【正文】 .................................................. 26 系統(tǒng)硬件功能調(diào)試 ................................................... 27 功能調(diào)試 1 ............................................... 27 功能調(diào)試 2 ............................................... 28 功能調(diào)試 3 ............................................... 28 功能調(diào)試 4 ............................................... 29 功能調(diào)試 5 ............................................... 30 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果分析 ................................................... 31 結(jié)論 ................................................................ 32 致謝 ................................................................ 33 目 錄 III 參考文獻 ............................................................ 34 附錄 ................................................................ 35 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 選題 的背景 溫度，是人類社會環(huán)境中極其重要的一個 因素。 自從歐洲工業(yè)革命開始，工業(yè)發(fā)展的興衰與掌握溫度 的程度 休戚相關(guān)。 我國人口眾多，人們生活水平隨著社會經(jīng)濟發(fā)展也在不斷的提高，逐漸不在滿足于溫飽，也開始注重其品質(zhì)生活 ，講究綠色生活，對肉類的需求有一個 減少的趨勢。因此，對于家畜家禽的養(yǎng)殖供應(yīng) 的持續(xù)性就提出了很高的要求。溫度受控的雞舍就是一個符合小雞孵化的人工控制的環(huán)境 ， 能夠減輕外部環(huán)境的約束，使孵化工作脫離對于 自然條件的依賴。 隨著養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃發(fā)展，自動化控制的雞舍不斷應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，雞舍的溫度控制系統(tǒng)就變成了十分貼近生活的課題。這些人工操作，消耗了許多的人力財力。 今天，單片機作為最小系統(tǒng) ， 服務(wù)與運用于我們的生活工作環(huán)境中 ，在工業(yè)控制、通信處理、民生家用、武器控制等各個領(lǐng)域中大顯身手。此外，單片機功能強、體積小、可靠性高，正逐 漸成為測控領(lǐng)域的明星元器件。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外溫度控制系統(tǒng) 從上個世紀 70年代以來，鑒于 工業(yè)的迅速發(fā)展， 過程 控制被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)中，尤其是微電子、計算機、自動控制理論 的迅猛發(fā)展及推動，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展成熟 ，并且在很多方面取得成果。日本、美國、德國、瑞典等國家掌握了先進的技術(shù)，且生產(chǎn)出 一批性能優(yōu)越的溫度控制儀器儀表。 第 1 章 緒論 2 （ 2）適應(yīng)于難以建立數(shù)學(xué)模型的受控的溫度控制系統(tǒng) 。 （ 4）大部分溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論，并且具有先進的算法 。 （ 6）溫度控制系統(tǒng)控制精度高、抗干擾能力強 。 國內(nèi)溫 度控制系統(tǒng) 模糊控制理論的研究與應(yīng)用在國內(nèi)研 究領(lǐng)域起步比較遲，但發(fā)展速度十分驚人，也取得了許多有影響的成果。 目前，我國在溫度控制儀表 與國外差距較大，主要在于以下幾個方面： （ 1）行業(yè)內(nèi)，大規(guī)模企業(yè)較少，企業(yè)規(guī)模普遍較小且分布 比較散，導(dǎo)致技術(shù)力量分散，研發(fā)能力不夠，從而導(dǎo)致行業(yè)技術(shù)不夠先進 。而且現(xiàn)在國內(nèi)企業(yè)對精度要求高且復(fù)雜的溫度控制系統(tǒng)還是選擇進口的溫度控 制儀表，表現(xiàn)出對國內(nèi)同類產(chǎn)品沒有信心。比如：在參數(shù)自整定方面，國外技術(shù)及產(chǎn)品都已經(jīng)成熟，然而 國內(nèi)這方面研究的滯后，還沒有開發(fā)出可靠的自整定軟件。 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，企業(yè)也進行了資源重組，并通過合資、技術(shù)合作等方式，促使我國溫度等儀器儀表工業(yè)得到了迅速發(fā)展。