毕业设计上下限温度控制.docx
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毕业设计上下限温度控制
前言
1前言
1.1鸡舍温度控制系统设计的意义
跟着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已经是现代温
度控制系统发展的主流方向。
特别是最近几年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，
但鸡舍温度控制向来是一个未开发的领域，却又是与人们息息有关的一个实质问题。
针对
这类实质状况，设计一个鸡舍温度控制系统，拥有宽泛的应用远景与实质意义。
1.2鸡舍温度控制系统的设计背景
温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。
在
工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食储存、
酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。
比方，发电厂
锅炉的温度一定控制在必定的范围以内；很多化学反响的工艺过程一定在适合的温度下才
能正常进行；炼油过程中，原油一定在不一样的温度和压力条件下进行分馏才能获得汽油、
柴油、煤油等产品。
没有适合的温度环境，很多电子设施就不可以正常工作，粮仓的储粮就
会变质霉烂，酒类的质量就没有保障。
所以，各行各业对温度控制的要求都愈来愈高。
可
见，温度的丈量和控制是特别重要的。
单片机在电子产品中的应用已经愈来愈宽泛，在好多的电子产品中也用到了温度检测
和温度控制。
跟着温度控制器应用范围的日趋宽泛和多样，各样合用于不一样场合的智能温
度控制器应运而生。
1.3鸡舍温度控制系统的设计目的
本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。
温度控制在平常生活及工业领
域应用相当宽泛，比方温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。
而过去温度控制是
由人工达成的并且不够重视，其实在好多场所温度都需要监控以防备发买卖外。
针对此问
题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用宽泛，功能
强盛，小巧雅观，便于携带，是一款既适用又低价的控制系统。
1.4鸡舍温度控制系统达成的功能
本设计是对温度进行及时监测与控制，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，使温度上涨，同时绿灯
-1-
鸡舍温度控制系统
亮。
当温度上涨到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启
动电扇降温，使温度降落，同时红灯亮。
当温度降落到上限温度以下时，停止降温。
温度
在上下限温度之间时，履行机构不履行。
三个数码管即时显示温度，精准到小数点一位。
2整体设计方案
2.1方案一
测温电路的设计，能够使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变
化的电压或电流收集过来，进行A/D变换后，就能够用单片机进行数据的办理，在显示电
路上，就能够将被测温度显示出来，这类设计需要用到A/D变换电路，感温电路比较麻烦。
2.2方案二
考虑使用温度传感器，联合单片机电路设计，采纳一只DS18B20温度传感器，直接读
取被测温度值，以后进行变换，挨次达成设计要求。
比较以上两种方案，很简单看出，采纳方案二，电路比较简单，软件设计简单实现，
故实质设计中拟采纳方案二。
2.3方案二的整体设计
本系统的电路设计方框图如图1所示，它由三部分构成:
①控制部分主芯片采纳单片
机AT89S51；②显示部分采纳3位LED数码管以动向扫描方式实现温度显示；③温度收集部分采纳DS18B20温度传感器。
LED显示
单
DS18B20
片
机
加热继电器
电电扇继电
器
指示灯
图1温度计电路整体设计方案
（1）控制部分
-2-
引脚说明：
地
整体设计方案
单片机AT89S51拥有低电压供电和体积小等特色，四个端口只需要两个口就能知足电
路系统的设计需要，很适合便联手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。
（2）显示部分
显示电路采纳3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。
（3）温度收集部分
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体企业最新推出的一种改良型智能温度传感
器，与传统的热敏电阻等测温元件对比，它能直接读出被测温。
这一部分主要达成对温度
信号的收集和变换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分构成。
数字
温度传感器DS18B20把收集到的温度经过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温
度并储存。
此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。
a.DS18B20的性能特色以下[9]：
1）独到的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
2）多个DS18B20能够并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
3）不必外面器件；
4）可经过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V；
5）零待机功耗；
6）温度以3位数字显示；
7）用户可定义报警设置；
数据线
