【正文】 能夠根據(jù)傳感器的實(shí)際測(cè)量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定生產(chǎn)環(huán)境溫度的控制過程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的加熱和通風(fēng)冷卻等動(dòng)作。目前我國絕大部分工業(yè)生產(chǎn)都采用這種控制方式。溫度傳感與溫度控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著越來越先進(jìn)，功能越來越完備的方廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 向發(fā)展。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息 并進(jìn)行指示、記錄和控制。電子計(jì)算機(jī)根據(jù)程序表確認(rèn)生產(chǎn)環(huán)環(huán)境溫度參數(shù)，并給終端控制系統(tǒng)指令；終端控制設(shè)備向中央控制裝置輸送檢測(cè)信息，根據(jù)中央控制裝置的指令輸出控制信號(hào)，使電器機(jī)械設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在世界各國的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。 目的是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的溫度傳感與溫度控制進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)單片機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)的溫度傳感與溫度控制技術(shù)的方法 。不僅如此，檢測(cè)還涉及國計(jì)民生各個(gè)部門，可以說在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無時(shí)不在進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)代化的檢測(cè)手段能達(dá)到 的精度、靈敏度及測(cè)量范圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。 主要解決以下內(nèi)容： 1．對(duì) 8 處不同的測(cè)試點(diǎn)巡回檢測(cè)其溫度，進(jìn)行集中管理，集中控制。 3．采用 遙控器 來控制，可以進(jìn)行位置溫度的顯示選擇 和高低溫報(bào)警溫度的設(shè)置 。 5．系統(tǒng) 有較強(qiáng)的抗干擾性能。 2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的溫度傳感與溫度過程控制的硬件設(shè)計(jì)。 度 系統(tǒng)功能 〈一〉 對(duì)工農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)不同點(diǎn)巡回測(cè)溫并且顯示，如溫控箱、蔬菜大棚等 〈二〉遙控器功能：遙控器遠(yuǎn)程設(shè)定報(bào)警溫度，選擇測(cè)量的實(shí)時(shí)溫度顯示 〈三 〉 報(bào)警功能：上下限溫度可任意設(shè)定。 系統(tǒng)組成及工作原理 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成如圖 21所示。另外，本設(shè)計(jì)還可以把溫度在共 陽 數(shù)碼管上顯示出來，通過電路板上面的按鍵也可以進(jìn)行 手動(dòng)溫度的 控制。系統(tǒng)工作時(shí)單片機(jī)發(fā)送指令給溫度傳感器，溫度傳感器傳送采樣溫度到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)采樣溫度進(jìn)行濾波后，送 到共陽數(shù)碼管中顯示出傳感器的 溫度 ， 并與設(shè)定的目標(biāo)溫度比較，然后由單片機(jī)發(fā)送溫度處理命令，如果采樣溫度越限，則進(jìn)行 聲光 報(bào)警。采用紅外發(fā)射接收 TC9012011 進(jìn)行遙控。這種方案是單片機(jī)處理非電量信號(hào)的典型方法 ； 現(xiàn)代廣泛采用的智能設(shè)計(jì)方案：采用數(shù)字傳感器和單片機(jī)結(jié)合使用， 用先進(jìn)的數(shù)字式溫度傳感器，將采集到的數(shù)字式信號(hào)直接送入單片機(jī)進(jìn)行處理。硬件電路 的設(shè)計(jì)也更加簡(jiǎn)便 ，有較好的線性關(guān)系和較強(qiáng)的抗干擾能力。 方案的確定 設(shè)計(jì)選擇方案 2，方案 2的優(yōu)點(diǎn)如下： 第一 種方案由于 硬件復(fù)雜、線性度不高 ，不適用于智能溫度傳感器的設(shè)計(jì) ，我們將采 用第二種方案，而且第二種方案 所采用的電子器件技術(shù)比較先進(jìn)可靠 實(shí)現(xiàn)起來非常容易。 方案 2 用到的元件如下： 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 STC89C52RC 單片機(jī) ，數(shù)據(jù)傳輸串口電平轉(zhuǎn)換芯片 ， 四位共 陽 數(shù)碼管， 蜂鳴器 ， 數(shù)字 溫度傳感器。 ℃； 三、設(shè)計(jì)采用的共陽數(shù)碼管來顯示傳感器的溫度； 四 、設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓電源供電。 圖 31 系統(tǒng) 硬件框圖 單元電路的設(shè)計(jì)分為以下 6個(gè)部分 : 溫度傳感模塊； 單片機(jī)控制模塊； 遙控器模塊； 單片機(jī) 溫 度 傳感器 遙控器 LED 顯示 發(fā)光二極管及蜂鳴器報(bào)警 串口通信 ~ P0、 P2 P1 、 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 LED 顯示模塊； 二極管及蜂鳴器報(bào)警模塊； MAX232 傳輸模塊 整個(gè)溫度傳感與溫度過程控制的接線圖如附錄 五 所示。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 技術(shù)性能描述 1. 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 3． 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8 個(gè)，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫 4． 工作電源 : 3~5V/DC 5． 在使用中不需要任何外圍元件 6． 測(cè)量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 7． 不銹鋼保護(hù)管直徑 Φ6 8． 適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫 9． 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, , G1/2”任選 10 .PVC 電纜直接出線或德式球型 接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 3. 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 C 至 +125 ℃ 。 F 到 257 華氏度 10 176。 C 范圍內(nèi)精度為 177。 C 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位溫度轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字格式最大值為 750毫秒用戶可定義的非 易失性溫度報(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng) 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計(jì)提供 9 至 12 位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。 DS18B20是美國 DALLAS公司生產(chǎn)的新型單總線數(shù)字溫度傳感器，如圖 3所示。并且以串行通信的方式與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。信號(hào)傳輸采用兩芯 (或三芯 )電纜成的單總線結(jié)構(gòu)。微控制器通過對(duì)器件的尋址，就可以讀取某一個(gè)傳感器的溫度值，從而簡(jiǎn)化了信號(hào)采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn) DS18B20是實(shí)現(xiàn)單總線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33所示。 