毕业设计上下限温度控制.docx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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 : 控制部分主芯片采纳单片机 AT89S51；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；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

6、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

7、 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 2 DS18B20

8、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 CRC 48b 序列号 8b 工厂代码（ 10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB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 3 DS18B20 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

9、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， TM是工作模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式，B

10、yte0温度丈量值 LSB （50H）Byte1温度丈量值 MSB （50H）E2PROMByte2TH 高温寄存器-TH 高温寄存器Byte3TL 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 4 DS18B20 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。TM R1R011111图 5 DS18B20 字节定义由表 1 可见，分辨率越高，所需要的温度数

11、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

12、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 1 DS18B20温度变换时间表：R1R0分辨率/位温度最大转向时间 /ms009011010113751112750表 2一部分温度对应值表温度/ 二进制表示十六进制表示+1250000 01111101 000007D0H+850000 01010101 00000550H0000 00011001 00000191H0000 00001010 000100A2H0000 00000000 00100008H00000 00000000 10000000H1111 11111111 0000

13、FFF8H1111 11110101 1110FF5EH1111 11100110 1111FE6FH-551111 11001001 0000FC90H- 5 -鸡舍温度控制系统4) CRC的产生在 64 b ROM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

14、令发储存器操作命令办理数据。3 DS18B20 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

15、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。3.2 DS18B20 工作原理3.2.1 DS18B20 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 1560 微秒左右后发出 60240 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

16、，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60240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， 4.7K 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1545样1545图7 写时序

17、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4545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

18、 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450us 。3.2.2 ROM 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。3.3 DS18B20 的测温原理63.3.1 DS18B20 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(3

19、3H)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

20、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3 ROM操作命令指令商定代码功能读 ROM33H读 DS18B20 ROM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 ROM55H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 ROM0F0H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 ROM0CCH忽视 64 位

21、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 E2PRAM0BBH将 E2PRAM中内容恢复到 RAM中的第 3，4 字节读 供 电0B4H读 DS18B2

22、0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

23、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3.3.2 DS18B20 的测温流程初始化 跳过 ROM 温度变换 延时 1SDS18B20 般配数码管显示 变换成显示码 读暂存器 跳过 ROM般配图 10 DS18B20 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

24、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 10 s。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

25、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GND VCC图 11 DS18B20 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

26、 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

27、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，

28、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 MCS51 指令系统主要的长处之一。关于要求反响敏捷与控制及