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花卉温室控制系统设计(论文)

花匠小妙招
2024-11-12 07:04

1、南京理工大学毕业设计说明书(论文)作者:教学点:专业:题目:指导者： (姓名) (专业技术职务)评阅者： (姓名) (专业技术职务)2015年 4 月毕业设计(论文)中文摘要进入21世纪以来，我国园艺产业得到迅猛的发展，以花卉为主的作为观赏和礼品的植物设施栽培在大江南北遍地开花，设施园艺被看作是21世纪最具活力的新产业。温室是观赏植物栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类观赏花卉对温度的要求也不尽相同。随着现代科技的发展，电子计算机已用于控制温室环境。控制系统由中央控制装置、终端控制设备、传感器等组成。先编制出温室花卉各生育阶段最适环境条件的管理程序表，存储于电子计算机的

2、记忆装置中，电子计算机根据程序表确认、修正各栋温室内的参数，并给终端控制系统指令。终端控制设备向中央控制装置输送检测信息，根据中央控制装置的指令输出控制信号，使电器机械设备执行动作，实现温室环境调节。该系统可自动控制加热、降温、加湿、灌溉、通风。根据需要，通过键盘将信息输入中央管理室，根据情况可随时调节环境。温室环境自动化控制系统在大型现代化温室的利用，是设施栽培高新技术的体现。本文将使用单片机对温度控制的基本原理实例化，设计一个实时控制花房内的温度的花房温度控制系统。目的是利用课程设计的这段时间学习一种利用单片机对花房温度进行控制的方法。关键词：单片机控制技术温度计 DS18B20应用毕

3、业设计(论文)外文摘要Title : microcomputer-based control of digital thermometers from the hardware description greenhouse flowers temperature control system design Abstract Since the 21st century, gardening industry get rapid development, flower cultivation as ornamental and gift plant facilities in the great

4、 river north and south Facility horticulture is regarded as the most dynamic new industries in the 21st century. Greenhouse is one of the indispensable facilities in the production of ornamental plant cultivation, different kinds of ornamental flowers and plants also have different requirements for

5、temperature. With the development of modern science and technology, computers have been used to control the greenhouse environment. Control system is controlled by a central control unit, terminal equipment, sensors, etc. To develop the greenhouse flowers first optimum growth stage and environmental

6、 conditions of manager table, stored in computer memory in the device, the electronic computer according to the schedule to confirm and correction within the parameters of greenhouse.We design a real time control the greenhouse temperature control system of temperature in the greenhouse. Purpose is

7、to use the curriculum design of this period of time to learn a kind of the method of using single-chip microcomputer to control the greenhouse temperature.keywords: Single-chip microcomputer, digital control, thermometer, DS18B20 目次1 引言11.1 研究目的11.2 研究现状12 系统设计32.1 设计要求32.2 设计方案42.3 系统框图53 硬件设计63.1

8、单片机简介63.2 温度传感器简介103.3 温度转换和显示模块163.4 温度控制模块183.5 总电路图204软件设计214.1 开发软件介绍214.2 软件流程设计235系统仿真275.1 仿真图275.2 数据分析28结论30致谢31参考文献32IV 本科毕业设计说明书（论文）第 33 页共 32 页1 引言1.1 研究目的花卉温室就是建立一个适合花卉生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对花卉生长的限制，使花卉能够在自然环境不适合的情况下正常生长。由于花卉温室能克服环境对花卉生长的限制，所以这种技术能使不同的花卉在不适合生长的季节产出，使季节对花卉的生长影响不大，部

9、分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。人们身体要保持健康就需要蔬菜提供营养，而植物生长需要特定的自然环境，在我国的三北地区（西北，华北，东北），在冬季和春季均满足不了绿色食品的需求，而温室，正是一种人造的适合花卉生长的小型气候环境，由于温室能够使花卉在不适合生长的季节产出，温室控温技术为社会带来了可观的经济效益，促进了社会的和谐发展。1.2 研究现状随着工业化进程的加快，花卉温室的发展以生产优质产品为目标，其技术创新贯穿于相关的各个环节。花卉温室新技术日新月异，曰外发展迅速，发达国家的没施同艺已具备了技术成套、没施设备完善、生产技术规范、质量保证性强、产量稳定等特点。形成了设施制造、环控调控、

