【正文】 。 進行溫度測量時，通過注入開水和涼水的方法，改變罐內水的溫度，觀察并記錄單片機 LCD 顯示值和水銀溫度計示值。 將兩個 DS18B20 溫度傳感器連接到單片機的相應接口上。本實驗的目的在于驗證 AT89S51 單片機與 DS18B20 溫度傳感器測量溫度的可行性。 實驗儀器準備及實驗內容 實驗儀器的準備 實驗中在距地面 1 米高，距后墻 8 米，距西山墻 5 米處布置了 1 號測點，在距地面 米，距后墻 3 米，距西山墻 20 米處布置了 2 號測點，還在實驗中在距地面 1 米高，距后墻 8 米，距西山墻 45 米處布置了 3 號測點，然后啟動本系統(tǒng)進行同期檢測。密閉大棚上風側溫度往往高于下風側，這是因為在外部風壓作用下，棚內中上層空氣沿風向移動，導致近地面被加熱的空氣逆風向移動到上風向，從而帶來棚內溫度空間分布的不均勻性?？傮w而言，熱空氣上浮，冷空氣下降，因此大棚氣溫上部高于下部，在保溫條件下，室內垂直方向的溫差可達 4~6 攝氏度。大棚骨架為新型超強無支柱大棚骨架，具有高強度、大跨度、無支 柱、自重輕、土地利用率高、采光及保溫性能好、建造成本低等特點。大棚后墻和山墻均采用了復合保溫墻體。[15]顯 示程序 流程圖如圖 47 所示： 安徽工程大學畢業(yè)設計 23 判 斷 是 否 需 更 新 數(shù) 據更 新 數(shù) 據讀 取 溫 度刷 新 時 間 數(shù) 據溫 度 值 處 理 并 顯 示開 始結 束 圖 47 溫度 顯示 子 程序流程圖 童昊：基于單片機的溫度采集與控制系統(tǒng)的設計 24 第 5 章 系統(tǒng)的 實驗應用 實驗對象及其特點 本系統(tǒng)實驗地點選用位于蕪湖市長江大橋附近的閑置蔬菜大棚為實驗對象。是從單片機中 40H，41H 中的數(shù)據送到 LED數(shù)碼管上。復位要求主 CPU 將數(shù)據線下拉 4800~540ns，然后釋放 ， DS18B20 收到信號后等待 16~60ns 左右，后發(fā)出 60~240ns 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復位成功。溫度轉換命令子程序流程圖如圖 45 所示 ： 開 始發(fā) D S 1 8 B 2 0復 位 命 令發(fā) 跳 過 R O M 命 令發(fā) 溫 度 轉 換 開 始 命 令結 束 圖 45 溫度轉換流程圖 多點測溫程序流程圖 根據 DS18B20 的通信協(xié)議 ， 必須嚴格按照命令順序才能對 DS18B20 進行預定的操作，如果出現(xiàn)序列混亂，則 DS18B20 不會響應單片機。在采用 12 位轉換精度時，溫度寄存器里的值是以 為步進的，即溫度值為溫度寄存器里的二進制值乘以 ，就是實際的十進制溫度值。因為 DS18B20 的轉換精度為 912 位可選的，為了提高精度采用12 位。溫度測量每 1s 進行一次 。溫度值低 8 位和溫度值高 8 位經運算處理后轉換為十進制的溫度值數(shù)據 。DS18B20 在完成溫度轉換接收到讀取溫度命令后，方可從 RAM 中讀取溫度值。 [13] 閾值設置子程序流程圖 閾值設置由 HIGH()和 LOW（ ）決定設置上限還是下限，當 為低電位即 =0 時，進入溫度閾值上限設置模式，下限設置同理。本系統(tǒng)軟件 實現(xiàn) 正是基于這種思想編制的。前臺也可以叫做中斷級。中斷服務程序處理異步事件，這部分可以看成是前臺行為 (foreground)。 結合上述編制系統(tǒng)軟件的基本要求 ,首先討論軟件的設計思想。 為了滿足系統(tǒng)的要求 ， 編制軟件時一般要符合以下基本要求 ： (l)在軟件的設計方法中 ， 結構化設計是最好的一種設計方法 ， 這種設計方 法是由整體到局部 ， 然后再由局部到細節(jié) ， 先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能 ， 確定整體目標 ， 然后把這個目標分成一個個的任務 ， 任務中可以分成若干個子任務 ， 這樣逐層細分 ， 逐個實現(xiàn) ； (2)實時性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求 ， 即要求系統(tǒng)及時響應外部事件的發(fā)生 ， 并及時給出處理結果。 [11] 童昊：基于單片機的溫度采集與控制系統(tǒng)的設計 16 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設計 在測控系統(tǒng)中 ， 軟件與硬件同樣重要。該產品具有低噪音、風量大且柔和低電耗，效率高，重量輕，安裝使用方便等特點，是較好的通風設備。 電 加熱器 其特點如下 : 采用自動控制、升溫速度快、熱效率高、使用壽命長 ； 內部發(fā)熱元件與外殼之間帶有特別隔離裝置以及過熱保護 ； 不消耗氧氣，無煙，無味，無濕氣，低噪聲 ； 熱轉化率高，達到 99%左右 ； 整機噪音小，運轉平衡，安裝維修方便 。加熱設備可由用戶根據經濟情況、 測控空間選用合適的類型。 所謂“過零”是指 ， 當加入控制信號 ， 交流電壓過零時 ， SSR 即為通態(tài) ；而當斷開控制信號后 ， SSR要等待交流電的正半周與負半周的交界點 (零電位 )時 ，SSR才為斷態(tài) ， 這種設計能防止高次諧波的干擾和對電網的污染。工作時只要在輸入端加上一定的控制信號 ， 就可以控制輸出兩端之間的通和斷 ， 實現(xiàn)開關的功能 ， 其中耦合電路的安徽工程大學畢業(yè)設計 15 功能是為輸入端輸入的控制信號提供一個輸入 /輸出端之間的通道 ,但又在電氣上斷開SSR 中輸入端和輸出端之間的 (電 )聯(lián)系 ， 以防止輸出端對輸入端的影響 ， 耦合電路用的元件是“光耦合器” ， 它動作靈敏、響應速度高、輸入 /輸出端間的絕緣 (耐壓 )等級高；由于輸入端的負載是發(fā)光二極管 ， 這使 SSR 的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配 ， 在使用時可直接與計算機輸出接口相接 ， 即受“ 1”與“ 0”的邏輯電平控制。 固態(tài)繼電器簡介 光電耦合器驅動固態(tài)繼電器 (SSRSolid State Relay)主要完成電熱 負載的調功輸出控制 ，它 是一種新穎的四端以弱控強的無觸點功率控制元件 ， 其特點是輸入控制電壓低(3V～ 14V)， 驅動電流小 (3mA～ 15mA)， 輸出與輸入采用光電隔離 ， 使強電與弱電完全隔離 ， 輸出無觸點、無噪聲 、 開關速度快 ， 具有防塵、耐濕、耐振、壽命長等優(yōu)點。這樣就可以用一只蜂鳴器作為三極管 VT1 的集電極負載，當 VT1 導通時，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；VT1 截止時，蜂鳴器不發(fā)聲。 