【正文】 程序流程圖 開始 消隱 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 32 頁 17 溫度控制程序 溫度控制程序用戶設定的溫度和系統(tǒng)當前的狀態(tài)，決定是加熱或是制冷并點亮相應的指示燈。以下是顯示掃描子程序流程圖 發(fā)溫度轉換開始命令 發(fā) DS18B20復位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 結束 圖 14 溫度轉換命令子程序流程圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 32 頁 16 按鍵掃描子程序 按鍵掃描子程序負責逐個掃描功能轉換鍵，加鍵，減鍵是否被按下，當按下時，進入溫度設定狀態(tài)，顯示設定溫度。實際應用中不需要這么高的精度，采用一位數碼管來顯示小數部分，這樣誤差控制在 度范圍內。因為小數部分是半字節(jié)，所以二進制范圍是 0~F，轉換成十進制小數就是 的倍數（ 0~15倍）。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。 溫度數據的計算處理方法 從 DS18B20 讀取的二進制值必須先轉換成 BCD 碼，用 BCD 碼來表示十進制數值，才能用于字符的顯示。 溫度轉換命令子 程序流程圖如圖所示。 溫度轉換命令子程序 溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令。在讀出時需進行 CRC校驗，校驗有錯時不能進行溫度數據的改寫。初始化時，控制器發(fā)出復位脈沖， DS18B20跟在其后發(fā)出存在脈沖。本文中沒運行一次有實時要求的子程序約占用 5ms CPU 時間，運行測溫子程序的時間間隔為 ，那么循環(huán)次數應為 100次 。 主程序 由于 51系列單片機沒有停機指令，所以可以利用主程序設置死循環(huán)反復運行各個任務。主機控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經過 3 個步驟 :初始化、 ROM 操作指令、存儲器操作指令。當單片機輸出低電平，三極管飽和導通，繼電器吸合。 圖 9 蜂鳴器電路 電源電路 本系統(tǒng)采用 +5V統(tǒng)一供電。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 共 32 頁 11 圖 8 時鐘電路 3． 蜂鳴器電路 在系統(tǒng)溫度達到上下限溫度限制是有提醒信號產生可選擇蜂鳴器來實現這一功能。設計中定義 4個有效鍵的功能如表 1所示。每個獨立式鍵盤單獨占用一根 I/O口線，每根線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他線上的工作狀態(tài)，即一個按鍵對應一個端口輸入，每個按鍵都有一個按鍵電路來判斷其是否按下。在單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中 ， 用的最多的是非編碼鍵盤。顯示電路采用 4位共陽 LED 數碼管 ， 從 P0口輸出段碼 ， 列掃描用 P3. 0～ P3. 3來實 現 ， 列驅動用 9012三極管。 各個模塊電路的設計 LED 顯示電路 單片機的并行口不能直接驅動 LED 顯示器 ， 必須采用專用的驅動電路芯片 ， 使之產生足夠大的電流 ， 否則顯示器亮度低并且驅動電路長期在超負荷下運行容易壞。 圖 6 AT89C51 引腳圖 該款芯片的超低功耗和良好的性能價格比使其非常適合嵌入式產品應用。由于所有的設備通過漏極開路端即 DS18B20的 DQ腳連在總線上，所以 無論是內部寄生電源還是外部供電 ， I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電阻。 DS18B20 的 控制方法 在硬件上 ， DS18B20 與單片機的連接有兩種方法 ， 一種是 Vcc 接外部電源 ， GND 接地 ， I/O 與單片機的 I/O 線相連 ； 另一種是用寄生電源供電 ， 此時 UDD、 GND 接地 ， I/O 接單片機 I/O。 