10、生产资捌为一体的多功能体系，并在向高层次、高科技以及自动化、智能化和网络化方向发展，实现了周年生产、均衡上市。花卉温室正朝自动化、无人化的方向发展，其主要目的是提高控制及作业精度，提高作业效率，增加作业者的舒适性及安全性。遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中，温室网络管理体系可将环境调控、灌溉系统或营养液的供给。系统作为一个整体，实现远程控制。温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病

11、虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化温室的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动

12、化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段: 手动控制，自动控制，智能化控制。本设计是对花卉温室温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能。当花卉温室温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当花卉温室内温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。数码管即时显示温度，精确到小数点一位。 2 系统设计2.1 设计要求对于温度控制系统的设计，首先要选择的是温度相对应的数据的输入

13、，这就需要一个温度传感器来对进行数据采集和对数据的分析处理，并以此来控制显示温度。对于传感器来说，其种类很多，在最开始我选择的是TC620作为传感器，它有许多的优点，它是集控制于一体，并且可以设定温度的上下限，用起来是比较的方便，但是它是模拟型输出温度传感器，它在温度设置方面采用的是外接电阻，电阻值容易受到外界环境因素的影响，例如温度，湿度等因素，从而影响控制精度。而现在我选用的是DS18B20数字温度传感器，传感器选用DS18B20，它由温度上、下限LED显示电路，可控硅控制电路，模拟声电路和交流降压整流电路等组成。该温控电路可按设定的上、下限温度内进行自动控制，测温精度在±1范围

14、内，控温效果理想，还可进行超温指示。当当前温度超出设定范围时蜂鸣器发出报警声音。利用双点温控带动热风机，在温度超出或低出适当的温度范围时起降温和加热的作用。该电路具有0.1的分辨能力。供电电路由LM317可调集成稳压器构成，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.2537V。它的工作不受外界影响，采集到的数字信号方便处理，而且在温度设置上更加灵活方便，并且精度更高。其次本设计采用单片机对传感器DS18B20送来的温度数据与设定值进行比较，并做出相应的控制，同时在LED显示电路输出当前温度值。最后继电器对单片机输出信号做出相应的响应，如果输出值高于或者低于设定温度上下限则带动交流接触器吸合，同

15、时带动热风机进行加热或者是降温。双点温控带动热风机，上下超温报警和恒温控制，热风机过流保护电路设计，具体指标要求如下:（1）供电电路设计，温度控制范围10-30摄氏度；（2）电路具有0.1的分辨能力；（3）温度在设计范围内，测温精度在±1范围内；（4）具备温度自动控制检测和自动恒温控制和超温警报功能；（5）单片机所需5V电压，及超温报警器35V电压；（6）最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.2537V；2.2 设计方案方案一：由于本设计的是测温电路，是可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，然后就可以用单片

16、机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路的设计也有点复杂。方案二：在我们日常生活中及工农业生产中，经常会遇到温度的检测和控制；传统的测温原件有热电偶和热电阻，然而热电偶和热电阻测出的大都是电压，在转换成对应的温度时，需要比较多的外部硬件支持；它的缺点如下：制作成本高；硬件电路复杂；软件调试复杂。方案三：采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55125，其最高分辨率可达0.0625。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温

17、度并且可以根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面都有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。特点：独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；在使用中

18、不需要任何外围元件；可用数据线供电，电压范围： 3.0" 5.5 V；测温范围：-55 " 125 。固有测温分辨率为0.5 ；通过编程可实现9"12位的数字读数方式；用户可自设定非易失性的报警上下限值；支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温；负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。从以上三种方案，很容易看出，采用方案三，电路比较简单，软件设计也比较简单，本文采用了方案三。2.3系统框图本系统的电路设计方框图如图1所示，它由这几个部分组成:控制部分主芯片采用单片机AT89C52，显示部分采用4位LED数码

19、管以动态扫描方式实现温度显示，温度采集部分采用DS18B20温度传感器以及加热制冷控制电路。加热继电器风扇继电器温度传感器DS18B20主控制器AT89C52LED显示电路驱动扫描PC机图1 系统电路总体框图3 硬件设计本次论文设计主要是应用51系列单片机，来设计一个花卉温室控制系统，这次设计的控制系统与传统的相比，具有读取数据方便，测量温度准确，测温范围广，控制精确的特点。，本次设计控制器系统使用单片机AT89C52，测温传感器使用DS18B20，显示电路采用4位共阳LED数码管。该电路由温度传感器，单片机，温度显示电路，温度设置，报警电路，控制器供电电路，继电器控制电路等。3.1单片机简

