實用溫度控制器的設計畢業論文設計編號：審定成績：重慶郵電大學畢業設計〔論文〕設計〔論文〕題目： 單位〔系別〕： 通信工程系 學生姓名： 專業： 班級： 學號： 指導教師： 辯論組負責人： 填表時間：年月重慶郵電大學教務處制

3月16日至4月15日：研究內容實踐、實例研究，關鍵問題研究；4月16日至5月23日：提綱研究，論文的撰寫，定稿；5月24日至6月初：準備辯論。 主要參考文獻 [1]辜小兵．韓光勇．單片機與根底應用重慶大學出版社單片機應用M]．重慶大學出版社．2004．[3]何立民．單片機高級教程:應用與設計第2版[M]．北京航天航空大學出版社．2007．[4]陳躍東．DS18B20集成溫度傳感器原理與應用[J]．2002．[5]周月霞．DS18B20硬件連接及軟件編程[J]．傳感器世界．2001.12． 指導教師簽字：2021年1月5日教研室主任簽字：2021年1月6日 備注：此任務書由指導教師填寫，并于畢業設計論文開始前下達給學生。摘要溫度是日常生活中無時不在的物理量，溫度的控制在各個領域都有積極的意義。很多行業中都有大量的用電加熱設備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機對它們進行控制，不僅具有方便、簡單、靈活性強等特點，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量。因此，智能化溫度控制技術正被廣泛地采用。本溫度設計采用現在流行的AT89S51單片機，配以DS18B20數字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設置溫度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比擬，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設備。本設計還參加了常用的數碼管顯示及狀態燈顯示燈常用電路，使得整個設計更加完整，更加靈活。它可以實時的顯示和設定溫度，實現對溫度的自動控制。通過測試說明，本設計對溫度的控制有方便、簡單的特點，從而大幅提高了被控溫度的技術指標?！娟P鍵詞】AT89S51單片機DS18B20溫度傳感器溫度控制繼電器

ABSTRACTThetemperatureisconstantlyinthedailylifeofphysicalandtemperaturecontrolsinvariousfieldshaveapositivemeaning.Alotofbusinesseshavealotofpowerheatingequipment,suchasthatusedfortheheattreatmentfurnace,formeltingmetalcrucibleresistanceheatersandthevarioususesoftemperaturebins,SCMusingtheirrighttocontrolnotonlyeasytocontrol,simple,suchasthecharacteristicsofflexibility,butcanalsosignificantlyincreasethetemperaturewaschargedwiththetechnicalindicators,whichcangreatlyenhancethequalityoftheproducts.Therefore,intelligenttemperaturecontroltechnologyisbeingwidelyadopted.ThetemperaturewasdesignedwiththenowpopularAT89S51SCM,andwithDS18B20digitaltemperaturesensor.Thetemperaturesensorcansetuptheirowntemperaturecollars.SCMwilldetectthatthetemperatureoftheinputsignalandtemperature,thelowercomparisonsthisjudgmentwhethertoactivatetherelaytoopentheequipment.Thedesignalsoincludescommonlyuseddigitaldisplayandcontrolstatelightscommonlyusedcircuit,makingthewholedesignmorecomplete,moreflexible.Passedthetestsshowthatthedesignofthetemperaturecontrolisconvenientandsimplecharacteristics,thusgreatlyraisingthetemperaturewaschargedwiththetechnicalindicators.【Keyword】AT89S51DS18B20temperaturesensorTemperaturecontrolRelay

