【導(dǎo)讀】及時(shí)準(zhǔn)確地獲取溫度信息，并完成對(duì)溫度的預(yù)期控制。單片機(jī)在檢測(cè)和控制系統(tǒng)中得到。廣泛的應(yīng)用，溫度則是系統(tǒng)需要測(cè)量、控制和保持的一個(gè)量。與研究一直備受廣大科研工作者的重視。編寫(xiě)程序結(jié)合硬件進(jìn)。另外，本系統(tǒng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵誤差、加熱過(guò)沖的調(diào)整，以提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)選取了體積小、精度相對(duì)高的數(shù)字式溫度傳感。元件DS18B20作為溫度采集器，單片機(jī)AT89C51作為主控芯片，數(shù)碼管作為顯示輸出，和程序圖作了簡(jiǎn)潔的描述。此次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)主要是由中央控制器、溫度檢測(cè)器、顯示器等模塊組成。溫度檢測(cè)部分采用DS18B20溫度傳感器，用LED數(shù)碼管做顯示器。數(shù)據(jù)送LED顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制的目的。

　　

【正文】 18B20 又忙于做時(shí)間轉(zhuǎn)換的話(huà)， DS18B20 將在總線(xiàn)上輸出 “0”，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出 “ 1” 。如果使用寄生電源，總線(xiàn)控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動(dòng)強(qiáng)上拉，并保持 500ms。 Recall E2（重新調(diào)整 E2） [B8H] 這條命令把貯存在 E2 中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至?xí)捍娲鎯?chǔ)器 。這種重新調(diào)出的操作在對(duì) DS18B20 上電時(shí)也自動(dòng)發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲(chǔ)器內(nèi)就有了有效的數(shù)據(jù)。在這條命令發(fā)出之后，對(duì)于所發(fā)出的第一個(gè)讀數(shù)據(jù)時(shí)間片，器件會(huì)輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識(shí)： “ 0” =忙， “ 1” =準(zhǔn)備就緒。 Read Power Supply（讀電源） [B4H] 對(duì)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(shí)間片，器件都會(huì)給出其電源方式的信號(hào)： “ 0” =寄生電源供電， “ 1” =外部電源供電。 ④ 處理數(shù)據(jù) DS18B20 的高速暫存存儲(chǔ)器由 9 個(gè)字節(jié)組成，其分配如表 32 所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn) 換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器 的第 0 和第 1 個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線(xiàn)接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 32 DS18B20 暫存器字節(jié)分配 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表 示 符號(hào)位（ 5 位） 數(shù)據(jù)位（ 11 位） +125 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 07D0H + 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0191H + 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 00A2H + 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0008H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 FFF8H 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 FF5EH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 FE6FH 55 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 FC90H 上表是 DS18B20 溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ) 在 DS18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于或等于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。 溫度轉(zhuǎn)換計(jì)算方法舉例： 例如當(dāng) DS18B20 采集到 +125℃ 的實(shí)際溫度后，輸出為 07D0H，則： 實(shí)際溫度 =07D0H╳ =2021╳ =℃ 。 例如當(dāng) DS18B20 采集到 55℃ 的實(shí)際溫度后，輸出為 FC90H，則應(yīng)先將 11位數(shù)據(jù) 位取反加 1 得 370H（符號(hào)位不變，也不作為計(jì)算），則： 實(shí)際溫度 =370H╳ =880╳ =℃ 。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)的講述了以 80C51 為核心元件的 恒溫箱 的硬件電路具體設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了具體電路的工作原理。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)溫度控制的是通過(guò)編寫(xiě)程序的方法集成在 80C51 內(nèi)部。接著將程序下載到硬件電路中，配合周邊的溫度采集電路，時(shí)鐘電路，溫度控制電路，顯示電路等，制作出符合設(shè)計(jì)要求的 恒溫箱 。 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) 20 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件任務(wù)分析 軟 件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合 進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來(lái)了。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等；另一類(lèi)是監(jiān)控軟件，它是專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類(lèi)軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和 接口定義（輸入輸出定義）。在對(duì)各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類(lèi)型問(wèn)題也一并規(guī)劃好。 各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以設(shè)計(jì)監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤(pán)設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對(duì)來(lái)講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問(wèn)題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長(zhǎng)就比較難一樣。 軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類(lèi)程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延時(shí)幾十毫秒甚至幾 百毫秒也沒(méi)關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤(pán)解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 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。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 主程序流程圖如圖 41 所示： 開(kāi) 始初 始 化設(shè) 定 溫 度溫 度 采 集 計(jì) 算顯 示 溫 度溫 度 顯 示 切 換結(jié) 束溫 度 比 較 處 理 圖 41 主程序流程圖 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) 22 溫度設(shè)定子程序流程圖如圖 42 所示： 顯 示 溫 度溫 度 加 ？為 0 ℃ ？溫 度 減 1 ℃跳 到 9 9 ℃為 9 9 ℃ ？溫 度 加 1 ℃ 跳 到 0 ℃退 出返 回YYYYYNNNN溫 度 減 ？N 圖 42 溫度設(shè)定子程序流程圖 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 溫度采集計(jì)算子程序如圖 43 所示： 9 字 節(jié) 完 ？移 入 溫 度 暫 存 器將 溫 度 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 化 攝氏 溫 度 并 存 儲(chǔ)返 回D S 1 8 B 2 0 初 始 化發(fā) 跳 過(guò) R O M 命 令寫(xiě) D S 1 8 B 2 0發(fā) 出 溫 度 轉(zhuǎn) 換開(kāi) 始 命 令持 續(xù) 1 s ， 等 待A D 轉(zhuǎn) 換讀 溫 度 前D S 1 8 B 2 0 初 始 化發(fā) 跳 過(guò) R O M 命 令發(fā) 讀 取 溫 度 命令讀 取 溫 度 操 作YN 圖 43 溫度采集計(jì)算子程序流程圖 溫度比較處理子程序流程圖如圖 44 所示 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) 24 圖 44 溫度比較處理子程序 流程圖 溫度顯示子程序如圖 45 所示 ： 圖 45 溫度顯示子程序 讀取實(shí)時(shí)溫度值 實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度相等嗎？ 實(shí)時(shí)溫度比設(shè)定值大？ 開(kāi)啟制冷 開(kāi)啟 加熱 N 返回 N Y Y 選通十位地址，送顯示字符 延時(shí)約 12ms 選通個(gè)位地址，送顯示字符 延時(shí)約 12ms 返回 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 根據(jù)這些流程圖編寫(xiě)出的最終源程序見(jiàn)附錄 D 本章小結(jié) 本章是 恒溫箱 的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) 恒溫箱 的主要功能 是 通過(guò)編寫(xiě)程序的方法集成在 80C51 內(nèi)部。將程序下載到硬件 電路中，實(shí)現(xiàn) 溫控 功能。 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) 26 結(jié)論與展望 三個(gè) 多 月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，我深刻感受到 專(zhuān)業(yè) 知識(shí)的缺乏，同時(shí)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也感受到自身知識(shí)的進(jìn)步，特別是在單片機(jī)控制系統(tǒng)方面。 設(shè)計(jì)是以 80C51 單片機(jī)為核心進(jìn)行 的， 數(shù)據(jù)采樣模塊采用可直接輸出 數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，使系統(tǒng)的軟、硬件都簡(jiǎn)化了很多；采用 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊 作為為系統(tǒng)的降溫 部分，大大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路。通過(guò)對(duì) 風(fēng)機(jī)的控制 可實(shí)現(xiàn) 糧庫(kù) 溫度的自動(dòng)控制。由于 采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集溫度，所以，詳細(xì)介紹了 DS18B20 的運(yùn)用；軟件設(shè)計(jì)方面 采用匯編語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)的軟件編程，為了便于編寫(xiě)、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。 鑒于溫度控制的發(fā)展趨勢(shì)，在以后的實(shí)踐中對(duì)系統(tǒng)還要做進(jìn)一步的改進(jìn)： 硬件方面，采用 DSP, ARM 或者利用第一章提到的片上系統(tǒng) SOC 對(duì)系統(tǒng)的硬 件進(jìn)行重新設(shè)計(jì) ， 軟件方面，摒棄傳統(tǒng)的前后臺(tái)系統(tǒng)軟件編程模式，改用基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)；控制算法方面，嘗試采用現(xiàn)在得到快速發(fā)展的智能控制方法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊 PID 控制等等。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 致 謝 本課題是在 代廣珍 導(dǎo)師 的 悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、到修改定稿都沒(méi)有離開(kāi) 代 老師的無(wú)私幫助， 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，本人在 代 老師的指引下學(xué)到了許多知識(shí)，這些是在平時(shí)的學(xué)習(xí)中得不到的知識(shí)， 他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí) 和悉心的指導(dǎo)使我 受 益非淺。 在此，向 代 老師表 以崇高的敬意和由衷的感謝 ！ 還要感謝各位評(píng)閱老師，經(jīng)過(guò)你們的認(rèn)真評(píng)閱和指正，將會(huì)使我的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更加完善。在此，我向你們致以最誠(chéng)摯的謝意！ 安徽工程 大學(xué)電氣工程學(xué)院 的老師們 ， 在平時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)和勤懇的教育，讓我在平時(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，才能順利完成本次設(shè)計(jì)， 可以說(shuō)沒(méi)有你們的教誨和指導(dǎo)，我們也不會(huì)取得今天的成績(jī)。我想對(duì)他們說(shuō)一聲：感謝你們的教導(dǎo)和關(guān)心，您們辛苦了！ 本次課程設(shè)計(jì)的完成還離不開(kāi)我身邊同學(xué)和一些老師的幫忙，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面同學(xué)給了我很大的幫助，因?yàn)槠陂g我一直在外實(shí)習(xí)工作，許多事都要麻煩在校的老師 和同學(xué)幫忙，在此，向他們表示感謝！ 鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。 作者 ： 2021 年 6 月 16 日 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) [1] 何立民 . 單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ， [2] 胡漢才 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 1999 [3]歐陽(yáng)文 .ATMEL89 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