20、介3.1.1 AT89C52的简介图2 AT89C52管脚图本次设计采用的是单片机AT89C52,如图2所示,此芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口，如图3所示。左边那列逆时针数起，排列依次为1，2，3，4.40，其中芯片的1脚顶上有一个凹点。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。单片机AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，它的片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，元器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产

21、，而且兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。单片机AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，并且内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。它将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本，AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式。单片机AT89C52简介:兼容MCS51指令系统；8kB可反复擦写(大于10

22、00次)Flash ROM；32个双向I/O口；内部RAM 256x8bit；3个16位可编程定时/计数器中断；时钟频率0-24MHz；2个串行中断，可编程UART串行通道；2个外部中断源，共8个中断源；2个读写中断口线，3级加密位；低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。单片机AT89C52的工作原理：AT89C52是8 位通用微处理器，应用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，他主要用于会聚调整时的功能控制，功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通

23、信等等。主要管脚有:XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40 脚)和VSS(20 脚)为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口(3239 脚)被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU

24、的相应功能端，应用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。管脚介绍：P0：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也是地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写"1"时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8 位)和数据总线复用，在访问期间激活内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1:P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4

25、个TTL 逻辑门电路，对端口写"1"，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入；作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，其某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX)，Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。P1.0和P1.1的第二功能如下表1。表1 P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX(定时/计数器2)P2:P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P

26、2 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写"1"，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以作为输入口，当作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，其某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地数据存储器(例如执行MOVX DPTR 指令)时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器(如执行MOVXRI 指令)时，P2 口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3:P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可

27、驱动(吸收或输出电流)4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入"1"时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。3.1.2 复位电路RST：当AT89S52单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源

28、后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。复位输入，电路接通，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位，如图3所示。图3 复位电路3.1.3 晶振电路XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生器的输入端，XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。晶体振荡器在固定频率振荡器中能够提供较高的精度，绝大多数RTC采用32.768kHz的晶

29、体，晶体振荡器输出经过分频后会产生1Hz的基准来刷新时间和日期。RTC的精度主要取决于晶振的精度，晶体振荡器在固定频率振荡器中能够提供较高的精度，绝大多数RTC采用32.768kHz的晶体，晶体振荡器输出经过分频后会产生1Hz的基准来刷新时间和日期。RTC的精度主要取决于晶振的精度，晶振一般在特定的电容负载下，其调谐振荡在正确的频点，而当晶振调谐于12.5pF负载的RTC电路中时，使用6pF负载的晶振将会使时钟变快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用内部偏置网络，因而晶振可直接连接到RTC的X1、X2引脚，而不需要额外的元件。由于RTC的晶振输入电路具有很高的输入阻

30、抗，因此，它与晶振的连线犹如一个天线，很容易耦合系统其余电路的高频干扰。而干扰信号被耦合到晶振引脚将导致时钟数的增加或减少。考虑到线路板上大多数信号的频率高于32.768kHz，所以，通常会产生额外的时钟脉冲计数。因此，晶振应尽可能靠近X1、X2引脚安装，同时晶振、X1/X2引脚的下方最好布成地平面。晶振电路如图4所示。图4 晶振电路3.2温度传感器简介3.2.1 温度传感器DS18B20简述DS18B20 是美国DALLAS 公司生产的可完全替代DS1820 的全新型单线数字式温度计。它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O 数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，

31、可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。DS18B20的主要特性：温度传感器DS18B20适应电压范围的更宽，电压范围为35.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可以实现微处理器与DS18B20的双向通讯；另外DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温，另外它耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。温度传感器DS18B20在使用过程中不需要任何外围元件，全部传感器元件及其转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围为-

32、55125，在-1085时精确度为正负0.5；可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625，可实现高精度测温；在9位分辨率时最多可以在93.75ms内把温度转换成数字，12位分辨率时最多可以在750ms内把温度值转换为数字；测温结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰能力和纠错能力；用户可定义非易失性报警设置；负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而被烧毁，但其不能正常工作。DS18B20外形和引脚：DS18B20的内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触

33、发器TH和TL、配置寄存器，DS18B20的外形及管脚排列如图5所示。图5 DS18B20的外形图DS18B20的引脚定义：GND为接地端；DQ为数字信号输入/输出端；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20的结构：DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图6所示图6 DS18B20内部结构3.2.2 DS18B20系列的性能特点从64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，一共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因，温度报警触发器TH和TL，可通