目錄16第一節系統結構框圖 17第二節人機交互與串口通信單元設計 18一、輸入電路設計 18二、顯示電路設計 18三、串口通信電路 19第三節控制執行單元設計 20一、鍵盤單元………………………...…..20二、溫度控制及超溫警報單元.........................................................................................22第四章系統軟件設計 23第一節系統軟件設計整體思路 23第二節系統主程序流程圖 24第三節溫度采集子程序流程圖 25第四節數據轉換子程序流程圖 26第五節動態顯示子程序流程圖 27第六節控制執行子程序流程圖 28結論 29參考文獻 30致謝 31附錄 32一、程序代碼................................................................................................................. 32二、英文文獻........................................................................................................................37三、英文翻譯........................................................................................................................40前言溫度控制系統廣泛應用于社會生活的各個領域,如家電、汽車、材料、電力電子等,常用的控制電路根據應用場合和所要求的性能指標有所不同,在工業企業中,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現場技術人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,滯后現象嚴重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數學模型,從而導致控制系統性能不佳,甚至出現控制不穩定、失控現象。傳統的繼電器調溫電路簡單實用，但由于繼電器動作頻繁,可能會因觸點不良而影響正常工作?？刂祁I域還大量采用傳統的PID控制方式,但PID控制對象的模型難以建立,并且當擾動因素不明確時,參數調整不便仍是普遍存在的問題。而采用數字溫度傳感器DS18B20，因其內部集成了A/D轉換器，使得電路結構更加簡單，而且減少了溫度測量轉換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數字溫度傳感器DS18B20只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數據線就可以和主電路連接，故可以把數字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個數字溫度傳感器DS18B20進行范圍的溫度檢測。第一章緒論第一節溫度控制系統設計的背景、開展歷史及意義隨著社會的開展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領域的應用，智能化已是現代溫度控制系統開展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統已應用到人們生活的各個方面，但溫度控制一直是一個未開發的領域，卻又是與人們息息相關的一個實際問題。針對這種實際情況，設計一個溫度控制系統，具有廣泛的應用前景與實際意義。溫度是科學技術中最根本的物理量之一，物理、化學、生物等學科都離不開溫度。在工業生產和實驗研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機械制造、糧食存儲、酒類生產等領域內，溫度常常是表征對象和過程狀態的最重要的參數之一。比方，發電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內；許多化學反響的工藝過程必須在適當的溫度下才能正常進行；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產品。沒有適宜的溫度環境，許多電子設備就不能正常工作，糧倉的儲糧就會變質霉爛，酒類的品質就沒有保障。因此，各行各業對溫度控制的要求都越來越高?？梢姡瑴囟鹊臏y量和控制是非常重要的。單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，在很多的電子產品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應運而生。第二節溫度控制系統的目的本設計的內容是溫度測試控制系統，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業領域應用相當廣泛，比方溫室、水池、發酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實在很多場所溫度都需要監控以防止發生意外。針對此問題，本系統設計的目的是實現一種可連續高精度調溫的溫度控制系統，它應用廣泛，功能強大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實用又廉價的控制系統。

第三節溫度控制系統完成的功能本設計是對溫度進行實時監測與控制，設計的溫度控制系統實現了根本的溫度控制功能：當溫度低于設定下限溫度時，系統自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當溫度高于設定上限溫度時，系統自動啟動風扇降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。當溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時，執行機構不執行。三個數碼管即時顯示溫度，精確到小數點一位。

第二章系統總體設計方案第一節單片機的介紹一、單片機的特點①高集成度，體積小，高可靠性單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業測控環境要求設計的，內部布線很短，其抗工業噪音性能優于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。②控制功能強為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統均有極豐富的條件:分支轉移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。③低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品為了滿足廣泛使用于便攜式系統，許多單片機內的工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數百微安。④易擴展片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構成各種規模的計算機應用系統。⑤優異的性能價格比單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可到達1MB和16MB，片內的ROM容量可達62MB，RAM容量那么可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高[1]。二、單片機系統的根本組成將CPU、存儲器、I/O接口電路集成到一塊芯片上，這個芯片稱為單片機。圖2.1單片機結構圖單片機作為一片集成了微型計算機根本部件的集成電路芯片，與通用計算機相比，自身不帶軟件，不能獨立運行；存儲容量小，沒有輸入、輸出設備，不能將系統軟件和應用軟件存儲到自身的存儲器中并加以運行，它自身沒有開發功能。所以，必須借助開發機來完成開發任務，即相應的軟、硬件設計和調試以及將調試好的程序固化到自身的存儲器中。第二節系統功能確實定和器件選取一、單片機的選擇由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的主流。單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統和嵌入式計算機系統兩個分支。