【正文】 數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時便停止。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。開漏單總線接口引腳。 高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器 2 提供一個頻率隨溫度變 化的計數(shù)脈沖。下面將詳細介紹它的參數(shù)和用法。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 38 DS18B20 表 31 DS18B20 引腳功能描述 DS18B20 在電路中的連接 1wire 總線支持一主多從式結(jié)構(gòu) ， 當一 方完成數(shù)據(jù)通信需要釋放總線時，只需將總線置高點平即可；若需要獲得總線進行通信時則要監(jiān)視總線是否空閑，若空閑，則置低電平獲得總線控制權(quán)。這些信號中，除了應(yīng)答脈沖，其他均由主機發(fā)起，并且所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的地位在前。 所有的單線器件都要遵循嚴格的協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。由于只有一根線通信，所以它們必須是嚴格的主從結(jié)構(gòu)，只有主機呼叫從機時，從機才能應(yīng)答，主機訪問每個單線器件必須嚴格遵循單線命令序列，即遵守上述 3 個步驟的順序。單線通常要外接一個約 5KΩ 的上拉電阻，這樣，當該線閑置時，其狀態(tài)為高電平。主機可以是微控制器，從機可以是單線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。該技術(shù)與上述總線 不同，它采用單根信號線，即可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單線技術(shù)具有線路簡單、硬件開銷少、成本低廉、便于擴展的優(yōu)點。這兩種總線需要至少兩根或兩根以上的信號線。 （ 9）告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。 （ 7）支持多點組網(wǎng)功能，通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的線上，簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)用，實現(xiàn)多點測溫。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 （ 5）通過編程可實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 4）測溫范圍為 55 ～ +125 ℃ 。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件。 每片 DS18B20 在出廠時都設(shè)有唯一的產(chǎn)品序列號，因此多個 DS18B20 可以掛接于同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度傳感器，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從微處理器到 DS18B20 僅需連接一條信號線和地線。目前已被眾多行業(yè)進行廣泛的運用（鍋爐、溫控表糧庫、冷庫、工業(yè)現(xiàn)場溫度監(jiān)控、儀器儀表溫度監(jiān)控、農(nóng)業(yè)大棚溫度監(jiān)控等）。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同， DS18B20 可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機處理 ， 具有連線簡單、微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、精度高等特點。同時，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。 按鍵電路如圖 36 所示。 如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時子程序便可直接插入讀鍵過程中。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷哪個鍵按下了。在控制電路中，如果按鍵數(shù)不多 時 可以使用一個按鍵對應(yīng)一條輸入位線控制，即獨立式按鍵。一般在按鍵較多時，采用軟件的方法消除抖動，即在第一次檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一段延時12~15ms 的子程序后，再確認該鍵電平是否任保持為閉合狀態(tài)電平，如果保持為閉合狀態(tài)電平就可以確認真有按鍵按下，從而消除抖動的影響。按鍵的確認反映在電壓上，就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。按鍵抖動波形如圖 35 所示。 開關(guān)鍵盤設(shè)計 按鍵開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當按下鍵帽時，按鍵內(nèi)的復(fù)位彈簧片被壓縮，動片觸電與靜片觸電相連，鍵盤的兩個引腳被接通；松手后，復(fù)位彈簧將動片彈開，使動片與靜片脫離接觸，鍵盤的兩個引腳被斷開。 特征應(yīng)用 ： 微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常 用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 15腳背光正極， 16腳背光負極。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 第 5腳： RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，電平 (0)時進行寫操作。 