畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第1章緒論多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)是比較常見的和典型溫度測控系統(tǒng)，溫度是塑料大棚生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，在塑料大棚中要根據(jù)溫度光照等參量驚醒調(diào)節(jié)。是光合作用和呼吸作用達(dá)到一個(gè)理想的狀態(tài)，從而增加蔬菜的產(chǎn)量。因此，對溫度的時(shí)時(shí)測控是達(dá)到目的的一種重要的手段。本設(shè)計(jì)是針對MCS51型AT89C51系列單片機(jī)在檢測和控制方面的應(yīng)用，分析溫度控制系統(tǒng)實(shí)際。在設(shè)計(jì)中，首先介紹了一下在設(shè)計(jì)中用到的一些重要芯片，如AT89C51、AD0809等，使讀者在閱讀過程中，對各個(gè)芯片的具體功能更加清晰；在溫度采集電路設(shè)計(jì)中，以大量的篇幅介紹了溫度采集與數(shù)據(jù)變換過程，并將設(shè)計(jì)的流程圖，并將溫度的數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)的傳遞到上位機(jī)上，使用戶可以足不出戶就能了解大棚內(nèi)的溫度。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2第2章整體方案本方案采用基于DS18B20分布式多點(diǎn)測溫方式實(shí)現(xiàn)對整個(gè)大棚內(nèi)溫度實(shí)施測控，并且采用比較流行的AT89S51作為電路的控制核心,使用12位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,控制電路部分采用繼電器控制通風(fēng)機(jī)從而實(shí)現(xiàn)降溫要求。（圖一）有多個(gè)DS18B20采集數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)分布式多點(diǎn)測溫，再有單片機(jī)上傳到上位機(jī)在上位機(jī)上顯示溫度。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,控制電路可靠，有較強(qiáng)的通用性。所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)有以下功能：溫度控制設(shè)定波動范圍小于1%,測量精度小于1%,控制精度小于2%,超調(diào)整量小于4%；當(dāng)溫度過高時(shí)可以通過通風(fēng)設(shè)施實(shí)現(xiàn)降溫；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值；按鍵控制：設(shè)置復(fù)位鍵、運(yùn)行鍵、功能轉(zhuǎn)換鍵。越限報(bào)警，當(dāng)越限是上位機(jī)按鈕顏色有綠變紅。當(dāng)溫度回到設(shè)定范圍時(shí)按鈕顏色恢復(fù)正常。單片機(jī)報(bào)警上位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)碼管顯示溫度采集畢業(yè)設(shè)計(jì)論文32.1方案實(shí)現(xiàn)利用單片機(jī)、DELPHI和USB測控模塊設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，燈模擬加熱系統(tǒng)，DS18B20進(jìn)行測溫，對溫度在一定范圍內(nèi)進(jìn)行控制，如果超出上限范圍將關(guān)閉，如果溫度低于下限溫度將打開模擬加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱。打開系統(tǒng)后首先點(diǎn)停止，然后設(shè)置上下限溫度（上限溫度應(yīng)超過下限溫度，當(dāng)設(shè)置上限溫度小于下限溫度時(shí)則會出現(xiàn)警告“您輸入的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤！”），然后點(diǎn)開始，系統(tǒng)進(jìn)行工作。例如:設(shè)置上限溫度為40度，下限溫度為35度。點(diǎn)擊“開始”報(bào)警點(diǎn)為白色；當(dāng)溫度在35度和40度之間時(shí)，報(bào)警變綠；當(dāng)溫度超過40度時(shí)，報(bào)警變紅。2.2設(shè)計(jì)方案及工作原理利用單片機(jī)的18B20測得環(huán)境溫度，經(jīng)過單片機(jī)處理，不十進(jìn)制的溫度數(shù)轉(zhuǎn)化成8位二進(jìn)制數(shù)并發(fā)送到P0口，連接USB模塊和單片機(jī)P0口，讓他們同電位，也就是說單片機(jī)測得的溫度就轉(zhuǎn)化成了USB模塊可以是別的二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過串口線接口送到上位機(jī)，再利用DELPHI軟件編程獲得實(shí)際溫度的十進(jìn)制數(shù)并顯示出來。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4第3章硬件3.1DS18B20單總線數(shù)字溫度計(jì)3.1.1DS18B20特性*獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊*簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用*無需外部器件*可通過數(shù)據(jù)線供電*零待機(jī)功耗*測溫范圍-55+125，以0.5遞增。華氏器件-67+257F，以0.9F遞增*溫度以9位數(shù)字量讀出*溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值）*用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置*報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件*應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測系統(tǒng)3.1.2DS18B20說明DS1820數(shù)字溫度計(jì)以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS1820通過一個(gè)單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS1820之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源，因?yàn)槊總€(gè)DS1820都有一個(gè)獨(dú)特的片序列號，所以多只DS1820可以同時(shí)連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。引腳說明（圖二）（圖二）的方框圖示出了DS1820的主要部件表2.1的DS18B20詳細(xì)引腳描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。（表2.1）DS1820有三個(gè)主要數(shù)字部件：1）64位激光ROM，2）溫度傳感器，3）非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。DS1820也可用外部5V電源供電。DS1820依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5個(gè)ROM操作命令之一：1）讀ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳過ROM，5）報(bào)警搜索。這些命令對每個(gè)器件的激光ROM部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個(gè)器件時(shí)，可以區(qū)分出單個(gè)器件，同時(shí)可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條ROM操作序列后，即可進(jìn)行存儲器和控制操作，控制器可以提供6條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS1820完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS1820的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL各由一個(gè)EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對DS1820使用報(bào)警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用。