圖 4 DS18B20內部結構圖 DS18B20的 性能特點 (1)～ 單電源供電 ； (2)微型化、低功耗、抗干擾能力強、易與微處理器接口 ； (3) 測溫范圍為 55℃ +125℃ ， 測量分辨率為 ℃ ， 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 7 頁 共 32 頁 7 (4)3 引腳 TO － 92 小體積封裝或 8 引腳μ SOP 封裝 ； (5)可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉換精度 ； (6)只需一根端口線就能與微處理器通訊 ； (7)每只 DS18B20 有唯一的序列號并可存入其 ROM 中 ， 便于實現多芯片多點測量 ； (8) 采用單總線專用技術 ， 既可通過串行口線 ， 也可通過其它 I/O 口線與微機接 口 ， 無須經過其它變換電路 ， 直接輸出被測溫度值 ； (9)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。ROM 作用是使每一個 DS18B20 都各不相同 ， 這樣就可實現一根總線上掛接多個。 ROM中的 64 位序列號是出廠前被光記好的 ， 它可 以看作是該 DS18B20 的地址序列碼 ，每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。后者用于存儲 TH， TL 值 ， 數據先寫入 R A M ，經校驗后再傳給 E 2P R O M 。非易失性溫度報警觸發(fā)器 T H 和 T L ， 可通過軟件寫入用戶報警上下限。 圖 3 DS18B20測溫原理圖 表 1 溫度數據關系 表 2 DS18B20溫度與表示值對應表 DS18B20 內部結構 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 共 32 頁 6 DS18B20 內部由 64 位閃速 ROM、觸發(fā)器 T H 和 T L 、高速暫存存儲器、配置寄存器和 8 位 C R C 發(fā)生器等組成。表 2 是對應的一部分溫度值。在默認的配置中 ， DS18B20 的測溫分辨率為 ℃ ， 以 12 位有效數據表示 ， 其中 ，高位的 S 表示符號位 ， 其數據格式如表 1 所示。初態(tài)時 ，計數器 1 和溫度寄存器被預置在與 55 ℃相對應的一個基值上。 圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用來向計數器 1提供固定頻率的脈沖信號。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1 ， 2 字節(jié)。 DS18B20的測溫原理 DS18B20 測溫原理如圖 3 所示。 ● GND：電源地。本設計使用的封裝形式如圖 2所示 ， 采用寄生電源接線方式。 DS18B20 的另一特點是在沒有外部電源下操作的能力 ， 電源由 總線為高電平時 DQ 腳上的上拉電阻提供 (寄生供電模式 ) ， 此時 VDD腳接地。利用 Dallas 的單總線控制協(xié)議 ， 和單線控制信號在總線上來實現數據的讀寫。 系統(tǒng)總體方案介紹 硬件電路由如下部分組成 ， 即鍵盤輸入電路、單片機最小系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路、LED 顯示驅動電路、 4位 LED 顯示器 、 溫度檢測電路 及溫度控制電路 。當溫度超過允許溫度時，聲音警報響。 （ 4） 在測溫模式下 ， 實時比較當前溫度與設定溫度 ， 當高于設定溫度 1度時 ， 系 統(tǒng)綠燈亮 ，并接通繼電器 1進行制冷。 系統(tǒng)實現的功能如下： （ 1）測溫檢測范圍在 55~125℃ ，誤差在 ℃ 以內 （ 2） 在測溫模式下 ， 實時測出當前溫度并 用 4位數碼管顯示當前溫度 。 設計任務與要求 本文 將 DS18B20 與其它溫度傳感器如溫敏電阻、 AD590 進行比較 ,介紹了 DS18B20 的基本特性。進入測溫模式后 ， DS18B20可編程溫度傳感器將所測的溫度值直接轉換成數字量 ， 通過其獨有的單總線協(xié)議 ， 實現與單片機的數據傳輸 ， 完成數據采集。