【正文】 設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計， 實(shí)物制作 等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo) 。 致 謝 四年的本科學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束 ,在本人做畢業(yè)設(shè)計中，得到了我的導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和無私幫助。理論知識還要鞏固加強(qiáng)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我不僅學(xué)會如何將所學(xué)專業(yè)知識運(yùn)用到實(shí)際生活中，還學(xué)會如何克服未知的困難，解決難題的方法。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，我的理論和實(shí)踐水平都有了較大的提高。 本系統(tǒng)沒有增加外部存儲器，設(shè)定溫度不能保存，斷電復(fù)位后必須重新設(shè)置溫度；采用 LCD 液晶顯示方式，顯示界面簡單易操作。完成了課題既定的任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。系統(tǒng)包括 4路數(shù)據(jù)采集模塊、電源系統(tǒng)模塊、單片機(jī)控制模塊、人機(jī)交互液晶顯示模塊、溫度設(shè)置模塊、輸出控制模塊及報警電路七個部分組成。 最終焊接完成的實(shí)物圖如圖 51所示。 2. 元件在焊接時， 應(yīng)注意以下幾個方面： 在元器件焊接之前應(yīng)該先用紗布將電路板打磨一遍，這樣可以將銅箔氧化的部分去除掉，以便于焊 接；在焊接過程中還要注意焊錫的量要得當(dāng)，過多可能造成電路短路，過少有可能造成虛焊；元器件焊完后，給發(fā)熱量大的元器件裝上散熱片，這用有利于散熱增加系統(tǒng)的穩(wěn)定；最后可以在板子的四個角上安裝四個銅柱，一方面可以增加整個結(jié)構(gòu)的美觀，另一方 面 也可以使避免電路板放在導(dǎo)電體上發(fā)生短路的危險。 2) 裝配時，應(yīng)該先安裝那些需要機(jī)械固定元器件，在此裝置中如穩(wěn)壓管、中心芯片插座 。 最后，打孔完成，用砂紙將毛糙磨平，這樣電路圖的繪制與 PCB 板的制作就順利完成了。如果有條件，可以將腐蝕液加熱，再放入電路板，這樣能夠有效的提高腐蝕的速度。不過在剛轉(zhuǎn)印好的時候，首先應(yīng) 檢查是否轉(zhuǎn)印完整，若有斷線、走線空心的問題，必須用油墨筆將斷線補(bǔ)起來，空心的走線填完整。第四，在轉(zhuǎn)印時，注意油紙上的走線圖必須能夠完整的附在覆銅板上，一塊板子最好轉(zhuǎn)印兩次，確保把油墨完全的轉(zhuǎn)印到覆銅板上。 3. 打印與轉(zhuǎn)印 打印時要注意油紙不能折疊，打印的設(shè)置必須準(zhǔn)確，只留下底層的走線和焊盤。 2. 布線 PCB 布線的好壞對系統(tǒng)性能有直接的影響，在高頻電路表現(xiàn)的尤為突出，所以，在進(jìn)行電路布線時還需注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 模擬地和數(shù)字地應(yīng)分開接地，避免數(shù)字信號和模擬信號會相互干擾； （ 2） 每一根走線，能短則短，不要為了盲目追求少跳線而繞遠(yuǎn)路，因?yàn)榫€越短電阻越小，干擾也會越??； （ 3） 電源線和地線盡量從電路板的邊緣走線，且電源線盡量畫的比一般線寬略粗一些； （ 4） 走線在改變方向時應(yīng)該走 45176。 PCB 板制作遇到以下幾個方面。下一步工作就是進(jìn)行實(shí)物制作了，而實(shí)物制作的第一步就是對電路進(jìn)行排版布線；雖然 PROTEL99 SE 軟件有自動布局布線的功能，但是，我還是選擇了手動布線。 圖 45 單片機(jī)控制 LCD1602 顯示數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖 46 所示。 1表示為零度以下，0表示零度以上，實(shí)際有效位為 11位。 return(value)。 delay(6)。 nops()。 nops()。 value = 1。 i++) { DQ=1。 for (i=0。當(dāng)需要讀取下一位時再產(chǎn)生下降沿啟動信號。 delay(1)。 //66us val = 1。 0x01。 nops()。 _nop_()。 i8。程序如 下所示： void write_byte(uint8 val) { uint8 i。 單片機(jī)主動釋 放 60240μ S 1560μ S 480960μS DS18B20 寫時序 單片機(jī)寫 DS18B20 的時序如圖 43所示，當(dāng)主機(jī)總線從高拉至低電平時就產(chǎn)生寫時間隙， DS18B20 在檢測到下降沿后 15μ S 時開始采樣總線上的電平，所以 15μ S之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上， DS18B20 再 15— 60μ S 間對總線采樣，每寫一位總時間必須在 60— 120μ S之間完成。 } DQ=1。 // presence=0繼續(xù)下一步 } delay(45)。 // delay(6)。 delay(50)。 delay(1)。