通用計算機系統主要用于海量高速數值運算，不必兼顧控制功能，其數據總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統，以突出其高速海量數值運算的能力，在數據處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網絡通信中得到了廣泛應用；單片機作為最典型的嵌入式系統，由于其微小的體積和極低的本錢，廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業控制單元、辦公自動化設備以及通信產品中，成為現代電子系統中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現大大促進了現代計算機技術的飛速開展，成為近代計算機技術開展史上一個重要里程碑[2]。由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用存放器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數據傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結構到達最優化，工作也相對穩定。51的優點是價錢廉價，I/O，Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS-51系列單片機。MCS-51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統中最普遍的應用手段，并在工業控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果[3]。以MCS-51技術核心為主導的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CMOS單片機，同時增加了一些新的功能。這其中就包括AT89S51單片機。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內含4kBytesISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元AT89S51已經在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。AT89S51能對內部眾多I/O端口連接外圍設備進行精確操控，具有強大的工控能力AT89S51單片機。二、顯示器的選擇顯示器選用LED。LED顯示器是單片機應用系統中常見的輸出器件，而在單片機的應用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、本錢低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。LED數碼管作為顯示字段的數碼型顯示器件，它是由假設干個發光二極管組成的。當發光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發亮，控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符，常用的LED數碼管有7段和“米〞字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當某個發光二極管的陽極為高電平時，發光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當某個發光二極管的陰極接低電平時，發光二極管被點亮，相應的段被顯示。本次設計所用的LED數碼管顯示器為共陽極。LED數碼管的使用與發光二極管相同，根據材料不同正向壓降一般為1.5～2V，額定電流為10MA，最大電流為40MA。靜態顯示時取10MA為宜，動態掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不超過40MA。亦稱數字溫度傳感器是微電子技術、計算機技術和自動測試技術ATE的結晶。目前，已開發出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器或存放器和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器CPU、隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器MCU。1-WIRE總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的根底上開展而成的[4]。典型產品有DS18B20，，;它們還可以脫離微控制器單獨工作，DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，3引腳TO－92小體積封裝形式;溫度測量范圍為－55℃～＋125℃℃，16位數字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生;多個DS18B20可以并聯到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，，DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線〞接口，測量溫度范圍為-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃℃。DS18B20的精度較差為±℃?，F場溫度直接以“一線總線〞的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。適合于惡劣環境的現場溫度測量。如：環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統設計更靈活、方便。而且新一代產品更廉價，體積更小。DALLAS半導體公司的數字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線〞接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。現在，新一代的DS1820體積更小、更經濟、更靈活，使您可以充分發揮“一線總線〞的長處。由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B20。第三節溫度傳感器DS18B20的簡介一、DS18B20的特點①獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；②多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；③無須外部器件；④可通過數據線供電，電壓范圍為3.0～5.5V；⑤零待機功耗；⑥溫度以3位數字顯示；⑦用戶可定義報警設置；⑧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；⑨負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作[5]。二、DS18B20的內部結構DS18B20采用3腳PR－35封裝，如圖2.2所示；圖2.2DS18B20封裝DS18B20的內部結構主要由四局部組成：①64位光刻ROM。開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因64位閃速ROM的結構如下圖2.3DS18B20內部結構②非揮發的溫度報警觸發器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。③高速暫存2PRAM。高速暫存RAM的結構為8字節的存儲器，結構如表2.2所示。頭2個字節包含測得的溫度信息，第3和第4字節TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第5個字節，為配置存放器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。DS18B20工作時存放器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。表2.2DS18B20內部存儲器結構Byte0 溫度測量值LSB〔50H〕 Byte1 溫度測量值MSB〔50H〕 E2PROM Byte2 TH高溫存放器 ---- TH高溫存放器 Byte3 TL低溫存放器 ---- TL低溫存放器 Byte4 配位存放器 ---- 配位存放器 Byte5 預留〔FFH〕 Byte6 預留〔0CH〕 Byte7 預留〔IOH〕 Byte8 循環冗余碼校驗〔CRC〕

