畢業(yè)設計論文1第1章緒論多點溫度控制系統(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節(jié)。是光合作用和呼吸作用達到一個理想的狀態(tài)，從而增加蔬菜的產(chǎn)量。因此，對溫度的時時測控是達到目的的一種重要的手段。本設計是針對MCS51型AT89C51系列單片機在檢測和控制方面的應用，分析溫度控制系統(tǒng)實際。在設計中，首先介紹了一下在設計中用到的一些重要芯片，如AT89C51、AD0809等，使讀者在閱讀過程中，對各個芯片的具體功能更加清晰；在溫度采集電路設計中，以大量的篇幅介紹了溫度采集與數(shù)據(jù)變換過程，并將設計的流程圖，并將溫度的數(shù)據(jù)時時的傳遞到上位機上，使用戶可以足不出戶就能了解大棚內(nèi)的溫度。畢業(yè)設計論文2第2章整體方案本方案采用基于DS18B20分布式多點測溫方式實現(xiàn)對整個大棚內(nèi)溫度實施測控，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)轉換器AD574A進行數(shù)據(jù)轉換,控制電路部分采用繼電器控制通風機從而實現(xiàn)降溫要求。（圖一）有多個DS18B20采集數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)分布式多點測溫，再有單片機上傳到上位機在上位機上顯示溫度。該設計結構簡單,控制電路可靠，有較強的通用性。所設計的控制系統(tǒng)有以下功能：溫度控制設定波動范圍小于1%,測量精度小于1%,控制精度小于2%,超調整量小于4%；當溫度過高時可以通過通風設施實現(xiàn)降溫；實時顯示當前溫度值；按鍵控制：設置復位鍵、運行鍵、功能轉換鍵。越限報警，當越限是上位機按鈕顏色有綠變紅。當溫度回到設定范圍時按鈕顏色恢復正常。單片機報警上位機執(zhí)行機構數(shù)碼管顯示溫度采集畢業(yè)設計論文32.1方案實現(xiàn)利用單片機、DELPHI和USB測控模塊設計一個溫度控制系統(tǒng)，燈模擬加熱系統(tǒng)，DS18B20進行測溫，對溫度在一定范圍內(nèi)進行控制，如果超出上限范圍將關閉，如果溫度低于下限溫度將打開模擬加熱系統(tǒng)進行加熱。打開系統(tǒng)后首先點停止，然后設置上下限溫度（上限溫度應超過下限溫度，當設置上限溫度小于下限溫度時則會出現(xiàn)警告“您輸入的數(shù)據(jù)錯誤！”），然后點開始，系統(tǒng)進行工作。例如:設置上限溫度為40度，下限溫度為35度。點擊“開始”報警點為白色；當溫度在35度和40度之間時，報警變綠；當溫度超過40度時，報警變紅。2.2設計方案及工作原理利用單片機的18B20測得環(huán)境溫度，經(jīng)過單片機處理，不十進制的溫度數(shù)轉化成8位二進制數(shù)并發(fā)送到P0口，連接USB模塊和單片機P0口，讓他們同電位，也就是說單片機測得的溫度就轉化成了USB模塊可以是別的二進制數(shù)，經(jīng)過串口線接口送到上位機，再利用DELPHI軟件編程獲得實際溫度的十進制數(shù)并顯示出來。畢業(yè)設計論文4第3章硬件3.1DS18B20單總線數(shù)字溫度計3.1.1DS18B20特性*獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊*簡單的多點分布應用*無需外部器件*可通過數(shù)據(jù)線供電*零待機功耗*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)字量轉換時間200ms（典型值）*用戶可定義的非易失性溫度報警設置*報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件*應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)3.1.2DS18B20說明DS1820數(shù)字溫度計以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS1820通過一個單線接口發(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）。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源，因為每個DS1820都有一個獨特的片序列號，所以多只DS1820可以同時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。當被用著在寄生電源下，畢業(yè)設計論文5也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。（表2.1）DS1820有三個主要數(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，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5個ROM操作命令之一：1）讀ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳過ROM，5）報警搜索。這些命令對每個器件的激光ROM部分進行操作，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時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。溫度報警觸發(fā)器TH和TL各由一個EEPROM字節(jié)構成。如果沒有對DS1820使用報警搜索命令，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行讀寫。3.1.3寄生電源寄生電源的方框圖見圖1。這個電路會在I/O或VDD引腳處于高電平時“偷”能量。當有特定的時間和電壓需求時（見節(jié)標題“單線總線系統(tǒng)”），I/O要提供足夠的能量。寄生電源有兩個好處：1）進行遠距離測溫時，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能夠進行精確的溫度轉換，I/O線必須在轉換期間保證供電。由于DS1820的工作電流達到1mA，所以僅靠5K上拉電阻提供電源是不行的，當幾只DS1820掛在同一根I/O線上并同時想進行溫度轉換時，這個問題變得更加尖銳。