大型養(yǎng)殖場的 孵化小雞 項目 ，對于雞舍的溫度要求較高，只有使溫度保持在一 定的范圍內(nèi)，且實現(xiàn)溫度的自動控制調(diào)溫，才會對孵化過程有一個 自動化的脫離人工控制的環(huán)境。 第 2 章 系統(tǒng)原理分析 3 第 2 章 系統(tǒng)原理分析 設(shè)計要求 （ 1）采用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)來實現(xiàn)本設(shè)計； （ 2）運用計算機輔助設(shè)計技術(shù)來 實現(xiàn)溫度測控所要求的基本功能與擴展功能； （ 3）同時考慮到實際操作以及系統(tǒng)的維護問題，能適用于實際溫度的測控應(yīng)用領(lǐng)域； （ 4）設(shè)計溫度測控所必需的硬件電路，選擇合適的測溫傳感器； （ 5）對非線性誤差進行修正，確保溫度測量與控制的準確性與可靠性，測溫范圍為0～ 100℃，測溫精度不低于 ℃。 方案 1： 采用熱電偶測溫， 兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料組成的回路，接觸點產(chǎn)生溫差，回路中就會產(chǎn)生電流，即回路中產(chǎn)生電動勢，再根據(jù)熱電偶的分度表（電動勢 EAB與溫度 T 的關(guān)系制作成的表格） ，查表后，就能夠得出接觸點的溫度。 熱電偶 具有寬泛的工作溫度，較小的體積，然而輸出電壓小，產(chǎn)生于導(dǎo)線的環(huán)路噪聲對熱電偶具有很大的影響，并且零漂嚴重。 方案 2： 使用熱敏電阻利用其感溫效應(yīng)，采集溫度信號，再 利用 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換成電信號，再把電信號存儲到 24CXX 系列存儲器中，利用單片機進行處理，用 74LS164 驅(qū)動數(shù)碼管，用數(shù)碼管顯示溫度值。 方案 3： 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號為數(shù)字量，便于單片機進行處理。 DS18B20 采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸 ，由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 和單片機STC89C52 構(gòu)成溫度測量裝置，溫度傳感器直接輸出數(shù)字量， 直接與計算機連接。既可以單獨對多 DS18B20 控制工作，也可以與 PC機通信上傳數(shù)第 2 章 系統(tǒng)原理分析 4 據(jù)。 該系統(tǒng)利用 STC89C52 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速 的 測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè) 定上下限報警溫度。方案 2的測溫裝置相對于方案 3的還是比較復(fù)雜，且資源消耗大。 方案確定 根據(jù)設(shè)計要求的指標，選取溫度傳感器 DS18B20 作為溫度檢測元件，選擇通用性較好的 STC89C52 單片機 ，再增加 LCD 顯示器，蜂鳴器，繼電器，散熱器（風(fēng)扇），加熱器（加熱棒 ）。 整個系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩部分 。 (2)軟件程序設(shè)計主要包括：管理程序和控制程序 ?？刂瞥绦蚴怯脕韺Ρ豢貙ο筮M行采集，數(shù)據(jù)處理，根據(jù)溫度控制要求進行計算和輸出。 圖 21 系統(tǒng)主要功能框圖 工作內(nèi)容 （ 1）利用溫度傳感器檢測 環(huán)境溫度，將 非電量轉(zhuǎn)換成電量；測溫范圍為 0~100℃，測溫精度不低于 ℃； 蜂鳴器溫度報警 DS18B20 溫度采集 LCD 顯示溫度值 鍵盤電路設(shè)置溫度 STC89C52 繼電器 風(fēng)扇降溫、電阻絲升溫 第 2 章 系統(tǒng)原理分析 5 （ 2）利用單片機收集處理數(shù)據(jù)，并向外圍設(shè)備輸出控制信號； （ 3）采用 LCD 實時顯示被控溫度； （ 4）設(shè)定溫度上下限報警功能，實現(xiàn) 超限報警 蜂鳴器 報警 提示； （ 5）當(dāng)實際溫度值低于設(shè)定的溫度下限時，加熱器啟動， 開始 升溫； （ 6） 當(dāng)實際溫度值高于設(shè)定的溫度上限時，加熱器關(guān)閉，而風(fēng)扇開始啟動 ， 進行 降溫。單片機的低電平使 三極管 導(dǎo)通，從而 驅(qū)動蜂鳴器 工作產(chǎn)生報警聲 。模擬控制電路的各個控制環(huán)節(jié)一般由 電壓 大小 比較器、 信號 運算放大器、電容電阻等外圍元器件 、模擬集成電路 組成。 本系統(tǒng)的被測量是溫度，溫度是連續(xù)變化的信號 ，相對變化緩慢的 ，此外對系統(tǒng)的實時性要求不高，所以模擬電路的優(yōu)勢得不到發(fā)揮 。 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計數(shù)器等功能（可能還包括 脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn) 換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng) [19]。