8）报警搜寻命令辨别并标记超出程序限制温度（温度报警条件）的器件；
可选
9）负电压特征，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不可以正常工作。
b.DS18B20的内部构造
DS18B20采纳3脚PR－35封装，如图2所示；DS18B20的内部构造，如图3所示。
引脚说明：
地
数据线
可选
图2DS18B20封装
[5]
内部构造主要由四部分构成：
1）64位光刻ROM。
开始8位是产品种类的编号，接着是每个器件的唯一的序号，共
-3-
鸡舍温度控制系统
有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20能够采纳一线进行通信的原由[10]。
64位闪速ROM的构造以下：
8b查验CRC48b序列号8b工厂代码（10H）
MSBLSBMSBLSBMSBLSB
储存器和控制逻辑
位
和
内部
单线端口
温度传感器
暂存器
上限触发
电源
探测
下限触发
位
产生器
图3DS18B20内部构造
2）非挥发的温度报警触发器TH和TL，可经过软件写入用户报警上下限值。
3）高速暂存储存，能够设置DS18B20温度变换的精度。
DS18B20温度传感器的内部储存器还包含一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦
除的E2PRAM。
高速暂存RAM的构造为8字节的储存器，构造如图3所示。
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，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，它的内容用于确立温度值的数字变换分辨率。
DS18B20工作
时寄存器中的分辨率变换为相应精度的温度数值。
它的内部储存器构造和字节定义如图3
所示。
低5位向来为１，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，
Byte0
温度丈量值LSB（50H）
Byte1
温度丈量值MSB（50H）
E2PROM
Byte2
TH高温寄存器
----
TH高温寄存器
Byte3
TL低温寄存器
----
TL低温寄存器
Byte4
配位寄存器
----
配位寄存器
Byte5
预留（FFH）
Byte6
预留（0CH）
Byte7
预留（IOH）
Byte8
循环冗余码校验（CRC）
图4DS18B20内部储存器构造
-4-
整体设计方案
DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去变动，R1和R0决定温度变换的精度位数，来设
置分辨率,如图4。
TMR1
R0
1
1
1
1
1
图5DS18B20字节定义
由表1可见，分辨率越高，所需要的温度数据变换时间越长。
所以，在实质应用中要
将分辨率和变换时间衡量考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保存未用，表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有
8字节的CRC码，可用来查验数据，从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度变换命令后，开始启动变换。
变换达成后的温度值就以16位
带符号扩展的二进制补码形式储存在高速暂存储存器的第1、2字节。
单片机能够经过单
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0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正当，能够直接将二进制位变换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变为原码，再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据[6]。
表1DS18B20温度变换时间表：
R1
R0
分辨率/位
温度最大转向时间/ms
0
0
9
0
1
10
1
0
11
375
1
1
12
750
表2
一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
00000111
11010000
07D0H
+85
00000101
01010000
0550H
00000001
10010000
0191H
00000000
10100001
00A2H
00000000
00000010
0008H
0
00000000
00001000
0000H
11111111
11110000
FFF8H
11111111
01011110
FF5EH
11111110
01101111
FE6FH
-55
11111100
10010000
FC90H
-5-
鸡舍温度控制系统
4）CRC的产生
在64bROM的最高有效字节中储存有循环冗余校验码（CRC）。
主机依据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据能否正确。
此外，因为DS18B20单线通信功能是分时达成的，它有严格的时隙观点，所以读写时
序很重要。
系统对DS18B20的各样操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复
位脉冲）→发ROM功能命令→发储存器操作命令→办理数据。
3DS18B20温度传感器简介
3.1温度传感器的历史及简介
温度的丈量是从金属（物质）的热胀冷缩开始。
水银温度计到现在还是各样温度丈量的计
量标准。
但是它的弊端是只好近距离观察，并且水银有毒，玻璃管易碎。
取代水银的有酒
精温度计和金属簧片温度计，它们固然没有毒性，但丈量精度很低，只好作为一个大要指
示。
可是在居民住所中使用已可知足要求。