智能溫度傳感器 DS18B20 將溫度傳感器、A/D 傳感器、寄存器、接口電路集成在一個芯片中 ， 代替模擬溫度傳感器和信號處理電路 ，直接與單片機溝通 ， 完成溫度采集和數據處理，具有直接數字化輸出、測試及控制功能強、傳輸距離遠、抗干擾能力強、微型化微功耗、便于多點測量且易于擴展的特點。改變了傳統(tǒng)溫度測試方法 ， 能在現場采集溫度數據 ， 并直接將溫度物理量變換為數字信號并以總線方式傳送到計算機進行數據處理 ， 測溫度范圍為 55～ + 125℃。 在眾多應用于溫室環(huán)境監(jiān)測的 元件中 ， 溫敏電阻雖然成本低 ， 但后續(xù)電路復雜 ， 且需進行溫度標定 ； 電流型集成溫度傳感器 AD590也因其輸出為模擬信 號 ， 且輸出信號較弱故需后續(xù)放大及 A/ D 轉換電路 ， 若采用普通運放則精度難以保證 ， 而測量放大器價格偏高 ， 這就使系統(tǒng)的成本升高；目前 ， 國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式 ， 從集成化向智能化、網絡化的方向飛速發(fā)展。本文介紹了 采用數字式溫度傳感器作為溫度采集單元和 用 單片機來對它們進行控制 ， 并用 DS18B20 和 AT89C51 單片機為核心開發(fā)研制了一種自動溫度測控系統(tǒng) ，該系統(tǒng)具有控制方便、簡單、靈活、實用性強、測量精度高、可靠性高等特點。本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 共 32 頁 1 智能溫度檢測控制系統(tǒng)的設計 作者： xxx 指導老師： xxx 摘要 : 在日常生活及工農業(yè)生產中，人們經常要用到溫度的檢測及控制 ， 而目前推廣應用的許多溫度控制系統(tǒng)多采用電阻式溫度傳感器 ， 測量精度低 ， 需要 A/D 轉換和比較多的外部硬件支持， 電路復雜 ， 離散性大 ， 溫度反應緩慢。 而新型數字式智能溫度傳感器 DS18B20 可以直接讀出被測溫度值，反應速度快，也可以設定溫度上下限，還可以根據實際溫度控制外部電路，進行溫度補償等。 關鍵詞： 數字溫度傳感器 智能 溫度控制 單片機 1 引言 溫度是一種最基本的環(huán)境參數 ， 人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關 ， 在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度 ， 在農業(yè)生產中也離不開溫度的測量 ， 因此研究溫度的測量方法和裝置關鍵是溫度傳感器。自美國 DALLAS公司生產單總線、數字式溫度傳感器系列 (如 DS16 DS18 DS18B20) 以來 ， 相繼被廣泛應用于計算機與自動化測控領域。本系統(tǒng)采用美國DALLAS 公司的產品可編程單總線數字式溫度傳感器 DS18B20 實現溫室內溫度信號的采集 ， 進而實現溫室內的溫度監(jiān)測及進行溫度補償。它可應用于各種領域、各種環(huán)境的自動化測試和控制系統(tǒng) ， 使用方便靈活 ， 測試精度高 ， 優(yōu)于 任何傳統(tǒng)的溫度數字化、自動化測控設備，還可以讓我們可以構建適合自己的經濟的溫控系統(tǒng) 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 32 頁 2 2 系統(tǒng)設計分析 通過預先對 DS18B20可編程溫度傳感器的編程 ， 完成轉換位數 ， 精度 ， 高、低溫報警觸發(fā)器 TH、 TL 的溫度設置。再結合軟件及相應外圍電路進行實時溫度監(jiān)控。由于 DS18B20 具有直接輸出數字信號、單總線接口、成本低等優(yōu)點，將其應用在由AT89C51及各種環(huán)境因子檢測傳感器構成的溫室環(huán)境監(jiān)測中作為測溫探頭 ,給出了相應的硬件接口電路、軟件流程及主要程序代碼 。 （ 3）用戶可以通過按鍵設置允許最高溫度 125℃ 、允許最低溫度 55℃ 。當低于設定溫度 1度時，系統(tǒng)紅燈亮，并接通繼電器 2進行加熱。 由于實際條件有限，制冷和加熱設備作為外圍電路在本設計中不予制作。硬件電路框圖見如圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 32 頁 3 圖