有兩種方法能夠使DS1820在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應。第一種方法，當進行溫度轉換或拷貝到E2存儲器操作時，給I/O線提供一個強上拉。用MOSFET把I/O線直接拉到1上就可以實現(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換的協(xié)議之后，必須在最多10s之內(nèi)把I/O線轉換到強上拉。使用寄生電源方式時，VDD引腳必須接地。畢業(yè)設計論文63.1.4分組測試方法本文以DS18B20與89C52接口進行分組方法說明，假設89C52的P1口可用于擴展的總線根數(shù)為4，測溫系統(tǒng)共需100個DS18B20，可將100個傳感器平均分配，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數(shù)差別不超過1，在進行讀數(shù)時稍作處理就能解決，電源方式采用外部供電方式，由于各DS18B20轉換方式是采用同時轉換，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的讀寫控制須嚴格按照時序要求進行，其流程如下，首先給所有的DS18B20發(fā)送一個復位脈沖，復位結束后同時從各I/O口發(fā)送SkipROM命令，接著發(fā)送轉換命令，全部傳感器開始轉換，轉換結束后向各路同時發(fā)送MatchRom命令,接著發(fā)送64位序列號，各組分別選中一個DS18B20，然后讀取ScratchPad數(shù)據(jù)，最后進行數(shù)據(jù)轉換，將串行讀入的數(shù)據(jù)轉換實際的溫度值，循環(huán)讀取25次將所有DS18B20溫度數(shù)據(jù)完全讀完，巡檢一次的任務完成，流程具體如左圖3所示。下面進行單總線方式和分組方式測試（都采用同時轉換方式）系統(tǒng)耗時分析,圖4-6分別為DS18B20的復位時序、微處理器寫一位和讀一位的時序3。由圖可知:復位時間為：495us-1020us寫一位的時間:60us-120us讀一位的時間:60us以上畢業(yè)設計論文7讀寫相臨一位時間間隔:1us由于模數(shù)轉換時間為97.35ms(9位精度),所以總的巡檢時間若均按最短時間計算分別為：（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)制轉換和存儲時間因為占總的巡檢時間比重很小、以及晶振頻率無法確定，此處未做計算，由計算結果可知，采用分組方式巡檢時間能得到明顯降低。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)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，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)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由畢業(yè)設計論文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)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(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序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(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。在實際應用中還可以使用一個MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。對DS18B20的設計，需要注意以下問題：（1）對硬件結構簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行操作，需要用較為復雜的程序完成。編制程序時必須嚴格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關操作順序進行，讀、寫時間片程序要嚴格按要求編寫。尤其在使用DS18B20的高測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(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，屏蔽層在源端單點接地。DS18B20在三線制應用時，應將其三線焊接牢固；在兩線應用時，應將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）實際應用時，要注意單線的驅動能力，不能掛接過多的DS18B20，同時還應注意最遠接線距離。另外還應根據(jù)實際情況選擇其接線拓撲結構。另一種給DS1820供電的方法是從VDD引腳接入一個外部電源，見圖3。這樣做的好處是I/O線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉換期間總保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線總線上進行其他數(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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S51具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。端口引腳的第二功能：畢業(yè)設計論文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/計數(shù)器0)；P3.5T1(定時/計數(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與外設之間進行數(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線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)線），SPI總線則以同步串行3線方式進行通信（一條時鐘線，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行通信（一條數(shù)據(jù)輸入線