【正文】 常用到的一個(gè)物理量 。 最常見(jiàn)到得測(cè)量溫度的工具是各種各樣的溫度計(jì)，例如：水銀玻璃溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，熱電偶或熱電阻溫度計(jì)等 。 傳統(tǒng)的方式是采用熱電偶或熱電阻 [1]。 隨著 社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)化 集成 中調(diào)空的要求日益提高 [2]。 科技不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的采集的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了巨大的增長(zhǎng)，然而如何準(zhǔn)確卻又快速的獲取需要的闡述卻受限于當(dāng)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平 。 單片機(jī)又稱微控制器，各種單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上相似 [3,2425]。 單片機(jī)的潛力越來(lái)越被人們所重視 。 而現(xiàn)在的單片機(jī)在農(nóng)業(yè)上頁(yè)有了很多的應(yīng)用 。 盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存 。 而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以 將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上 。 單片機(jī)具有低的處理速度和存儲(chǔ)容量小 的特點(diǎn) [5]。 最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集 成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中 。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的 。 此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng) 。 隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用 。隨著 INTEL i960 系列特別是后來(lái)的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng) 。 目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò) 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元 。 而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng) 。如果超過(guò) 溫度范圍之后，并且系統(tǒng)需要作出對(duì)應(yīng)動(dòng)作之后，單片機(jī)將會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)的外圍電路發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。 一般的系統(tǒng)都必須有幾個(gè)基本的性能要求 —— 穩(wěn)定性，抗干擾能力，精確度，分辨率等。為了方便用戶的使用，設(shè)定溫度采用整數(shù)計(jì)數(shù)，設(shè)定值的 最小該變量為 1℃，足夠滿足精度的需求。 2． 2 系 統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理 本系統(tǒng)是通過(guò)溫度測(cè)量元件與單片機(jī)通信，在單片機(jī)中計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度值進(jìn)行控制。 熱敏電阻 工作時(shí)候 將長(zhǎng)期處于不動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于 C 區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱 功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動(dòng)作可能不動(dòng)作。 溫度傳感器和熱敏電阻工作原理相似，但是通過(guò)高度的集成化將測(cè)量元件輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的處理之后直接經(jīng)過(guò)傳感器輸出轉(zhuǎn)換好的實(shí)際溫度。 溫 度 值輸 出一一對(duì)應(yīng)熱 敏 電 阻 ：電 阻 值溫 度 傳 感 器 ：輸 出 信 號(hào) 圖 測(cè)量元件與溫度關(guān)系 圖 熱敏電阻 溫度曲線 2． 3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案分析 按照測(cè)量元件的特性和顯示元件的不同我們先指定 3 種不同的方案。通過(guò)測(cè)量熱敏電阻兩端的電壓和電流，計(jì)算出熱敏電阻的電阻值。通過(guò) CPU 帶入該電阻值進(jìn)方程計(jì)算出當(dāng)前溫度值，或者通過(guò)內(nèi)部存儲(chǔ)器中的數(shù)組，對(duì)應(yīng)表查找最接近的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。 溫 度 值顯示一 一 對(duì) 應(yīng)熱 敏 電 阻電 壓電 流電 阻 圖 方案 1 系統(tǒng)框圖 方案 2： 利用溫度傳感器，單片機(jī)以及 LCD 液晶顯示屏來(lái)搭建基礎(chǔ)電路。 然后通過(guò)單片機(jī)與溫度傳感器之間進(jìn)行通信，獲取溫度傳感器中的溫度信息，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，獲取對(duì)應(yīng)的溫度值然后通過(guò) LCD 液晶顯示屏將對(duì)應(yīng)的溫度信息顯示出來(lái)。通過(guò)屏幕的中文說(shuō) 明能夠直觀獲取各種溫度的信息，以及其他相關(guān)參數(shù)。相對(duì)上面方案，測(cè)量的原理完全相同，不同的僅僅是顯示單元。分析測(cè)量元件的方面我們主要從兩個(gè)方面考慮 —— 電路復(fù)雜性和準(zhǔn)確度。不僅僅需要一個(gè)穩(wěn)定的電源，還需要將電阻連接到一個(gè)小回路中實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)啥说碾妷汉碗娏?，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜 ，耗資也相對(duì)較高 。當(dāng)二者一起計(jì)算出電阻的時(shí)候，這個(gè)計(jì)算的電阻值的誤差較大。然后由于獲取電壓和電流都是模擬信號(hào)，而模擬信號(hào)的抗干擾能力不強(qiáng)導(dǎo)致該系統(tǒng)的 抗 干擾能力也非常有限。并且 DS18B20 體積小，輸出方便也使得該方案更加節(jié)省空間資源，需要的元器件少更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 測(cè)溫范圍－ 55℃ ～ +125℃ ，固有測(cè)溫分辨率 0． 5℃。 顯示部分： 方案 1 和 方案 3：使用 LED8 位數(shù)碼管顯示，顯示溫度值清晰直觀方便，可見(jiàn)度高，易于分辨。 方案 2：使用 LCD 液晶屏顯示溫度，不僅僅能夠顯示溫度，還能夠顯示英文和漢字，能夠給使用者提供其他的信息。 結(jié)論：縱觀全局，我們這里選用方案 3。顯示系統(tǒng)不要求顯示中文，所以使用LED 足夠了。 3 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計(jì) 3． 