34、过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM，高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，其结构如图7所示。它的头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，并是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率,第6、7、8字节保留；第9字节即作循环冗余校检。在温度传感器DS18B20工作时，寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值，该字节各位的定义如图8所示。低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式保持在测试模式，另外DS18B20在出

35、厂时该位被设置为0，用户需要去改动，通过R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。其中，TM 为测试模式位，为1 表示测试模式，为0 表示工作模式，出厂时该位设为0，且不可改变。R1 和R0 的设置组合与温度分辨率有关。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC 图8 DS18B20字节定义图7 RAM的9字节定义由表2可见，DS18B20温度转换的时间是比较长的，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换的时间越长，因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡一定要考虑在其中。DS18B20中的高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1，第

36、9字节读出前面所有8字节的CRC码，可以用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。表2 温度转换时间表R1R0分辨率位温度最大转换时间ms00993.80110187.510113751112750当DS18B20接收到温度转换的命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。低字节8421121418116高字节 SSSSS643216图9 温度数据值格式图9中，S表示符号位，当S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转

37、换为十进制；当S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，然后再计算十进制数值，表3是一部分温度值对应的二进制温度数据。DS18B20完成温度转换后，就得把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容进行比较，若TH或TTL，则要将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理：DS18B20的测温原理是这样的,元器件中

38、低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，而高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当这个计数门打开时，温度传感器DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成对温度的测量，一般的计数门开启的时间都是由高温度系数振荡器来决定的，然而在每次温度测量前，首先要将55所对应的一个基数分别放置到减法计数器中，另外在温度寄存器中，计数器1以及温度寄存器会被预先置在55所对应的一个基数值上。表3一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 0

39、00007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法

40、计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写的时序很重要；系统对DS18B20的各种操作按协议进行，它的操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。 3.2.3 DS18B20 的应用D

41、S18B20 采用3 脚TO-92 封装或8 脚SOIC 封装。图3-3是其采用8 脚SOIC 封装的引脚排列图。图3-4是其采用3 脚SOIC 封装的引脚排列图。其中GND 接地；VDD 为电源端；DQ 是数据输入/输出端；其余为空脚。如图10所示图10 DS18B20的引脚封装DS18B20 的供电方式有两种：一种为寄生电源，另一种为外加电源。同DS1820 一样，用户也可通过1 线端口对DS18B20 进行操作，其步骤为：复位ROM 功能命令存储器功能命令执行/数据DSB1820 的ROM命令有5 个，存储器命令有6 个，这些命令字和功能同DS1820 完全一样。命令的执行都是由复位、多

42、个读时隙或/和写时隙基本时序单元组成。因此，只要将复位、读时隙、写时隙的时序了解清楚，使用DS18B20 就比较容易了。使用DS18B20 时，首先需将其复位，然后才能执行其它命令。复位时，主机将数据线激发为低电平并保持480s960s，然后释放数据线，再由上拉电阻将数据线拉升1560s。然后再由DS18B20 发出响应信号，以将数据线激发成低电平60240s，这样，就完成了复位操作。DS18B20的写时序：对于温度传感器DS18B20的写时序：分为写0时序和写1时序两个过程，然而对于DS18B20写0时序和写1时序的要求却不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，来保证DS18B2

43、0能够在15us到45us之间可以能正确地采样I/O总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，来得到在15us之内的释放单总线。在主机对DS18B20 写数据（主机对DS18B20 发送各种命令）时，先将数据线激发为低电平，该低电闰应大于1s。然后根据写“1”或写“0”来使数据线变高或继续为低。DS18B20 将在数据线变成低电平后15s60s 对数据线进行采样。要求写入DS18B20 的数据持续时间应大于60s 而小于120s，两次写数据之间的时间间隔应大于1s。当主机从DS18B20 读数据时，主机先数据线激发出低电平，然后释放，以使数据线再升为高电平。DS18B20 在数据线

44、从高电平变为低电平的15s 内将数据送到数据线上。主机可在15s 后读取数据线以获得数据。DS18B20的读时序：DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程，DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上；DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。3.3 温度转换和显示模块3.3.1 温度转换电路温度传感器部分由DS18B20和上拉电阻R2组成，如图11所示，其作用是采集温度信号，供单片机处理。温度检测是温度控制系统的一个很重要环节，直接关系到系统性能。温度检测需要传感器件对温度信号的采集,温度传