如果要想發(fā)出更大聲音，可以采用功率 大的揚聲器作為發(fā)音器，這時要采用相應的功率驅動器。 [9] 聲光報警 指示 電路 聲光報警器 （又叫聲光警號）是一種用在危險場所 ，是為了滿足客戶對報警響度和童昊：基于單片機的溫度采集與控制系統(tǒng)的設計 14 安裝位置的特殊要求而設置 ， 通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號的一種報警信號裝置。 指示模塊是通過多個發(fā)光二極管分別顯示各自測控 點的溫度是否超警實現(xiàn)的。 由于自激蜂鳴器是直流電壓驅動的，不需要利用交流信號進行驅動，只需對驅動口輸出驅動電平并通過三極管放大驅動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音 。 在 接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過 電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 總線 ，而且功耗更低。 動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路 ， 位元選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選 通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 口 多，如驅動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5 8=40 根 I/O 口 來驅動，要知道 一個 89C51 單片機可用的 I/O 口 才 32 個。 [8] 靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。 led數(shù)碼管根 據 LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED的這些特性， 對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的 。 LED數(shù)碼管是由 多個發(fā)光二極管封裝在一起組成 “ 8” 字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。直接按下 INC或 DEC鍵可切換 LED中溫度顯示的區(qū)域。如果要對下限溫度進行設定，先 短 按 LOW一秒 調用溫度下限設定子程序， 接著 通過 INC和 DEC兩個按鍵進行 設定值 加一 和 減一，如達 到要求值則 長 按 LOW鍵 3秒 確定，從而來完成對下限溫度值的設定。系統(tǒng)采用鍵盤式控制方式 。由于單線制只有 一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。 DS18B20 與單片機的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。其輸出 用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述過程 。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定，每次測量前，首先將 溫度 所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，減法計數(shù) 器 1 和溫度寄存器被預置在 溫度 所對應的一個基數(shù)值。 DS18B20 的測溫原理如圖 34 所示 ， 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生的信號作為減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯變，所以產生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。若 T＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。 當符號位 S=0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S=1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。轉換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。 [7] 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1 第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據，從而保證通信數(shù)據的正確性。 DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據轉換時間越長。該字節(jié)各位的定義如表 31 所示。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。高速暫存 RAM 的結構為 8 字節(jié)的存儲器，結構如圖 33 所示。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。 最小系統(tǒng) 由時鐘電路、復位開關和電源部分組成。單片機的復位方式可由手動復位方式完成。 單片機的 RST 管腳為主機提供了一個外部復位信號輸入口。 [6] 單片機最小系統(tǒng) 單片機工作的時間基準是由時鐘電路提供的，在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 兩個管腳接一只晶振及兩只電容就構成了單片機的時鐘電路，電路中電容器 C1 和 C2 對振蕩器頻率有微調作用，通常?。?30177。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 童昊：基于單片機的溫度采集與控制系統(tǒng)的設計 8 EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口， 如 表 31 所示： 表 31 P3 口的特殊功能 口 表 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） RXD（串行輸入口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） WR