1 元件選取 顯示器件： LED8 位數(shù) 碼管 ， LED 液晶屏 12864 由于本設(shè)計(jì)的需要，僅僅需要顯示溫度值， 而且在顯示方面 8 為數(shù)碼管有著直觀清晰容易分辨的特性，并且綜合考慮 8 為數(shù)碼管價(jià)格便宜，體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，所以當(dāng)前選取 LED8 為數(shù)碼管作為顯示器件 。 而熱敏電阻相對(duì)較為遜色，所以本設(shè)計(jì)使用溫度傳感器(DS18B20)來(lái)進(jìn)行仿真 。 Intel 的 8051 單盤機(jī)系列是大家最為熟悉的 8 位單片機(jī)之一 [1,2225,33]。 該系列單片機(jī)的始祖是 Intel 的 8031 單片機(jī)，后來(lái)隨著 Flash rom 技術(shù)的發(fā)展， 8031 單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是 ATMEL公司 的 AT89 系列，它廣 泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中 。 51 單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種 。 目前常用的 51 產(chǎn)品系列有： *Intel 的： 80C3 80C5 87C51， 80C3 80C5 87C52 等； *ATMEL 的： 89C5 89C5 89C2051 等； *Philips、華邦、 Dallas、 Siemens(Infineon)等公司的許多產(chǎn)品 ； X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427A T 8 9 C5 2P RO G RA M = .. \K e il\ 臨時(shí)程序 \ P r o te u s ( 共陽(yáng) ). HE XCLO CK = 1 2 M H z 圖 單 片機(jī)引腳 引腳信息： 18 P1^0P1^7： P1 口的 8 個(gè)引腳 。 對(duì)于 52系列， P1． 0 可以作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T2， P1． 1 可以用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部控制段 T2EX。 除作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口，還具有第二功能 。 19 XTAL2 片內(nèi)反相放大器輸出端 。 2128 P2^0P2^7： P2 口的 8 個(gè)引腳 。 29 PSEN________ 片外程序存 儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，或稱片外取指信號(hào)輸出端 。 30 ALE 地址所存有效信號(hào)輸出端 。 31 EA____/VDD 片外存儲(chǔ)器選用端 。 3239 P0^0P0^7： P0 口的 8 個(gè)引腳 。 在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)， P0 后分時(shí)復(fù)用為第八位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線 。 溫度傳感 器 DS18B20： 隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，通信技術(shù)和傳感技術(shù)飛躍發(fā)展 [7]。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線 方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877， LTM8874等等 [9,18,3035]。 封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合 [2,1720]。 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)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定 。 特點(diǎn) 獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信 多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用 無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 3． 0V 至 5． 5V 無(wú)需備用電源測(cè)量溫度范圍為 55℃ 至 +125℃ 。F 到 257 華氏度 10 度 至 +85度 范圍內(nèi)精度為 177。 DS18B20 溫度傳感器的北部喘粗氣包括一個(gè)告訴咱村的 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2PAM[9,1213]。 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 。 圖 DS18B20 其他部件 ： 顯示部件：顯示部件選取的 LED8 位數(shù)碼管，簡(jiǎn)單方便，顯示清晰直觀，體積小，價(jià)格便宜等眾多優(yōu)點(diǎn) 。 74HC164： 8 位串入、并出移位寄存器 。 74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出 。 兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空 。 主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平 。 1D1 324561081112913U17 4 HC1 64 圖 74HC164 如 上 圖所示： 端口 1， 2 是輸入端口 端口 8 時(shí)鐘輸入 端口 9 電源端 右側(cè)端口為輸出端口 3． 2 主電路搭建 主電路 主要是 ：測(cè)量電路 以及 單片機(jī)最小系統(tǒng) 測(cè)量電路： 由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行通信口 [11]。 僅需要用單口與單片機(jī)通信即可 。 2 2 p F 2 2 p F1 0 M H zG ND 圖 晶振電路 GNDVCCRK1200RK210kC310uF 圖 復(fù)位電路 3． 3 顯示電路 顯示電路：顯示電路用 8 位數(shù)碼管來(lái)顯示，由于溫度的 家用測(cè)量精度不需要太高所以用 4 只 8 位數(shù)碼管顯示 。 S RG 8RC1/ amp。 1D1 324561081112913U27 4 HC 1 6 4S RG 8RC1/ amp。 1D1 324561081112913U47 4 HC 1 6 4VCCV C C1k1k1k1k 圖 顯示電路 3． 4 外圍電路建立 本次設(shè)計(jì)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，為了讓設(shè)計(jì)獲得更多功能，這里添加了外圍的鍵盤以及報(bào)警和 控制 電路 。 從上至下的 5 個(gè)按鈕作用分別為： 按鈕 1 設(shè)定按鍵，點(diǎn)擊之后能夠設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值，若溫度高于該值將可能引起報(bào)警電路和 控制 電路的反應(yīng) 。 按鈕 3 選位按鈕，能夠左右選擇當(dāng)前修改值的位置，即個(gè)位、十位或者報(bào)警開(kāi)啟 /關(guān)閉 。 使用說(shuō)明： 正常情況數(shù)碼管顯示溫度值，按下按鈕 1 此時(shí)顯示為報(bào)警設(shè)定，閃爍位為當(dāng)前修改位 。 按鈕 5 能夠修改閃爍位的值的大小來(lái)設(shè)定報(bào)警溫度值 。 ) 圖 設(shè)置溫度 如 上 圖： 第一位是 報(bào)警啟動(dòng)位 ： 0 關(guān)閉報(bào)警系統(tǒng)， 1 開(kāi)啟 。 圖 外接鍵盤 4 系統(tǒng)的