因此，采用單片機設(shè)計控制系統(tǒng)，不僅可以降低開發(fā)成本，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且控制算法由軟件實現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。從降低成本，元器件 供貨渠道充足的角度看，應(yīng)用單片機實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是比較經(jīng)濟實用的。數(shù)據(jù)采集部分使用 帶有 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 的單片機。此方案由于熱電偶工作溫度范圍非 常寬，存在輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路噪聲影響以及漂移較高等等 缺點，而且測溫電路比較麻煩。系統(tǒng)的 特點 很多 ：①測量精度 高、 分辨率 好、寬泛的測量范圍 ；② 抗干擾，穩(wěn)定 ；③ 數(shù)字信號方便處理、傳輸以及 控制； ④ 能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài) 多路測量，并且直觀的讀出數(shù)值 ；⑤ 安裝 維護簡單 方便 ， 且具有高可靠性 。 對比 之后，方案 2更適合于作為本系統(tǒng)的測溫部分實施方案 。 “ 一線總線 ”功能，使組建傳感器網(wǎng)絡(luò) 變得輕松，在構(gòu)建測量系統(tǒng)理論方面引進了 全新 的 概念。 DS18B20 可以 改變出廠 設(shè)置 程序 ， 設(shè)定 9~12 位的 不同的 分辨率， 測溫精度達到177。 還可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中較好的， 性價比也較好 。 ℃； 6） DS18B20 的 分辨率 可以通過內(nèi)部程序修改得以改變， 9～ 12位的不同分辨率，相應(yīng)的能夠 分辨 出的溫度 為 ℃、 ℃、 ℃和 ℃； 7）在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼 ； 9） DS18B20 不會因為電源極性接反了而導(dǎo)致發(fā)熱繼而燒毀元件， 然而 DS18B20 不會正常運作 。 DS18B20 由 64 位光刻 ROM、溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、 溫度傳感器、 配置寄 存器，其 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 （ 5） DS18B20 的 工作原理： DS18B20 的溫度采集與數(shù)字信號的輸出 集成 在同一個 芯片 上，因此 抗干擾能力強。 DS18B20 的存儲器資源分為三種： ROM 只讀存儲器， 數(shù)據(jù)在出廠時 已經(jīng) 設(shè)置 好， 用戶 不得 更改。系統(tǒng)選擇此芯片正是因為它很好的集成 A/D 轉(zhuǎn)換與溫度測量，降低了成本，同時方便我們的讀取溫度，芯片只有三個引腳，相對簡單，方便使 用。64 位光刻 ROM 的排列是： 產(chǎn)品類型標號 由開始的 8位表示 ， 之后 48 位為 自身的序列號，最后 8 位可以作為 前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 2） DS18B20 中的溫度傳感元件對溫度實施 測量 。 12 位 分 辨率 轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8比特的 RAM 中， 溫度值格式 前 5 位為符號位，若測量 溫度大于 0，前 5 位 設(shè)定 為 0，將測得 的數(shù)值乘于 就可以 得 出 實際溫度；若 溫度小于 0，前 5位 設(shè)定 為 1，測量得的溫度值 取反加 1 再乘于 就可以得出 實際溫度。 表 31 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 Temperature Digital output (Binary) Digital output (Hex) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 0008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5Eh ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90h 3） DS18B20 的存儲器 內(nèi)部存儲器包括 高速暫存 RAM、 可擦除 RAM，可擦除 RAM 用來 存放觸發(fā)器 TH（高溫度） 、TL（低溫度） 和結(jié)構(gòu)寄存器。 表 32 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位填 1。一般情況， DS18B20 出廠時 ， TM 設(shè)置為 0，不需 改動。 表 33 分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms （ 7） 高速暫存寄存 器 高速暫存寄存 器由 9 個字節(jié)組成，其分配如表 34 所示。 表 34 DS18B20暫存寄存器 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位（ LS Byte） 0 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計