可以用一條存儲器操作命令對TH和TL進(jìn)行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。3.1.3寄生電源寄生電源的方框圖見圖1。這個(gè)電路會在I/O或VDD引腳處于高電平時(shí)“偷”能量。當(dāng)有特定的時(shí)間和電壓需求時(shí)（見節(jié)標(biāo)題“單線總線系統(tǒng)”），I/O要提供足夠的能量。寄生電源有兩個(gè)好處：1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫時(shí)，無需本地電源，2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀ROM。要想使DS1820能夠進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須在轉(zhuǎn)換期間保證供電。由于DS1820的工作電流達(dá)到1mA，所以僅靠5K上拉電阻提供電源是不行的，當(dāng)幾只DS1820掛在同一根I/O線上并同時(shí)想進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，這個(gè)問題變得更加尖銳。有兩種方法能夠使DS1820在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)。第一種方法，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲器操作時(shí)，給I/O線提供一個(gè)強(qiáng)上拉。用MOSFET把I/O線直接拉到1上就可以實(shí)現(xiàn)，見圖2。在發(fā)出任何涉及拷貝到E存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的協(xié)議之后，必須在最多10s之內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉。使用寄生電源方式時(shí)，VDD引腳必須接地。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文63.1.4分組測試方法本文以DS18B20與89C52接口進(jìn)行分組方法說明，假設(shè)89C52的P1口可用于擴(kuò)展的總線根數(shù)為4，測溫系統(tǒng)共需100個(gè)DS18B20，可將100個(gè)傳感器平均分配，分別掛在4根I/0線上，若存在傳感器數(shù)量不能被總線根數(shù)整除現(xiàn)象，則可使所有總線上所掛傳感器個(gè)數(shù)差別不超過1，在進(jìn)行讀數(shù)時(shí)稍作處理就能解決，電源方式采用外部供電方式，由于各DS18B20轉(zhuǎn)換方式是采用同時(shí)轉(zhuǎn)換，所以需要電流較大，不能利用信號線供電，否則系統(tǒng)無法正常工作。接線示意圖如下圖2所示(同組的DS18B20信號線都掛在P1口的某根總線上)。DS18B20的讀寫控制須嚴(yán)格按照時(shí)序要求進(jìn)行，其流程如下，首先給所有的DS18B20發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖，復(fù)位結(jié)束后同時(shí)從各I/O口發(fā)送SkipROM命令，接著發(fā)送轉(zhuǎn)換命令，全部傳感器開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后向各路同時(shí)發(fā)送MatchRom命令,接著發(fā)送64位序列號，各組分別選中一個(gè)DS18B20，然后讀取ScratchPad數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將串行讀入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)際的溫度值，循環(huán)讀取25次將所有DS18B20溫度數(shù)據(jù)完全讀完，巡檢一次的任務(wù)完成，流程具體如左圖3所示。下面進(jìn)行單總線方式和分組方式測試（都采用同時(shí)轉(zhuǎn)換方式）系統(tǒng)耗時(shí)分析,圖4-6分別為DS18B20的復(fù)位時(shí)序、微處理器寫一位和讀一位的時(shí)序3。由圖可知:復(fù)位時(shí)間為：495us-1020us寫一位的時(shí)間:60us-120us讀一位的時(shí)間:60us以上畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7讀寫相臨一位時(shí)間間隔:1us由于模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間為97.35ms(9位精度),所以總的巡檢時(shí)間若均按最短時(shí)間計(jì)算分別為：（1）總線方式：495us+2*(8*60+7)us+97.35ms+495us+100*(64*60+63+8*60+7+9*60+8)us=552.534ms(2)分組方式495us+2*（8*60+7）us+97.35ms+20(64*60+63+8*60+7+9*60+8)us=189.804ms數(shù)制轉(zhuǎn)換和存儲時(shí)間因?yàn)檎伎偟难矙z時(shí)間比重很小、以及晶振頻率無法確定，此處未做計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果可知，采用分組方式巡檢時(shí)間能得到明顯降低。3.1.5DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對DS18B20芯片的訪問。由畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20采用外部供電方式，單總線長度也不宜超過80M，否則也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。對DS18B20的設(shè)計(jì)，需要注意以下問題：（1）對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用DS18B20的高測溫分辨力時(shí)，對時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。（2）測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。DS18B20在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將VCC與GND接在一起，焊接牢固。若VCC脫開未接，傳感器只送85.0的溫度值。（3）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動能力，不能掛接過多的DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另一種給DS1820供電的方法是從VDD引腳接入一個(gè)外部電源，見圖3。這樣做的好處是I/O線上不需要加強(qiáng)上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)往來。另外，在單線總線上可以掛任意多片DS1820。3.1.6AT89S51功能描述：AT89S51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。端口引腳的第二功能：畢業(yè)設(shè)計(jì)論文9（1）P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)；P3.2INTO(外中斷0)；（2）P3.3INT1(外中斷1)；P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)；P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)；（3）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)；P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)3.2單總線目前常用的微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有I2C總線、SPI總線和SCI總線。其中I2C總線以同步串行2線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線），SPI總線則以同步串行3線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而SCI總線是以異步方式進(jìn)行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線