三、DS18B20的工作原理〔一〕DS18B20的工作時序根據DS18B20的通訊協議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位復位成功后發送一條ROM指令最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待15～60微秒左右后發出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。圖2.4初始化時序Ω上拉電阻將總線拉高，延時15～60us，并進入接受模式，以產生低電平應答脈沖，假設為低電平，再延時480us?！?〕寫時序寫時序的具體工作方法如圖2.5所示：圖2.5寫時序寫時序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us，且在2次獨立的寫時序之間至少需要1us的恢復時間，都是以總線拉低開始。寫1時序，主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時60us。寫0時序，主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時2us?！?〕讀時序讀時序的具體工作方法如圖2.6所示：圖2.6讀時序總線器件僅在主機發出讀時序時，才向主機傳輸數據，所以，在主機發出讀數據命令后，必須馬上產生讀時序，以便從機能夠傳輸數據。所有讀時序至少需要60us，且在2次獨立的讀時序之間至少需要1us的恢復時間。每個讀時序都由主機發起，至少拉低總線1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內采樣總線狀態。主機輸出低電平延時2us，然后主機轉入輸入模式延時12us，然后讀取總線當前電平，然后延時50us。〔二〕DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如所示DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內ROM中。主機在進入操作程序前必須用讀ROM33H命令將該DSl8B20的序列號讀出。程序可以先跳過ROM，啟動所有DSl8B20進行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數據。表2.4中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量-55℃所對應的基數1和溫度存放器中，減法計數器1和溫度存放器被預置在-55℃所對1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器10時溫度存放器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重2計數到0時，中的斜率累加器用另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重DS18B20的各種操作必須按協議進行。操作協議為：初始化DS18B20〔發復位脈沖ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。圖2.7測溫原理內部裝置