45、感器件在其中起到了很大的作用。首先就是对温度传感器件的选择。温度传感器种类繁多，但在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器，热电阻传感器和半导体集成温度传感器，数字式温度传感器等。热电偶传感器是利用两种不同材料的金属连在一起构成的具有热电效应原理的一种感温元件。其优点为精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便，型号种类比较多且技术成熟等。目前广泛应用于工业与民用产品中。热电偶的种类很多,在选择时必须考虑其灵敏度、精确度、可靠性、稳定性等条件。不同分度号的热电偶，有不同的温度电动势关系，分度表是冷端为0时的工作端温度电动势关系的表格表示，分度曲线则

46、用其图形表示，它们都是设计温度检测环节的重要依据。图11 温度转换电路半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度（或电压）变换关系来测温的一种感温元件。这种传感器输出线性好、精度高，而且可把传感驱动电路、信号处理电路等与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，如AN6701、LM134、AD590等。IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。数字式温度传感器DS18B20是由Dallas半导体公司生产的第一片支持单总线接口的温度传感器，它可以使用户可轻松的组建传感器网络，为测量系统的够建引入全新概念，它的体积

47、更小，更经济，更灵活。它的温度测量范围为-55+125，在-1085范围内，精度为±0.5。现场温度直接以总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合恶劣环境的现场温度测量。如：环境控制，设备或过程控制，测温类消费电子产品等。它可以程序设定912位的分辨率，精度为±0.5。可以选更小的封装方式，更宽的电压使用范围。3.3.2 显示电路LED显示电路部分由各段上拉电阻及2个7段数码管组成，其作用是显示用户的设置值和当前温度值，如图12所示。常用的数码管显示器为8段，每一段对应一个发光二极管，分为共阳和共阴两种。共阴极LED显示的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极

48、接地。当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED的发光二极管的样机连接在一起，通常此公共阳极接高电平，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。图12 LED显示电路3.4 温度控制模块3.4.1 温度设置输入键盘电路温度设置输入键盘部分由3各按键和各自的上拉电阻组成，其作用是供用户设置温度值，如图13所示。图13温度设置输入键盘电路3.4.2报警电路报警电路由电阻R2,R3，三极管Q1及蜂鸣器组成，其作用是当当前温度超过或者低于设置的上限或者下限温度值时单片机P3.7脚输出低电平三极管Q1导通驱动蜂鸣器发出声音报警，如图14所

49、示。图14 报警电路3.4.3温度控制电路继电器控制电路由R11,R12,R13,R14,三极管Q1,Q2及继电器K1,K2组成，当当前温度超过设置的上限值时单片机P2.2输出低电平三极管Q2导通继电器K1吸合，带动交流接触器1闭合以启动冷却设备进行降温。当当前温度低于设置的下限温度值时单片机P2.3脚输出低电平三极管Q3导通，继电器K2吸合，带动交流接触器2闭合以启动加热设备进行升温。其中保险丝F1,F2为起过流保护的作用。该电路作用是当当前温度超过或者低于设置的上限或者下限温度值时，对单片机发出的控制信号做出响应，以控制冷却或加热设备，如图15所示。图15加热和制冷电路3.5 总电路图本

50、次设计控制器系统使用单片机AT89C52，测温传感器使用DS18B20，显示电路采用4位共阳LED数码管。该电路由温度传感器，单片机，温度显示电路，温度设置，报警电路，控制器供电电路，继电器控制电路等，总电路图如如16所示。图16 总电路图 4软件设计4.1开发软件介绍4.1.1 Proteus软件简介Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技

51、工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译；它的功能特点如下: Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：mu

52、ltisim）的功能。这些功能是：原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE电路仿真。革命性的特点：互动的电路仿真；用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。仿真处理器及其外围电路；可以仿真51系列、AVR、PIC等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。具有3大功能模块:个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB设计。PROTEUS不仅可

53、将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要

54、的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。软件缺点:器件库比较溃乏，库中缺少很多重要芯片，严重影响电路仿真；软件出错或着出现乱码，此时仿真效果不及硬件仿真。4.1.2 keil软件简介keilKeil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。但如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会让你事半功倍。 C51工具包的整体结构，Vision与Ishell分别是C51 for Windows 和for Dos 的集成开发环境(IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目