在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指
示，出现了很多不一样的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光
纤式及石英谐振型等。
它们都是鉴于温度变化惹起其物理参数（如电阻值，热电势等）的变
化的原理。
跟着大规模集成电路工艺的提升，出现了多种集成的数字化温度传感器。
3.2DS18B20工作原理
3.2.1DS18B20的工作时序
依据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20达成温度变换一定经过三个步骤：
（1）每一次读写从前都一定要对DS18B20进行复位；
（2）复位成功后发送一条ROM指令；
（3）最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预约的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，而后开释，DS18B20收到信号后等候15～
60微秒左右后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
其工作
时序包含初始化时序、写时序和读时序，详细工作方法如图5，6，7所示。
a.初始化时序
-6-
DS18B20温度传感器简介
等候15-60
主机
最小480
主机复位脉冲
响应脉
最小480US
冲60~240
图6初始化时序
总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。
应答脉冲使主机知
道，总线上有从机设施，且准备就绪。
主机输出低电平，保持低电平常间起码480us，以
产生复位脉冲。
接着主机开释总线，4.7KΩ上拉电阻将总线拉高，延时15～60us，并进入
[12]
接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us。
b.写时序
主机写"0"时序主机写"1"时序
>1>1
采
采
样15~45
样15~45
图7写时序
写时序包含写
0时序和写1时序。
所有写时序起码需要60us，且在2次独立的写时序
之间起码需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。
写
1时序，主机输出低电平，延时
2us，而后开释总线，延时60us。
写0时序，主机输出低电平，延时60us，而后开释总线，
[8]
延时2us。
c.读时序
-7-
鸡舍温度控制系统
主机写"0"时序主机写"1"时序
>1>1
主机采样
主机采样
45
45
图8读时序
总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令
后，一定立刻产生读时序，以便从机能够传输数据。
所有读时序起码需要60us，且在2次
独立的读时序之间起码需要1us的恢复时间。
每个读时序都由主机倡始，起码拉低总线1us。
主机在读时序时期一定开释总线，并且在时序开端后的15us以内采样总线状态。
主机输出低电平延时2us，而后主机转入输入模式延时12us，而后读取总线目前电平，而后延时
[4]
50us。
3.2.2ROM操作命令
[3]
当主机收到DSl8B20的响应信号后，便能够发出ROM操作命令之一，这些命令如表3：
ROM操作命令。
3.3DS18B20的测温原理
[6]
3.3.1DS18B20的测温原理
每一片DSl8B20在其ROM中都存有其独一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中。
主机在进入操作程序前一定用读ROM（33H）命令将该DSl8B20的序列号读出。
程序能够先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，以后经过般配ROM，再逐个
地读回每个DSl8B20的温度数据。
DS18B20的测温原理如图9所示，图中低温度系数晶振的振荡频次受温度的影响很小，
用于产生固定频次的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频次
显然改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门
翻开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，从而达成温度丈量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次丈量前，第一将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
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，当减法计
-8-
DS18B20温度传感器简介
表3ROM操作命令
指令
商定代码
功
能
读ROM
33H
读DS18B20ROM中的编码
发出此命令以后，接着发出
64位ROM编码，接见单线总
切合ROM
55H
线上与该编码相对应的DS18B20使之作出响应，为下一
步对该DS18B20的读写作准备
搜寻ROM
0F0H
用于确立挂接在同一总线上
DS18B20的个数和辨别64位
ROM地点，为操作各器件作好准备
跳过ROM
0CCH
忽视64位ROM地点，直接向DS18B20发温度变换命令，
合用于单片工作。
告警搜寻
0ECH
履行后，只有温度超出设定值上限或许下限的片子才做
命
令
出响应
温度变换
44H
启动DS18B20进行温度变换，变换时间最长为500MS，结
果存入内部9字节RAM中
读暂存器
0BEH
读内部RAM中9字节的内容
写暂存器
4EH
发出向内部RAM的第3，4字节写上、下限温度数据命令，
紧跟读命令以后，是传递两字节的数据
复制暂存器
48H
将E2PRAM中第3，4字节内容复制到E2PRAM中
重调E2PRAM
0BBH