〔三〕DS18B20的測溫流程DS18B20的測溫流程如圖2.8所示。圖2.8DS18B20測溫流程第四節人機交互與串口通信人機交互人機交互、人機互動〔英文：HumanCComputerInteraction或HumanCMachineInteraction，簡稱HCI或HMI〕，是一門研究系統與用戶之間的交互關系的學問。系統可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的局部。用戶通過人機交互界面與系統交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發電廠的控制室。人機交互界面的設計要包含用戶對系統的理解〔即心智模型〕，那是為了系統的可用性或者用戶友好性。操作系統的人機交互功能是決定計算機系統“友善性〞的一個重要因素。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設備和相應的軟件來完成?？晒┤藱C交互使用的設備主要有鍵盤顯示、鼠標、各種模式識別設備等。與這些設備相應的軟件就是操作系統提供人機交互功能的局部。人機交互局部的主要作用是控制有關設備的運行和理解并執行通過人機交互設備傳來的有關的各種命令和要求。早期的人機交互設施是鍵盤顯示器。操作員通過鍵盤打入命令，操作系統接到命令后立即執行并將結果通過顯示器顯示。打入的命令可以有不同方式，但每一條命令的解釋是清楚的，唯一的。隨著計算機技術的開展，操作命令也越來越多，功能也越來越強。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設備的開展，操作員和計算機在類似于自然語言或受限制的自然語言這一級上進行交互成為可能。此外，通過圖形進行人機交互也吸引著人們去進行研究。這些人機交互可稱為智能化的人機交互。串口通信串口通信〔SerialCommunication〕，是指外設和計算機間，通過數據信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式。這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信本錢，但其傳輸速度比并行傳輸低。〔一〕應用隨著計算機系統的應用和微機網絡的開展，通信功能越來越顯得重要。這里所說的通信是指計算機與外界的信息交換。因此，通信既包括計算機與外部設備之間，也包括計算機和計算機之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現成的網進行信息傳送，因此，特別適合于遠距離傳輸。對于那些與計算機相距不遠的人-機交換設備和串行存儲的外部設備如終端，采用串行方式交換數據也很普遍。在實時控制和管理方面，采用多臺微機處理機組成分級分布控制系統中，各CPU之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機應用系統常用的接口，這里所說的串行方式，是指外設與接口電路之間的信息傳送方式，實際上，CPU與接口之間仍按并行方式工作。

第三章系統硬件電路設計第一節系統結構框圖溫度控制系統采用AT89S51八位機作為微處理單元進行控制。采用4X4鍵盤把設定溫度的最高值和最低值存入單片機的數據存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數據相比擬來控制溫度控制器。系統結構框圖如圖3.1：圖3.1系統結構框圖根據系統的設計要求，選擇DS18B20作為本系統的溫度傳感器，選擇單片機AT89S51為測控系統的核心來完成數據采集、處理、顯示、報警等功能。選用數字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣／保持電路、運放、數／模轉換電路以及進行長距離傳輸時的串／并轉換電路，簡化了電路，縮短了系統的工作時間，降低了系統的硬件本錢。該系統的總體設計思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發送到AT89S51單片機上，經過51單片機處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統顯示器為點陣字符LCD，1602液晶模塊。檢測范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統除了顯示溫度以外還可以設置一個溫度值，對所測溫度進行監控，當溫度高于或低于設定溫度時，開始報警并啟動相應程序〔溫度高于設定溫度時，風扇開；當溫度低于設定溫度時，加熱器開〕。第二節人機交互與串口通信單元設計輸入電路設計〔一〕單片機電路單片機電路引腳圖如圖3.2所示：圖3.2單片機電路引腳圖〔二〕溫度傳感器電路溫度傳感器電路引腳圖如圖3.3所示：圖3.3溫度傳感器電路引腳圖

顯示電路設計顯示電路采用了7段共陰數碼管掃描電路，節約了單片機的輸出端口，便于程序的編寫。顯示電路圖如圖3.4所示：圖3.4顯示電路圖串口通信電路〔一〕繼電器電路圖3.2中的P1.1引腳控制加熱器繼電器。給P1.1低電平，三極管導通，電磁鐵觸頭放下來開始工作。繼電器電路如圖3.5所示：圖3.5繼電器電路圖

晶振控制電路晶振控制電路如圖3.6所示：圖3.6晶振控制電路圖〔三〕復位電路復位電路如圖3.7所示：圖3.7復位電路圖第三節控制執行單元設計一、鍵盤單元單片機應用系統中除了復位按鍵有專門的復位電路，以及專一的復位功能外，其它的按鍵或鍵盤都是以開關狀態來設置控制功能或輸入數據。鍵開關狀態的可靠輸入：為了去抖動，所以采用軟件方法，它是在檢測到有鍵按下時，執行一個10ms的延時程序后，再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態電平，如保持閉合狀態電平那么確認為真正鍵按下狀態，從而消除了抖動影響[6]。在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機系統中，鍵盤處理程序首先執行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉法。對照表3.1的4*4鍵盤，說明線反轉法工作原理。首先區分鍵盤中有無鍵按下，有單片機I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態來實現的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態，如果全為1，那么所按下的鍵不在此列；如果不全為1，那么所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點上的那個鍵。鍵盤的按鍵分布如表3.1所示：表3.1鍵盤的按鍵分布P2.0 0 1 2 3 P2.1 4 5 6 7 P2.2 8 9 F1 F2 P2.3 去除 開啟 關閉 確定 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 鍵盤共有16個按鍵，用于方便設定溫度。0....9：數字按鍵，輸入數字0---9；確認：設置確實認，修改設置溫度時進行確認；去除：設置的去除，修改設置溫度時進行刪除；開啟：開啟電源關閉：關閉電源F1：顯示及設置轉換到溫度點1，按此按鍵后，顯示預設置溫度的數碼管閃爍；F2：顯示及設置轉換到溫度點2，按此按鍵后，顯示預設置溫度的數碼管閃爍；

