【正文】 ....................................30 附 錄 ................................................................................................................................31 山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 3 前 言 隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領域的應用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。針對這種實際情況，設計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景與實際意義。在工業(yè)生產和實驗研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機械制造、糧食存儲、 酒類生產等領域內，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設備就不能正常工作，糧倉的儲糧就會變質霉爛，酒類的品質就沒有保障?？梢姡瑴囟鹊臏y量和控制是非常重要的。 隨著溫度控制器應用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應運而生。溫度控制在日常生活及工業(yè)領域應用相當廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。針對此問題，本系統(tǒng)設計的目的是實現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調溫的溫度控制系統(tǒng)，它應用廣泛，功能強大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。當溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當溫度高于設定上限溫度時，系統(tǒng)自動啟動風扇降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機構不執(zhí)行。 山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 4 第一章 AT89S51單片機簡介 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 此外， AT89S51 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 5 GND：接地。當 P1 口的管腳第一 次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內部總線。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心， 1 然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置 1 端口鎖存器 原來的狀態(tài)有可能為 0Q端為 0Q^為 1加到場效應管柵極的信號為 1，該場效應管就導通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準雙向口。 RST：復位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編 程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 7 第二章 DS18B20溫度傳感器簡介 溫度傳感器的歷史及簡介 溫度的測量是從金屬 (物質 )的熱脹冷縮開始?？墒撬娜秉c是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù) (如電阻值，熱電勢等 )的變化的原理。 DS18B20的工作原理 DS18B20工作時序 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議， DS18B20 完成溫度轉換 必須經過三個步驟： 1. 每一次讀寫之前都 必須 要對 DS18B20 進行復位 ； 2. 復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令 ； 3. 最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖 ， ， 所示。應答脈沖使主機知道，總線上有從機設備，且準備就緒。接著主機釋放總線， ，延時 15～ 60us，并進入接受模式，以產生低電平應答脈沖，若為低電平，再延時480us[12]。所有寫時序至少需要 60us，且 在 2 次獨立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復時間，都是以總線拉低開始。寫 0 時序，主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時 2us[8]。所有讀時序至少需要 60us，且在 2次山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 9 獨立的讀時序之間至少需要 1us的恢復時間。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的 15us之內采樣總線狀態(tài)。 DS18B20的測溫原理 DS18B20的測溫原理 : 每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號，在出廠前已寫入片內 ROM 中。 程序可以先跳過 ROM，啟動所有 DSl8B20 進行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個 DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對應的基數(shù) 分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在 55 ℃ 所對 應的一個基數(shù)值。圖 中 的斜率累加器用 于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值 . 山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 10 指令 約 定 代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中的編碼 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應的 DS18B20 使之作出響應，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作準備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識 別64 位 ROM 地址，為操作各器件作好準備 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。 山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 11 圖 測溫原理內部裝置 DS18B20的測溫流程 圖 DS18B20 測溫流程 初始化 DS18B20 跳過 ROM 匹配 溫度變換 延時 1S 跳過 ROM 匹配 讀暫存器 轉換成顯示碼 數(shù)碼管顯示 減法計數(shù)器 斜坡累加器 減到 0 減法計數(shù)器 預 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計數(shù)比較器 預 置 溫度寄存器 減到 0 山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 12 第三章 總體設計方案 方案一 測溫電路的設計，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度 顯示出來，這種設計需要用到 A/D 轉換電路，感溫電路比較麻煩。 比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計容易實現(xiàn)，故實際設計中擬采用方案二 。 圖 溫度計電路總體設計方案 1. 控制部分 單片機 AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用，系統(tǒng)應用三節(jié)電池供電。 3. 溫度采集部分 DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的 口，單片機接受溫度并存儲。 (2) DS18B20 的內部結構 DS18B20 采用 3 腳 PR－ 35 封裝，如圖 所示； DS18B20 的內部結構，如圖 所示。 開始 8 位是 產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信山東山東工業(yè)職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 14 的原因 [10]。 DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 E2PRAM。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。低 5 位一直為１， TM 是工作模 式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。 3) 高速暫存存儲 ， 可以設置 DS18B20 溫度轉換的精度。 由表 31 可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。 高速暫