基于單片機(jī)溫室溫度控制系統(tǒng)研究(編輯修改稿)
2024-12-16 02:50 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀寫作準(zhǔn)備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位ROM 地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備 跳過(guò) ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。 告警搜索 命 令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng) 溫度變換 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為 500MS，結(jié)果存入內(nèi)部 9字節(jié) RAM 中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3， 4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48H 將 E2PRAM 中第 3， 4 字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAM 中 重調(diào) E2PRAM 0BBH 將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 3， 4字節(jié) 讀 供 電 方 式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時(shí) DS18B20 發(fā) 送“ 0”，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“ 1” 數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，減法 計(jì)數(shù)器 1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)， 停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖 8中的斜率累加器用 于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是DS18B20 的測(cè)溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功 能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重 要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖 ）→發(fā) ROM功能命令 → 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 溫室 溫度控制系統(tǒng) 10 圖 9 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置 DS18B20 的測(cè)溫流程 圖 10 DS18B20測(cè)溫流程 4 單片機(jī)接口 設(shè)計(jì) 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， 2腳作為信號(hào)線， 3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 11 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。 本設(shè)計(jì) 采用電源供電方式， 口接單線總線為保證在有效的DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管和 89S51 的 來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10 μs 。采用寄生電源供電方式是 VDD和 GND 端均接地。由于單 線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三 狀態(tài) 的。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。 初始化 DS18B20 跳過(guò) ROM 匹配 溫度變換 延時(shí) 1S 跳過(guò) ROM 匹配 讀暫存器 轉(zhuǎn)換成顯示碼 數(shù)碼管顯示 減法計(jì)數(shù)器 斜坡累加器 減到 0 減法計(jì)數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計(jì)數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到 0 單片機(jī)接口設(shè) 計(jì) 11 圖 11 DS18B20與單片機(jī)的接口電路 5 系統(tǒng)整體 設(shè)計(jì) 主板電路 設(shè)計(jì) (如附錄 2) 單片機(jī)的 接 DS18B20 的 2 號(hào)引腳， P0 口送數(shù) P2 口掃描， 、 控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。 各部分 電路 (1) 顯示電路 顯示電路 采用了 7段共陰數(shù)碼 管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫。 圖 12 顯示電路圖 單 片 機(jī) 18B20 VCC GND 溫室 溫度控制系統(tǒng) 12 (2) 單片機(jī)電路 圖 13單片機(jī)電路引腳圖 (3) AT89SISP 下載口電路 圖 14 下載口電路引腳圖 此電路 連 接單片機(jī)。 (4) DS18B20 溫度傳感器 電路 圖 15 溫度傳感器電路引腳圖 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 13 (5) 繼電器電路 圖中 引腳控制加熱器繼電器 ， 引腳控制電風(fēng)扇繼電器。給 . 低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來(lái)開始工作；同樣給 低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來(lái)開始工作。 圖 16 繼電器電路 圖 (6) 晶振控制電路 圖 17 晶振控制 電路圖 (7) 復(fù)位電路 圖 18復(fù)位電路 圖 溫室 溫度控制系統(tǒng) 14 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì)的整體思想 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與 S51 系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的 51 匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。 高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言 。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問(wèn)題。 MCS— 51 指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且 MCS— 51 指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是 MCS— 51 指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控 制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。 本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、 復(fù)位應(yīng)答 子程序、 寫入 子程序、以及有關(guān) DS18B20 的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序）等。 主程序的功能是：?jiǎn)?dòng) DS18B20 測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，若測(cè)得溫度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，置 為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置 為高電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令 。當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，則置 為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置
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