二、溫度控制及超溫警報單元當采集的溫度經處理后超過規定溫度上限時，單片機通過P1.4輸出控制信號驅動三極管D1，使繼電器K1開啟降溫設備：當采集的溫度經處理后低于設定溫度下限時，單片機通過P1.5輸出控制信號驅動三極管D2，使繼電器K2開啟升溫設備。當由于環境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設備出現故障，或者溫度傳感頭出現故障導致在一段時間內不能將環境溫度調整到規定的溫度限內的時候，單片機通過三極管驅動揚聲器發出警笛聲。具體電路連接如下圖。圖3.8具體電路連接

第四章系統軟件設計第一節系統軟件設計整體思路一個應用系統要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持，尤其是微機應用高速開展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數字濾波，信號處理等。因此充分利用其內部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與S51系列單片機相對應的51匯編語言和結構化程序設計方法進行軟件編程。程序設計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能“懂〞的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序〔稱為源程序〕最終都必須翻譯成機器語言的程序〔成為目標程序〕，計算機才能“看懂〞，然后逐一執行。高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能與指令系統，而且語句的功能強，常常一個語句已相當于很多條計算機指令，于是用高級語言編制程序的速度比擬快，也便于學習和交流，但是本系統卻選用了匯編語言。原因在于，本系統是編制程序工作量不大、規模較小的單片機微控制系統，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統。同時，本系統對位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。MCS―51指令系統的指令長度較短，它在存儲空間和執行時間方面具有較高的效率，編成的程序占用內存單元少，執行也非常的快捷，與本系統的應用要求很適合。而且MCS―51指令系統有豐富的位操作〔或稱位處理〕指令，可以形成一個相當完整的位操作指令子集，這是MCS―51指令系統主要的優點之一。對于要求反響靈敏與控制及時的工控、檢測等實時控制系統以及要求體積小、系統小的許多“電腦化〞產品，可以充分表達出匯編語言簡明、整齊、執行時間短和易于使用的特點[8]。本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復位應答子程序、寫入子程序、以及有關DS18B20的程序〔初始化子程序、寫程序和讀程序〕。第二節系統主程序流程圖主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次，這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度。通過調用讀溫度子程序把存入內存儲中的整數局部與小數局部分開存放在不同的兩個單元中，然后通過調用顯示子程序顯示出來。其程序流程如圖4.1所示：圖4.1主程序流程圖

第三節數據轉換子程序流程圖溫度傳感器采集到的模擬信號，需經過A/D轉換器轉為數字信號后交由單片機處理。數據轉換子程序流程如圖4.2所示：圖4.2數據轉換子程序第四節溫度采集子程序流程圖溫度采集子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數據的改寫[9]。DS18B20的各個命令對時序的要求特別嚴格，所以必須按照所要求的時序才能到達預期的目的，同時，要注意讀進來的是高位在后低位在前，共有12位數，小數4位，整數7位，還有一位符號位。溫度采集子程序如圖4.3所示：圖4.3溫度采集子程序

第五節動態顯示子程序流程圖動態數碼管按不同方式滾動顯示通過軟件實現逐位輪流點亮每個LED圖4.4動態顯示子程序

第六節控制執行子程序流程圖控制執行程序是本系統的核心，是實現溫度自動控制過程中的最主要步驟?？刂茍绦凶映绦蛄鞒倘鐖D4.5所示：圖4.5控制執行子程序

結論本設計是以AT89S51為核心，利用軟硬件相結合的自動控制的典型例子。在單片機自動控制已經廣泛的應用于人們的生產和生活的今天，傳統用模擬電路來控制溫度的做法，已經逐漸被淘汰。這個系統的實現，改變了傳統的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。根據我國的科技和工業水平，這個系統的設計是符合工業生產的需要。實現我國的工業化，自動控制是其中的一個重要目標，自動控制系統正廣泛的應用于工業生產和人們的日常生活。本系統的設計成功知識實現自動控制的“冰山一角〞，但它為以后更加智能化、人性化的自動控制系統的設計，作了鋪墊。因此這種系統的設計具有比擬好的社會效益。本系統的設計，是為了保證某特定環境溫度維持在設定的范圍內，以保證工作系統在穩定的狀態下工作。本系統的設計本錢很低，適合大批量生產。對于本系統的使用者來說，本系統能夠很穩定的控制溫度而且穩定性很高。只要配上適當的溫度傳感器，這個系統便還可以實現很多領域的溫度自動控制。這對于提高系統的利用率，防止重復設計有很大的幫助的。在本系統的作用下，可以為工作系統提供一個良好的環境，使產品的數量和質量有很大的提高。使得產品的生產本錢降低，從而使系統的使用者獲得的利潤提高了。通過分析說明：本系統是一個性價比比擬好的系統，不管對于生產者還是使用者來說，它都可以帶來良好的經濟效益。