将E2PRAM中内容恢复到RAM中的第3，4字节
读供电
0B4H
读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，
方
式
外接电源供电DS18B20发送“1”
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的预置将从头被装入，减法计数器1从头开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，这样循环直到减法计数器
2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图8
中的斜率累加器用于赔偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置
值，只需计数门仍未封闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是
DS18B20的测温原理。
此外，因为DS18B20单线通信功能是分时达成的，他有严格的时隙观点，所以读写时
序很重要。
系统对DS18B20的各样操作一定按协议进行。
操作协议为：
初始化DS18B20（发
复位脉冲）→发ROM功能命令→发储存器操作命令→办理数据。
-9-
鸡舍温度控制系统
斜坡累加器
预置计数比较器
低温度系数减法计数器预置
振荡器
减到0温度寄存器
高温度系数
振荡器减法计数器减到0
图9测温原理内部装置
3.3.2DS18B20的测温流程
初始化跳过ROM温度变换延时1S
DS18B20般配
数码管显示变换成显示码读暂存器跳过ROM
般配
图10DS18B20测温流程
4单片机接口设计
DS18B20能够采纳两种方式供电，一种是采纳电源供电方式，此时DS18B20的1脚接
地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式，如图11所示单片机端口
接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内供给足够的电流，可用一个MOSFET管
来达成对总线的上拉。
本设计采纳电源供电方式，口接单线总线为保证在有效的
DS18B20时钟周期内供给足够的电流，可用一个MOSFET管和89S51的P1.0来达成对总线的上拉。
当DS18B20处于写储存器操作和温度A/D变换操作时，总线上一定有强的上拉，上拉开启时间最大为10μs。
采纳寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。
因为单线制
只有一根线，所以发送接收口一定是三状态的。
主机控制DS18B20达成温度变换一定经过
3个步骤：
初始化、ROM操作指令、储存器操作指令。
-10-
单片机接口设计
18B20
单
片
机
GNDVCC
图11DS18B20与单片机的接口电路
5系统整体设计
5.1系统硬件电路设计
主板电路设计（如附录2）
单片机的P1.0接DS18B20的2号引脚，P0口送数P2口扫描，P1.1、P1.2控制加热
器和电电扇的继电器。
各部分电路
（1）显示电路
显示电路采纳了7段共阴数码管扫描电路，节俭了单片机的输出端口，便于程序的编
写。
图12显示电路图
-11-
鸡舍温度控制系统
（2）单片机电路
图13单片机电路引脚图
（3）AT89SISP下载口电路
图14下载口电路引脚图
此电路连结单片机。
（4）DS18B20温度传感器电路
图15温度传感器电路引脚图
-12-
系统整体设计
（5）继电器电路
图中P1.1引脚控制加热器继电器，P1.2引脚控制电电扇继电器。
给低电平，
三极管导通，电磁铁触头放下来开始工作；相同给P1.2低电平，三极管导通，电磁铁触头放下来开始工作。
图16继电器电路图
（6）晶振控制电路
图17晶振控制电路图
（7）复位电路
图18复位电路图
-13-
鸡舍温度控制系统
系统软件设计
系统软件设计的整体思想
一个应用系统要达成各项功能，第一一定有较完美的硬件作保证。
同时还一定获得相应设计合理的软件的支持，特别是微机应用高速发展的今日，很多由硬件达成的工作，都可经过软件编程而取代。
甚至有些一定采纳很复杂的硬件电路才能达成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号办理等。
所以充足利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采纳与S51系列单片机相对应的51汇编语言和构造化程序设计方法进行软件编程。
程序设计语言有三种：
机器语言、汇编语言和高级语言。
机器语言是机器独一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最后都一定翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，而后逐个履行。
高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可经过于各样不一样的计算机，用户编程时不用认真认识所用的计算机的详细性能与指令系统，并且语句的功能强，常常一个语句已相当于好多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和沟通，但是本系统却采纳了汇编语言。
原由在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言能够不用像高级语言那样占用许多的储存空间，适合于储存容量较小的系统。
同时，本系统对位办理要求很高，需要解决大批的逻辑控制问题。
MCS—51指令系统的指令长度较短，它在储存空间和履行时间方面拥有较高的效率，
编成的程序占用内存单元少，履行也特别的快捷，与本系统的应用要求很适合。
并且MCS
—51指令系统有丰富的位操作（或称位办理）指令，能够形成一个相当完好的位操作指令子集，这是MCS—51指令系统主要的长处之一。
关于要求反响敏捷与控制及
升级会员 