初始化程序如下所示： void DS18b20_reset(void) { bit flag=1。主機(jī)總線發(fā)送復(fù)位脈沖（最短為 480μ S，最高時間為960μ S 的低電平信號），接著再釋放總線（置總線為高電平）并進(jìn)入接收狀態(tài)。 4． 3 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)主程序完成 采集到的溫度數(shù)據(jù)處理及溫度值與設(shè)定值之間的比較等功能，具體軟件實(shí)現(xiàn)流程圖如圖 41所示。 按鍵調(diào)節(jié)功能；要軟件實(shí)現(xiàn) 4 個按鍵的調(diào)節(jié)功能，第一個按鍵 實(shí)現(xiàn)溫度顯示路數(shù)的切換 ；第二個按鍵是溫度上下限的選擇按鍵；第三個按鍵是溫度上升按鈕以 1℃步進(jìn)增加；第四個按鍵是溫度減小鍵，每按下一次以 1℃遞減。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。 軟件主要三個方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。 Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 keil c51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比， C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 按照如上步驟最終完成繪制的 電路圖與 PCB 線路板圖分別如圖 39 與 310 所示。 圖 38 系統(tǒng)按鍵設(shè)置電路 3． 3 系統(tǒng)硬件電路繪制與 PCB 線路板制作 Protel99SE 軟件介紹 本文在硬件電路的設(shè)計過程中，原理圖和 PCB 的繪制采用 Protel99SE 軟件，Protel99SE 是應(yīng)用于 各個 操作系統(tǒng)下的 EDA設(shè)計軟件 ，該軟件以其簡單易操作的優(yōu)勢一直以來備受電子工程師的喜愛，因而也成了很多高校電子相關(guān)專業(yè) EDA工具的必選課程。當(dāng)某一按鍵按下時，相應(yīng)的 I/O 線變?yōu)榈碗娖?，這樣通過鍵盤上的高低電平來檢測有無按鍵被按下，從而讀入相應(yīng)的 數(shù)值。 系統(tǒng)按鍵設(shè)置部分電路分析 按鍵設(shè)置部分采用獨(dú)立式按鍵。其應(yīng)用電路如圖 37 所示。蜂鳴器報警指示電路如圖 36 所示。其與單片機(jī)的連接電路如圖 35 所示 圖 35 液晶顯示接口電路 1腳和 2 腳分別為 LCD1602 地和電源引腳， 3 腳為背光調(diào)節(jié)引腳，通過 1K 電位器接地，背光可通過電位器來調(diào)節(jié)亮度； 4腳、 5腳、 6 腳為液晶片選控制引腳，分別連接到單片機(jī)的 、 、 端口， 7~14 腳為數(shù)據(jù)接口，與單片機(jī)的 P0口相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸， 1 1腳為液晶的背光控制腳，分別接到電源和地 [9] 。 Vcc 接外部 +5V 電源， GND 接地， I/O 與單片機(jī)的 (T2)引腳相連， 同時 I/O口通過 10K上拉電阻接到 +5V。 可編程的分辨率 為 9～ 12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 。 測量溫度范圍為 55℃ 至 +125℃， 華氏相當(dāng)于是 67 到 257 華氏度 ， 10℃ 至 +85℃ 范圍內(nèi)精度為177。 系統(tǒng)溫度采集部分電路分析 溫度采集部分由 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 組成。 在運(yùn)行中，外界干 擾等因素可使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或跑飛。當(dāng) S1 被按下后， 電容 C1迅速放電 ,使 RST 引腳為高電平，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 復(fù)位電路采用上電復(fù)位與按鍵復(fù)位來實(shí)現(xiàn)， S1 為復(fù)位按鍵。對外接電容 C2， C3 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定 性、起振的難易程度及溫度的穩(wěn)定性。 AT89S52 中有一個構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入和輸出端 ，這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器 。本系統(tǒng)單片機(jī)控制模塊電路 由單片機(jī) AT89S52 及晶振電路、復(fù)位電路組成，該部分電路如圖 33所示。 最后綜合了多方面因素的考慮采用了方案二，選擇 LCD1602 顯示器 作為系統(tǒng)的顯示界面 。 具體引腳說明如 表 23所示。 LCD1602 可以 顯示 2行 16 個字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7，和 RS、 R/W、 EN 三個控制端口 。 方案二 LCD 字符液晶顯示 采用 LCD 液晶顯示器顯示，畫面好，抗干擾能力強(qiáng)，可以節(jié)省軟、硬件資源，功耗低，成本也不高 。