圖 33 LCD 顯示屏引腳圖 1602采用標準的 16腳接口，其中： 第 1腳： GND 為 電源地 ； 第 2腳： VCC 接 5V 電源正極 ； 第 3腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16x2，即可以顯示兩行，每行 16個字符液晶模塊 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 （顯示字符和數(shù)字）。（ 16列 2行） 1602液晶也叫 1602字符型 液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣 型液晶模塊。以下將對顯示電路的各個部件及整體設(shè)計做詳細的介紹。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)掃描的特點是顯示穩(wěn)定程度沒有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點是占用端口資源少。 單片機工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期，其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，時鐘信號頻率常用 fosc 表示。電路中兩個電容 C C4 的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。 溫度采集 輸出控制 聲光報警 按鍵控制 溫度顯示 微控制器 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 32 時鐘電路 一般選用石英晶體振蕩器。調(diào)節(jié)好后 系統(tǒng)會將采集來的實時溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進行比較，如果實時溫度比設(shè)定溫度高就關(guān)閉加熱設(shè)備，如果實時溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示 。初始溫度設(shè)置好后，單片機開啟輸出控制模塊，使 燈泡 開始加熱，同時將從數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 測量到的溫度值實時的顯示出來，當加熱到設(shè)定溫度值時，單片機控制聲光報警模塊，發(fā)出聲光報警，同時 發(fā)出信號 關(guān)閉 燈泡 。恒溫箱控制器的總體布局如圖 31 所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 系統(tǒng)功能介紹 根據(jù)恒溫箱控制器的功能要求，并結(jié)合對 51 系列單片機的資源分析，即單片機軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。如果有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端：有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。只要在硬件電 路設(shè)計初期考慮到這一點，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留有足夠的 RAM 空間。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 626 62256 等。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機，本設(shè)計采用 80C51 單片機。因為很少有一錘定音的電路設(shè)計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工 。 （ 2）留有設(shè)計余地。只要技術(shù)準備充分，硬件設(shè)計的大量返工是比較少的，軟件設(shè)計的任務(wù)是貫徹始終的，到中后期基本上都是軟件設(shè)計任務(wù)，隨著集成電路計 數(shù) 器 的飛速發(fā)展，各種功能很強的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計的工作量在整個項目中所占的比重逐漸下降，為使硬件電路設(shè)計盡可能合理，應(yīng)注意以下幾個方面： （ 1） 盡可能采用功能強的芯片，以簡化電路 。在說明工作原理的過程中，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實現(xiàn)溫度采集和溫度控制等功能。 總而言之，本課題利用 89C51 單片機及外圍接口實現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計了恒溫箱，該恒溫箱提高了系統(tǒng)的可靠性，簡化了電路結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，是一個實用的設(shè)計工程。 （ 5）實時溫度顯示。 （ 4）設(shè)定溫度顯示。將存儲的實時攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。單片機通過與溫度傳感器進行通信， 獲取實時溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的形式存儲起來。調(diào)節(jié)預(yù)期的溫度，如果想加一攝氏度就按下 “加 ”鍵，如果想減一攝氏度就按一下 “減 ”鍵，溫度 LCD 顯示屏上會顯示改變后的溫度，調(diào)整范圍為 0~125℃ 。根據(jù)系統(tǒng)具體指標要求，可以對每一個具體部分進行分析設(shè)計。這樣既可以簡化硬件電路，又可以節(jié)省大量的 I/O 口線，為功能擴展留下空間。 方案二：采用串行口驅(qū)動、靜態(tài)顯示，利用單片機的串行口輸出數(shù)據(jù)，顯示多位數(shù)碼，可節(jié)省大量的 I/O 口，但每個數(shù)碼管必須有一個驅(qū)動芯片，且每位段碼須接一個限流電阻，所須元件多，硬件電路比較復(fù)雜。 綜合以上四種方案，本設(shè)計采用第四種方案，利用數(shù)字溫度計 DS18B20 作為溫度傳感器。并且 DS18B20 支持一主多從 。