圖 33 DS18B20內(nèi) 部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器由 ROM、 RAM和 E2ROM組成。由于 64位 ROM 碼具有唯一性，在使用時(shí)作為該器件的地址，通過讀 ROM命令可以將它讀出來。其中字節(jié) 0、 1存儲(chǔ)當(dāng)前溫度，字節(jié) 3存儲(chǔ)上、下限報(bào)警溫度 TH和 TL，字節(jié) 4是配置寄存器，字節(jié) 8是 RAM前 64位的 CRC校驗(yàn)碼。數(shù)據(jù)先寫人 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給 E2ROM。 DS18B20的溫度測(cè)量范圍是一 55℃ ～ +125℃ ，分辨率的默認(rèn)值 12位。 當(dāng) 主機(jī)發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 (44H)時(shí)，便啟動(dòng)了溫度轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長 750mS。通過寫暫存器功能命令，改變分辨率的設(shè)置。電源檢測(cè)電路用于判定供電方式。因此掌握 DS18B20的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖；寫“ 0”、寫“ 1”時(shí)隙；讀“ 0”、和讀“ 1”時(shí)隙。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時(shí)，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。在每一個(gè)時(shí)隙總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。所有的寫時(shí)隙必須在 120p． s內(nèi)完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要 1us的恢復(fù)時(shí)間。 DS18B20的 存儲(chǔ)特性 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器由 ROM、 RAM和 E2ROM組成，如表 。由于 64位 ROM 碼具有唯一性，在使用時(shí)作為該器件的地址，通過讀 ROM命令可以將它讀出來。其中字節(jié) 0、 1存儲(chǔ)當(dāng)前溫度，字節(jié) 3存儲(chǔ)上、下限報(bào)警 溫度 TH和 TL，字節(jié) 4是配置寄存器，字節(jié) 8是 RAM前 64位的 CRC校驗(yàn)碼。數(shù)據(jù)先寫人 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給 E2ROM。 表 32 溫度存儲(chǔ)格式與配置寄存器控制字格 溫度傳感模塊連接圖 圖 34溫度傳感模塊連接圖 單片機(jī) 控制模塊 單片機(jī)控制模塊的核心是 AT89S51芯片， 單片機(jī) AT89S51給執(zhí)行器模塊輸 出高、低電平實(shí)現(xiàn)溫度 控制，并且，可以把傳感器的采樣溫度值顯示在 數(shù)碼管上 。 單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基 本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱 為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。 今后單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，將是進(jìn)一步向多功能、高性能 、 低電壓、低功耗、低價(jià)格、存儲(chǔ)容量擴(kuò)大和增強(qiáng) I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容等方面發(fā)展。 單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000次。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器。 AT89S51功能特性描述 AT89S51的引腳有 40個(gè)引腳， 與 MCS51 兼容 ， 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 可進(jìn)行1000寫 /擦循環(huán) ， 數(shù)據(jù) 可 保留 10年 ， 全靜態(tài)工作 頻率 0Hz24Hz， 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ， 128 Bytes位內(nèi)部 RAM， 32個(gè)雙向輸入 可編程 I/O口， 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù) ， 5個(gè)中斷源 ，以及 可編程串行通道 ， 低功耗的閑置和掉電模式 ， 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ?？臻e模式下，CPU停止 工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 性能如下： 為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ ROM）為 4KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 128B 外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制 5 個(gè)中斷向量源 2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器 1 個(gè)全多工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令 AT89S51的管腳如圖 35所示。 ： 電源地端 ： 單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。 ： AT89S51 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器空間。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時(shí)，可以利用此引腳來輸入 21V的燒錄高壓（ Vpp）。 AT89S51可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0 的地址總線（ A0～A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)?AT89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特 殊功能來使用。 AT89S51可以利用 PSEN及 RD引腳分別啟用存在外部的 RAM與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。其他三個(gè) I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)作 I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8 個(gè) LS 的TTL 負(fù)載。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口 0 送出的地址鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2 所送出的 A8～ A15合成一個(gè)完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲(chǔ)器空間 （ ～ ）： 端口 2 是具有內(nèi)部提升電路 的雙向 I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LS 的 TTL負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。 （ ～ ）： 端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 表 33 P1口的引腳第二功能說明 （ ～ ）： 端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖 器可以推動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。外部程序存?chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64K尋址。對(duì)于 89S51，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2020HFFFFH。高 64字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。當(dāng)一條指令訪