【正文】 安徽工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 致 謝 本課題是在 代廣珍 導師 的 悉心指導下完成的，從論文的選題、系統(tǒng)設(shè)計、到修改定稿都沒有離開 代 老師的無私幫助， 通過本次設(shè)計，本人在 代 老師的指引下學到了許多知識，這些是在平時的學習中得不到的知識， 他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識 和悉心的指導使我 受 益非淺。 程序流程圖 在本程序中包括了以下主要的程序，主程序，溫度設(shè)定子程序，溫度讀取及轉(zhuǎn)換子程序，顯示溫度子程序，比較溫度子程序，顯示切換子程序。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以設(shè)計監(jiān)控程序了。在設(shè)計過程中，實現(xiàn)溫度控制的是通過編寫程序的方法集成在 80C51 內(nèi)部。 Read Power Supply（讀電源） [B4H] 對于在此命令發(fā)送至 DS18B20 之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時間片，器件都會給出其電源方式的信號： “ 0” =寄生電源供電， “ 1” =外部電源供電。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后 立即起動強上拉并最少保持 10ms。 ③ 存儲器操作命令 Write Scratchpad（寫暫存存儲器） [4EH] 這個命令向 DS18B20 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個從 片同時發(fā)送數(shù)據(jù)，會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會產(chǎn)生線與的效果）。這些命令列表如下： Read ROM(讀 ROM)[33H] 此命令允許總線主機讀 DS18B20 的 8 位產(chǎn)品系列編碼，唯一的 48 位序列號，以及 8 位的 CRC。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。在計數(shù)器 2 停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器 1 中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與 ℃ 進行比較，若低于 ℃ ，溫度寄存器的最低位就置 0；若高于 ℃ ，最低位就置 1；若高于 ℃ 時，溫 度寄存器的最低位就進位然后置 0。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器 1 提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。獨立式按鍵可以用單穩(wěn)態(tài)鎖存器消除抖動。 安徽工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 理 想 按 鍵 電 壓 波 形按 下 釋 放實 際 按 鍵 電 壓 波 形前 沿抖 動后 沿抖 動穩(wěn) 定 閉 合 圖 37 按鍵抖動電壓波形 按鍵開關(guān)輸入需要解決的兩個主要問題是判斷是否有按鍵按下和消除按鍵抖動的影響。在輪流點亮掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間是極為短暫的（約 1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度劉楊：基于單片機的智能恒溫箱的設(shè)計 14 足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感 。 本次設(shè)計所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖 34 所示，外部有 10 個引腳，其中 1 和 6 引腳連通，作為公共端接地。軟件復位實際上就是當程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 C C2 的典型值為 30pF。兩個數(shù)碼管分別接單片機的 ， 口。如果有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端：有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 80C51 單片機。在說明系統(tǒng)流程時，結(jié)合本設(shè)計的內(nèi)容，指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義。 。如果想調(diào)節(jié)預期的溫度，先閉合“溫度設(shè)定”開關(guān)，進入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時會顯示設(shè)定的溫度值，如果想加一攝氏度就按下“加 1℃”鍵，如果想減一攝氏度就按一下“減 1℃”鍵，溫度 LED 顯示器上會顯示改變后的溫度 ，調(diào)整范圍為 0~99℃。 系統(tǒng)需求分析 。 圖 21 系統(tǒng)主要功能模 塊方框圖 本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計的智能 恒溫箱 ，在生活中有廣泛的應用，系統(tǒng)上電后默認設(shè)定的恒溫溫度為 20℃ ，使用時可以自行調(diào)節(jié)預期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為 0~99℃ 。詳細描述了本課題各個組成電路單元的設(shè)計。在顯示電路上通常顯示的是實時的溫度，即傳感器采 集來的溫度，如果想要顯示人們設(shè)定的預期溫度可以按顯示切換鍵，這時 顯示器上就會顯示預期溫 度，幾秒鐘后跳回，顯示實時溫度。 智能恒溫箱主要是用來控制溫度，他為農(nóng)業(yè)研究、生物技術(shù)、測試提供所需的各種環(huán)境模擬條件，因此可廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無菌試驗、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性能、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測試。同時，它也不斷地完善和發(fā)展。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。另外，本系統(tǒng)通過軟件實現(xiàn)對按鍵誤差、加熱過沖的調(diào)整，以提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。因此，對溫度系統(tǒng)的設(shè)計與研究一直備受廣大科研工作者的重視。溫度傳感器 DS18B20 采集溫度信號送給單片機，單片機對信號進行相應處理，并把溫度數(shù)據(jù)送 LED 顯示，從而實現(xiàn)對溫度控制的目的。由于它具有體積小、功能強、性價比高等特點，所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化。 