但其測量的值需要經(jīng)過運算放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換再傳給單片機，硬件電路較復(fù)雜，調(diào)試也會相對困難，所以本系統(tǒng)不宜采用此法。 方案三：采用模擬溫度傳感器 AD590K， AD590K 具有較高精度和重復(fù)性（重復(fù)性優(yōu)于 ℃ ），其良好的非線性可以保證優(yōu)于 177。鉑熱電阻與溫度關(guān)系是， Rt = R0(1+At+Bt*t) 。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，且此元件線性較好。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 方案選擇 溫度傳感器選擇 方案一：采用熱敏電阻，可 滿足 40～ 90℃ 的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性都比較差，其測量溫度范圍相對較小，穩(wěn)定性較差，不能滿足本系統(tǒng)溫度控制的范圍要求。 （ 3）將設(shè)定的預(yù)期溫度和實時溫度能顯示出來。 系統(tǒng)需求分析 （ 1）在使用中可以將采集來的溫度數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)換為我們熟悉的攝氏溫度。 （ 3）控制溫度傳感器實現(xiàn)溫度信息采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計。顯然，本文中的核心器件是單片機和溫度傳感器，單片機采用常用的 51 單片機即可，而溫度傳感器的選擇則需慎重。 整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩部分。因此一個較完善的控制器應(yīng)具有以下功能： 溫度的測量與顯示；溫度設(shè)定功能；對燈泡的控制功能；安全措施等。在溫度控制器中應(yīng)用單片機，具有設(shè)計簡單、可靠性高、 控制精度高， 功能易擴展， 有較強的通用性 等優(yōu)點。溫度傳感器的作用是將溫度信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出，如果轉(zhuǎn)換后的電流或電壓輸出是模擬信號，那么還必須進行 A/D轉(zhuǎn)換，以滿足單片機接口的需要。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 2 章 系統(tǒng)概述 單片機已經(jīng)在測控中獲得了廣泛的應(yīng)用，它除了可以測量電信號以外，還可以用于溫度、濕度等非電信號的測量，能獨立 工作的單片機溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域。 第四章 ：恒溫箱的軟件設(shè)計。 第三章 ：恒溫箱的硬件電路設(shè)計。 第二章 ：恒溫箱的 概述 。 本文結(jié)構(gòu)安排 第一章 ：緒論。近年來，溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制 單片測溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電阻，部分產(chǎn)品溫度設(shè)定和電熱絲開關(guān)通過觸摸鍵和液晶顯示屏實現(xiàn)人機交互界面，電熱絲開關(guān)切換自動完成，運算放大電路和開關(guān)電路實現(xiàn)雙位調(diào)節(jié)。顯示 一般有數(shù)碼管和液晶顯示。所以單片機深入了各個領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。到了 1982 年后到 1990 年， 8 位的單片機得到鞏固發(fā)展，以及 16 位單片機推出。單片機是一種集成電路的芯片。現(xiàn)在工業(yè)需要高精度的電器也越來越多。 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器有 8 位， 12， 14，16， 24 位等。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 這樣可控制的溫度范圍有所加大，溫度控制的精度也逐步提高。在德國西 門子發(fā)明了鉑電阻，后在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。溫度檢測系統(tǒng)一般使用溫度傳感器。恒溫箱的控制系統(tǒng)從開始的由人工調(diào)節(jié)達到需要的溫度及控制，到現(xiàn)在發(fā)展到采用單片機的自動控制其溫度。恒溫箱不管是在生活上，還是在工業(yè)上都有著巨大的經(jīng)濟效益。箱內(nèi)溫度可保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，當設(shè)置的溫度低于實時溫度時，單片機送出加熱信號；當設(shè)置的溫度高于實時溫度時，單片機送出停止信號。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性 ， 更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進行多范 圍的溫度檢測。 課題內(nèi)容 本設(shè)計 采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，其內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。利用微機對溫度進行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。因而，對溫度的測控方法多種多樣。 課題意義 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。溫度控制器主要實現(xiàn)對恒溫箱溫度的控制，并 滿足不同用戶的個性需求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片微處理器功能日益增強，價格低廉，在各方面得到廣泛應(yīng)用。常規(guī)方法測量溫度誤差大、準確度低、測量滯后的時間長。 市場上