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“ 8”可分為 1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根 據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM指令，這樣才能對 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。第九個字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表 1 所示。 DS18B20 的管腳排列如圖 32所示。③ 可供使用電壓范圍大： 到 都可以使用，器件的功耗較低 。選用該傳感器的原因有： ①DS18B20 與微處理器僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度 。而隨著高性能和低成本的單片機(jī)的不斷發(fā)展，新式無線溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛，它的功能強(qiáng)大，體積小，重量輕，靈活耐用，備受大家青睞 。如今，數(shù)字技術(shù)高速發(fā)展，早先的溫度控制系 統(tǒng)也被基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品所替代。 AT89S52 單片機(jī)的 40 個引腳中有 2 個專用于主電源引腳， 2 個外接晶振的引腳， 4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 條輸入輸出 I/O 引腳 ?5?。 AT89S52 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖 21所示 。 系統(tǒng)設(shè)計方案硬件實(shí)現(xiàn)框圖 4 路溫度的采集采用數(shù)字型溫度傳感器 DS18B20，采集到的溫度值送單片機(jī)進(jìn)行處理，通過 LCD1602 液晶進(jìn)行顯示；系統(tǒng)電源電路采用寬電壓直流輸入，通過集成三端穩(wěn)壓芯片 LM7805 進(jìn)行穩(wěn)壓后供單片機(jī)及液晶顯示模塊用電；溫度調(diào)節(jié)控制電路通過繼電器控制小風(fēng)扇的方案實(shí)現(xiàn)，使設(shè)計簡單化，既能驗(yàn)證設(shè)計功能又能很好的降低設(shè)計成本。即用單片機(jī)完成人機(jī)界面，系統(tǒng)控制，信號分析處理，由前端溫度傳感器完成信號的采集 。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測量與與控制，操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)試過程復(fù)雜， 設(shè)計 成本較高。 方案二： FPGA/CPLD 或采用帶有 IP內(nèi)核的 FPGA/CPLD 方式。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于速度較快，但可靠性比較差 、控制 精度比較低、靈活性小、線路復(fù)雜、調(diào)試 安裝都不方便。 2． 3 系統(tǒng)設(shè)計 方案 系統(tǒng)設(shè)計方案論證 結(jié)合所學(xué)知識，通過查找資料和論證，可通過以下方案來實(shí)現(xiàn)課題要求實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)，各方案介紹如下所述。 3：溫度超出設(shè)定值，系統(tǒng)應(yīng)具備緊急報警功能，報警模式采用聲光報警，具體實(shí)現(xiàn)采用蜂鳴器與 LED 發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。 具體設(shè)計指標(biāo) 如下 ： 1: 四路溫度采集與顯示，顯示界面采用 LCD1602 液晶，要求同時顯示 4 路溫度值，顯示精度 +/176。 作為控制系統(tǒng)中的一個典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動控制原理、 傳感器原理、 模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識，是對所學(xué) 知識的一次綜合測試。 本課題采用數(shù)字溫度傳感器ＤＳ１８Ｂ２０采集溫度， 51單片機(jī)來對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示并自動控制報警及降溫裝置。 由于現(xiàn)代工藝越來越多的實(shí)現(xiàn)智能控制，以降低日益提高的勞動力成本。 2 概述 2． 1 課題背景與研究意義 隨著科技的發(fā)展及生活水平的提高，人們對環(huán)境參數(shù)的要求也越來越高，溫度做為環(huán)境參數(shù)的一個重要因素，從人們對生活環(huán)境的要求，家用空調(diào)、電冰箱、烤箱等溫度參數(shù)的控制極大的影響著人們的生活環(huán)境，正是有了這些溫度測量及控制設(shè)備，人們的生活水 平才能得到逐步的提高；從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來看，現(xiàn)代溫室大棚、糧倉、工業(yè)恒溫控制箱等對溫度參數(shù)的要求至關(guān)