今年來，國內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計智能 恒溫箱 ，系統(tǒng)上電后默認設(shè)定的恒溫溫度為 20℃ ，使用時可以自行調(diào)節(jié)預期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為 0~99℃ 。 第二章 ： 智能 恒溫箱 的 概述 。 劉楊：基于單片機的智能恒溫箱的設(shè)計 4 第 2章 智能 恒溫箱 的系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的主要功能 本系統(tǒng)是借用單片機采用模塊化設(shè)計的智能 恒溫箱 ，包括溫度設(shè)定按鈕，溫度顯示，溫度調(diào)節(jié)，實時溫度顯示和預定溫度顯示轉(zhuǎn)換按鈕，溫度采集等（根據(jù)需要也可另設(shè)或者多設(shè)相關(guān)功能）。而顯示預期溫度的時候，表示顯示的是預期溫度的發(fā)光二極管點亮。 智能 恒溫箱 的工作流程 智能 恒溫箱 的基本工作原理：在使用 恒溫箱 時，系統(tǒng)會將從溫度傳感器采集來的溫度轉(zhuǎn)化為攝氏度的形式，與事先設(shè)定的預期溫度進行比對，然后根據(jù)比對的結(jié)果采取相應的措施（加熱，或制冷）來不斷地接近以至于達到預期的溫度。 。 總而言之，本課題利用 80C51 單片機及外圍接口實現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計了恒溫箱 ，該 恒溫箱 提高了系統(tǒng)的可靠性，簡化了電路結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本 ， 是一個實用的工程設(shè)計。在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改擴展 的方便。隨著軟件 設(shè)計水平提高，往往只要改變或者增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可 以使 系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。如果“ HEAT”燈點亮表示加熱器在工作；如果“ COOL”燈點亮 表示制冷器在工作。 圖 32 外部振蕩電路 一般選用石英晶體振蕩器。由于單片機是高電平復位，所以上電復位時，接通電源即 可，當上電后，由于電容C1 開始緩緩充電，則圖中電路由 5V電源到電容到電阻 R1 和地之間形成一個通路，由于在 R1 上產(chǎn)生電壓降，則單片機的 RST 腳上為高電平，經(jīng)過一段時間后安徽工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 電容的電充滿，此時 C1 處可視為斷路，單片機 RST 腳處電壓逐漸降為 0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機完成上電復位，程序從 0000H 開始執(zhí)行。 七段 LED 數(shù)碼管的原理 LED 數(shù)碼管顯示器由 8 個發(fā)光二極管中的 7 個長條發(fā)光二極管（稱七筆段）按 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 順序組成“ 8”字形，另一個點形的發(fā)光二極管放在右下方，用來顯示小數(shù)點。 表 31 七段顯示譯碼器的真值表及段碼表 字 符 h g f e d c b a 字段碼 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 共陽字碼段 C0H 共陰字碼段 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 共陽字碼段 F9H 共陰字碼段 06H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 共陽字碼段 A4H 共陰字碼段 5BH 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 共陽字碼段 B0H 共陰字碼段 4FH 4 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 共陽字碼段 99H 共陰字碼段 66H 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 共陽字碼段 92H 共陰字碼段 6DH 6 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 共陽字碼段 82H 共陰字碼段 7DH 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 共陽字碼段 F8H 共陰字碼段 07H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 共陽字碼段 80H 共陰字碼段 7FH 安徽工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 9 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 共陽字碼段 90H 共陰字碼段 6FH A 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 共陽字碼段 88H 共陰字碼段 77H B 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 共陽字碼段 83H 共陰字碼段 7CH C 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 共陽字碼段 C6H 共陰字碼段 39H D 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 共陽字碼段 A1H 共陰字碼段 5EH E 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 共陽字碼段 86H 共陰字碼段 79H F 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 共陽字碼段 8EH 共陰字碼段 71H 顯示電路整體設(shè)計 顯示電路如圖 35 所示： 圖 35 顯示電路 圖中 RP1 為電阻盒，相當于 8 個獨立的電阻的一端 接在一起并接電源，另外一端分別接出引線，在顯示電路中作為上拉電阻。 按鍵開關(guān) 按鍵開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當按下鍵帽時，按鍵內(nèi)的復位彈簧片被壓縮，動片觸電與靜片觸電相連，鍵盤的兩個引腳被接通；松手后，復位彈簧將動片彈開，使動片與靜片脫離接觸，鍵盤的兩個引腳被斷開。 在控制電路中，如果按鍵數(shù)不多是可以使用一個按鍵對應一條輸入位線控制，即獨立式按鍵。如圖 39 所示為溫度指示燈電路。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。存在脈沖讓總線控制器知道 DS1820 在 總線上且已準備好操作。所有與 64 位 ROM 序列不符的從片將等待復位脈沖。告警的條件定義為溫度高于 TH 或低于 TL。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復位命令來中止讀取。