 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單片機的一種溫度測量及報警電路 ,該電路采用DS18B20 作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍 0℃ ～ +100℃，使用 LED 模塊顯示，能設(shè)置溫度報警上下限。Temperatur measurement； DS18B20。 測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： ①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 ②模擬集成溫度傳感器 ③智能集成溫度傳感器。該設(shè)計控制器使用 AT89C511單片機，測溫傳感器使用 DALLAS公司 DS18B20，用 液晶來 實現(xiàn)溫度顯示。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。單片機具有集成度高 ，通用性好， 功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。 單片機也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。目前，高端的 32 位單片機主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有10 美元。 2. 培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻資料的自學能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。 主要工作如下： 1. 溫度測試基本范圍 0℃ — 100℃。 5. 實現(xiàn)報警提示。包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等 組成。 基于 AT89C51 家庭溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 第 4頁 （共 33頁） 2 智能溫度控制系統(tǒng)的概述 單片機的基本結(jié)構(gòu)及介紹 單片機要自動完成計算，它應(yīng)該具有哪些最重要的部分呢？ 我們以打算盤為例計算一道算術(shù)題。我們把要計算的問題記錄下來，然后第一步先算 163 156，把它與 36 相加的結(jié)果記在紙上，然后計算 166247。此外，還需要有能代替人作用的控制器，它能根據(jù)事先給定的命令發(fā)出各種控制信號，使整個計算過程能一步步地進行。 或者，當運算器得到最后結(jié)果時，再將此結(jié)果輸出，而中間結(jié)果不能隨便“溜出”單片機。這樣要由外部設(shè)備通過“口”進入單片機，再存放在存貯器中，在運算處理過程中，數(shù)據(jù)從存貯器讀入運算器進行運算，運算的中間結(jié)果要存入存貯器中，或最后由運算器經(jīng)“出入口”輸出。 存貯器又分為只讀存貯器和讀寫存貯器兩種，前者存放調(diào)試好的固定程序和常智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 5頁（共 33頁） 數(shù)，后者存放一些隨時有可能變動的數(shù)據(jù)。單片機除了進行運算外，還要完成控制功能。另外，還有所謂的“中斷系統(tǒng)”，這個系統(tǒng)有“傳達室”的作用，當單片機控制對象的參數(shù)到達某個需要加以干預(yù)的狀態(tài)時，就可經(jīng)此“傳達室”通報給 CPU，使 CPU 根據(jù)外部事態(tài)的輕重緩急來采取適當?shù)膽?yīng)付措施。 AT89C51 的基本結(jié)構(gòu) 和工作原理 AT89C51 單片機的主要工作特性： 具有 2個 16 位可編程定時器； 振蕩器和時鐘電路 數(shù)據(jù)存儲器 128 字節(jié) 程序存儲器 14KB CPU 兩個 16 位定時器 計數(shù)器 中斷 控制 總線擴展控制器 并行可編程 I/O 口 可編程 串行口 內(nèi)部總線 外部中斷 擴展控制 P0 P1 P2 P3 RXD TXD B 寄存 AC 暫存器 2 暫存器 1 PSW ALU 片內(nèi) ROM 地址寄存器 PC增量器 程序計數(shù)器 指令寄存器 指令譯碼器 定時及 控制 PSEN ALE EA RST 智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 7頁（共 33頁） (1)運算器 運算器主要用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運算和位操作。 暫存器 1和暫存器 2 是 ALU 的兩個輸入，用于暫存參與運算的數(shù)據(jù)。單片機與片外 RAM 或 I/O 擴展口進行數(shù)據(jù)交換必須通過 ACC來進行。AT89C51 單片機中， PC是一個 16 位的計數(shù)器，可對 64KB 程 序存儲器進行尋址。 AT89C51 的工作原理： AT89C51 的封裝形式有 PDIP,TQFP,PLCC 等，現(xiàn)以 PDIP 為例。在編程時， P0 口可用于接收指令代碼字節(jié)；程序校驗時，可輸出指令字節(jié)。 用作輸入時，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1。 當使用外存儲器或外擴 I/O 口時， P2 口輸出高 8 位地址。 P3口可作為普通 I/O 口。 （ 2）控制信號線 EA/VPP—— 外部程序存儲器訪問允許信號 EA. 當 EA信號接地時，對 ROM的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為 0000HFFFFH。 ALE/PROG—— 低字節(jié)鎖存信號 ， ALE 的下降沿將 P0 口輸出的低 8位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。使用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。 AT89C51 的存儲器將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，并有各自的存儲空間和訪問指令。單片機的 可擦除 只讀存 儲器可 以反復(fù) 擦除 1000 次。 3 247。 主要技指標和特性 數(shù)據(jù) 保留時 間： 10 年 3 2 可編 程 I/O 線 低功 耗的閑 置和掉 電模式 當 P0口的管腳 第一次 寫 1 時 ，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， 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 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流 。當振 蕩器復(fù) 位器件 時，要 保持 RST 腳兩 個機器 周期的 高電平 時間。因此它可用作 對外 部輸出的脈沖或 用于定時目 的。另外 ，該引腳被略微拉高 。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)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。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。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測溫原理 DS18B20 的主要特征 ： （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電； （ 2）獨特的單線接口方式， DS18B20 在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； （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫； （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)； （ 5）溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時精度為177。 圖 1 ds18b20引腳分布圖 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。在上電復(fù)位時其值將被刷新。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3位 EEPROM，并在 RAM智能溫度控制系統(tǒng)的概述 第 14頁 （共 33頁） 都存在鏡像，以方便用戶操作。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲器操作指令分別是寫 RAM 數(shù)據(jù)、讀 RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴格遵循 18B20 的讀寫時序來操作。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。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(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1的預(yù)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)值即為所測溫度。 4. 測溫范圍為 55~+125,℃在 10~85℃℃范圍內(nèi)誤差為177。 7. 報警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預(yù)定值。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的 48位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 。 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃形式表達