參考文獻單片機應用2004．[2]辜小兵．韓光勇．單片機與根底應用重慶大學出版社單片機應用金偉正單線數字溫度傳感器的原理與應用[J][7]趙負圖．現代傳感器集成電路[M]．人民郵電出版社．2000．[8]何立民．單片機高級教程:應用與設計第2版[M]．北京航天航空大學出版社．2007．[9]趙蓉．傳感器技術及應用[M]．高等教育出版社．2021．[10]楊忠輝，黃博?。畣涡酒?051務實與應用[M]．中國水利水電版社．2001.5-P160.[11]宋亞偉，李恒宗．基于DS18B20的溫度測量系統[J]．機電工程技術．2021.9-P47．[12]趙永杰，徐源．溫室測試系統的設計與實現[J]．現代電子技術．2021.7．[13]周月霞，孫傳友．DS18B20硬件連接及軟件編程[J]．傳感器世界．2001.12．[15]胡朝．基于單片機的溫度控制系統的開發與應用[J]．商場現代化．2021.14．[16]李玉峰．MCS-51系列單片機原理與接口技術[M]．人民郵電出版社．2004．[17]王忠飛．MCS-51單片機原理及嵌入式系統應用[M]．西安電子科技大學出版社．2021．[18]趙剛，于珍珠．基于51單片機的溫度測量系統[J]．微計算機信息．2007.P146-148.[19]王福瑞．單片微機測控系統設計大全[M]．電子工業出版社．2006．[20]MauriceWilkes．ProcessinComputers[R]．PrestigeLectureofCambridge．2004.2.

致謝畢業設計完成了，在這個過程中我學到了很多東西。首先我要感謝我的導師老師，在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。在論文開始的初期，我對于論文的結構以及文獻選取等方面都有很多問題，同時也感謝學院為我提供良好的做畢業設計的環境。最后再一次所有在畢業設計中幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著作者

附錄一、程序代碼ORG0000HTEMPER_LEQU29HTEMPER_HEQU28HFLAG1EQU38H;是否檢測到DS18B20標志位A_BITEQU20H;數碼管個位數存放內存位置B_BITEQU21H;數碼管十位數存放內存位置XSEQU30HMOVA,#00HMOVP2,AMAIN:LCALLGET_TEMPER;調用讀溫度子程序MOVA,29HMOVB,ACLRCRLCACLRCRLCACLRCRLCACLRCRLCASWAPAMOV31H,AMOVA,BMOVC,40H;將28H中的最低位移入CRRCAMOVC,41HRRCAMOVC,42HRRCAMOVC,43HRRCAMOV29H,ALCALLDISPLAY;調用數碼管顯示子程序AJMPMAIN;這是DS18B20復位初始化子程序NOPCLRP1.0;主機發出延時537微秒的復位低脈沖MOVR1,#3TSR1:MOVR0,#107DJNZR0,$DJNZR1,TSR1SETBP1.0;然后拉高數據線NOPNOPNOPMOVR0,#25HTSR2:JNBP1.0,TSR3;等待DS18B20回應DJNZR0,TSR2LJMPTSR4;延時TSR3:SETBFLAG1;置標志位,表示DS1820存在LJMPTSR5TSR4:CLRFLAG1;清標志位,表示DS1820不存在LJMPTSR7TSR5:MOVR0,#117TSR6:DJNZR0,TSR6;時序要求延時一段時間RET;讀出轉換后的溫度值LCALLINIT_1820;先復位DS18B20JBFLAG1,TSS2RET;判斷DS1820是否存在?假設DS18B20不存在那么返回TSS2:MOVA,#0CCH;跳過ROM匹配LCALLWRITE_1820MOVA,#44H;發出溫度轉換命令LCALLWRITE_1820;這里通過調用顯示子程序實現延時一段時間,等待AD轉換結束,12位的話750微秒LCALLDISPLAYLCALLINIT_1820;準備讀溫度前先復位MOVA,#0CCH;跳過ROM匹配LCALLWRITE_1820MOVA,#0BEH;發出讀溫度命令LCALLWRITE_1820LCALLREAD_18200;將讀出的溫度數據保存到35H/36HRET;寫DS18B20的子程序有具體的時序要求WRITE_1820:MOVR2,#8;一共8位數據CLRCMOVR3,#6DJNZR3,$RRCAMOVP1.0,CMOVR3,#23DJNZR3,$NOPDJNZR2,WR1RET;讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個字節的溫度數據READ_18200:MOVR4,#2;將溫度高位和低位從DS18B20中讀出MOVR1,#29H;低位存入29HTEMPER_L,高位存入28HTEMPER_HRE00:MOVR2,#8;數據一共有8位RE01:CLRCNOPNOPNOPNOPNOPMOVR3,#9RE10:DJNZR3,RE10MOVR3,#23RE20:DJNZR3,RE20RRCADJNZR2,RE01MOV@R1,ADECR1DJNZR4,RE00RETDISPLAY:CLRCSUBBA,#30JNBCY,T1MOVA,BCLRCSUBBA,#25JNBCY,XIANSHILJMPXIANSHIXIANSHI:MOVA,BMOVB,#10;10進制/1010進制DIVABMOVB_BIT,A;十位在AMOVA_BIT,B;個位在BMOVR0,#4CLRC;多加的DPL1:MOVR1,#250;顯示1000次DPLOP:MOVDPTR,#NUMTAB1MOVA,A_BIT;取個位數MOVCA,@A+DPTR;查個位數的7段代碼MOVP0,A;送出個位的7段代碼CLRP2.1;開個位顯示ACALLD1MS;顯示1MSMOVDPTR,#NUMTABMOVA,B_BIT;取十位數MOVCA,@A+DPTR;查十位數的7段代碼MOVP0,A;送出十位的7段代碼CLRP2.2;開十位顯示 ACALLD1MS;顯示1MSJCXSW;多加的MOVA,31HMOVB,#160DIVABMOVXS,BXSW:MOVA,XSMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ACLRP2.0ACALLD1MSSETBC;多加的DJNZR1,DPLOP;250次沒完循環DJNZR0,DPL1;4個250次沒完循環RET;1MS延時按12MHZ算D1MS:MOVR7,#80DJNZR7,$RETNUMTAB:DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH，7FH，7FH,7FH,7FH,7FH,7FHNUMTAB1:DB0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFHEND

二、英文文獻ProgressinComputersMauriceWilkesThefirststoredprogramcomputersbegantoworkaround1950.TheonewebuiltinCambridge,theEDSACwasfirstusedinthesummerof1949.Theseearlyexperimentalcomputerswerebuiltbypeoplelikemyselfwithvaryingbackgrounds.Weallhadextensiveexperienceinelectronicengineeringandwereconfidentthatthatexperiencewouldstandusingoodstead.Thisprovedtrue,althoughwehadsomenewthingstolearn.Themostimportantofthesewasthattransientsmustbetreatedcorrectly;whatwouldcauseaharmlessflashonthescreenofatelevisionsetcouldleadtoaseriouserrorinacomputer.Asfarascomputingcircuitswereconcerned,wefoundourselveswithanembracerich.Forexample,wecouldusevacuumtubediodesforgatesaswedidintheEDSACorpentodeswithcontrolsignalsonbothgrids,asystemwidelyusedelsewhere.Thissortofchoicepersistedandthetermfamiliesoflogiccameintouse.ThosewhohaveworkedinthecomputerfieldwillrememberTTL,ECLandCMOS.Ofthese,CMOShasnowbecomedominant.Inthoseearlyyears,theIEEwasstilldominatedbypowerengineeringandwehadtofightanumberofmajorbattlesinordertogetradioengineeringalongwiththerapidlydevelopingsubjectofelectric.DubbedintheIEEperlyrecognizedasanactivityinitsownright.Irememberthatwehadsomedifficultyinorganizingaconferencebecausethepowerengineers’waysofdoingthingswerenotourways.AminorsourceofirritationwasthatallIEEpublishedpaperswereexpectedtostartwithalengthystatementofearlierpractice,somethingdifficulttodowhentherewasnoearlierpracticeConsolidationinthe1960sBythelate50sorearly1960s,theheroicpioneeringstagewasoverandthecomputerfieldwasstartingupinrealearnest.Thenumberofcomputersintheworldhadincreasedandtheyweremuchmorereliablethantheveryearlyones.Tothoseyearswecanascribethefirststepsinhighlevellanguagesandthefirstoperatingsystems.Experimentaltime-sharingwasbeginning,andultimatelycomputergraphicswastocomealong.Aboveall,transistorsbegantoreplacevacuumtubes.Thischangepresentedaformidablechallengetotheengineersoftheday.Theyhadtoforgetwhattheyknewaboutcircuitsandstartagain.Itcanonlybesaidthattheymeasuredupsuperblywelltothechallengeandthatthechangecouldnothavegonemoresmoothly.Soonitwasfoundpossibletoputmorethanonetransistoronthesamebitofsilicon,andthiswasthebeginningofintegratedcircuits.Astimewenton,asufficientlevelofintegrationwasreachedforonechiptoaccommodateenoughtransistorsforasmallnumberofgatesorflipflops.Thisledtoarangeofchipsknownasthe7400series.Thegatesandflipflopswereindependentofoneanotherandeachhaditsownpins.Theycouldbeconnectedbyoff-chipwiringtomakeacomputeroranythingelse.Thesechipsmadeanewkindofcomputerpossible.Itwascalledaminicomputer.Itwassomethinglessthatamainframe,butstillverypowerful,andmuchmoreaffordable.Insteadofhavingoneexpensivemainframeforthewholeorganization,abusinessorauniversitywasabletohaveaminicomputerforeachmajordepartment.Beforelongminicomputersbegantospreadandbecomemorepowerful.Theworldwashungryforcomputingpowerandithadbeenveryfrustratingforindustrynottobeabletosupplyitonthescalerequiredandatareasonablecost.Minicomputerstransformedthesituation.Thefallinthecostofcomputingdidnotstartwiththeminicomputer;ithadalwaysbeenthatway.ThiswaswhatImeantwhenIreferredinmyabstracttoinflationinthecomputerindustry‘goingtheotherway’.Astimegoesonpeoplegetmorefortheirmoney,notless.ResearchinComputerHardware.ThetimethatIamdescribingwasawonderfuloneforresearchincomputerhardware.Theuserofthe7400seriescouldworkatthegateandflip-floplevelandyettheoveralllevelofintegrationwassufficienttogiveadegreeofreliabilityfarabovethatofdiscreettransistors.Theresearcher,inauniversityorelsewhere,couldbuildanydigitaldevicethatafertileimaginationcouldconjureup.IntheComputerLaboratorywebuilttheCambridgeCAP,afull-scaleminicomputerwithfancycapabilitylogic.The7400serieswasstillgoingstronginthemid1970sandwasusedfortheCambridgeRing,apioneeringwide-bandlocalareanetwork.PublicationofthedesignstudyfortheRingcamejustbeforetheannouncementoftheEthernet.Untilthesetwosystemsappeared,usershadmostlybeencontentwithteletype-basedlocalareanetworks.Ringsneedhighreliabilitybecause,asthepulsesgorepeatedlyroundthering,theymustbecontinuallyamplifiedandregenerated.Itwasthehighreliabilityprovidedbythe7400seriesofchipsthatgaveusthecourageneededtoembarkontheprojectfortheCambridgeRing.TheRISCMovementandItsAftermathEarlycomputershadsimpleinstructionsets.Astimewentondesignersofcommerciallyavailablemachinesaddedadditionalfeatureswhichtheythoughtwouldimproveperformance.Fewcomparativemeasurementsweredoneandonthewholethechoiceoffeaturesdependeduponthedesigner’sintuition.In1980,theRISCmovementthatwastochangeallthisbrokeontheworld.ThemovementopenedwithapaperbyPattersonandDitzelentitledTheCasefortheReducedInstructionsSetComputer.Apartfromleadingtoastrikingacronym,thistitleconveyslittleoftheinsightsintoinstructionsetdesignwhichwentwiththeRISCmovement,inparticularthewayitfacilitatedpipelining,asystemwherebyseveralinstructionsmaybeindifferentstagesofexecutionwithintheprocessoratthesametime.Pipeliningwasnotnew,butitwasnewforsmallcomputersTheRISCmovementbenefitedgreatlyfrommethodswhichhadrecentlybecomeavailableforestimatingtheperformancetobeexpectedfromacomputerdesignwithoutactuallyimplementingit.Irefertotheuseofapowerfulexistingcomputertosimulatethenewdesign.Bytheuseofsimulation,RISCadvocateswereabletopredictwithsomeconfidencethatagoodRISCdesignwouldbeabletoout-performthebestconventionalcomputersusingthesamecircuittechnology.Thispredictionwasultimatelybornoutinpractice.Simulationmaderapidprogressandsooncameintouniversalusebycomputerdesigners.Inconsequence,computerdesignhasbecomemoreofascienceandlessofanart.Today,designersexpecttohavearoomfulof,computersavailabletodotheirsimulations,notjustone.Theyrefertosucharoomfulbytheattractivenameofcomputerfarm.Thex86InstructionSetLittleisnowheardofpre-RISCinstructionsetswithonemajorexception,namelythatoftheIntel8086anditsprogeny,collectivelyreferredtoasx86.ThishasbecomethedominantinstructionsetandtheRISCinstructionsetsthatoriginallyhadaconsiderablemeasureofsuccessarehavingtoputupahardfightforsurvival.Thisdominanceofx86disappointspeoplelikemyselfwhocomefromtheresearchwings.Bothacademicandindustrial.Ofthecomputerfield.Nodoubt,businessconsiderationshavealottodowiththesurvivalofx86,butthereareotherreasonsaswell.Howevermuchweresearchorientedpeoplewouldliketothinkotherwise.Highlevellanguageshavenotyeteliminatedtheuseofmachinecodealtogether.Weneedtokeepremindingourselvesthatthereismuchtobesaidforstrictbinarycompatibilitywithprevioususagewhenthatcanbeattained.Nevertheless,thingsmighthavebeendifferentifIntel’smajorattempttoproduceagoodRISCchiphadbeenmoresuccessful.Iamreferringtothei860notth