本科畢業(yè)設(shè)計(jì)--蔬菜大棚參數(shù)控制小模型設(shè)計(jì)

吉 林 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 論文題目 ： 蔬菜大棚參數(shù)控制小模型設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專業(yè)年級(jí)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指 導(dǎo)教師 ： 職稱 副教授 2007 年 06 月 09 日 目 錄題目 . I 摘要及關(guān)鍵詞 . I 1 前 言 . 1 1.1 題目的來源與開發(fā)的意義 . 1 1.2 課題功能概述 . 1 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 2 2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)概述 . 2 2.2 方案論證 . 2 2.2.1 方案一 . 2 2.2.2 方案二 . 3 2.3 系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì) . 3 2.3.1 AT89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 . 3 2.3.2 器件及芯片介紹 . 5 2.3.2.1 溫度傳感器 DS18B20 簡(jiǎn)介 . 5 2.3.2.2 濕敏電容 HS1101 . 9 2.3.2.3 TLC555 定時(shí)器 . 9 2.3.2.4 光耦 . 11 2.3.2.5 電磁繼電器 . 11 2.3.3 溫濕度采集模塊 . 12 2.3.3.1 溫度采集模塊 . 12 2.3.3.2 濕度采集模塊 . 13 2.3.4 鍵盤顯示 . 13 2.3.5 報(bào)警電路 . 15 2.3.6 控制模塊 . 16 3 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) . 16 3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)思路 . 16 3.2 各功能模塊軟件程序的設(shè)計(jì) . 17 3.2.1 溫度檢測(cè)模塊 . 17 3.2.2 濕度檢測(cè)模塊 . 18 3.2.3 鍵盤掃描 . 19 4 結(jié)論 . 20 參考文獻(xiàn) . 21 致 謝 . 22 附錄一 系統(tǒng)總體硬件原理圖 . 23 附錄二 系統(tǒng)程序流程 . 24 附錄三 資源分配 . 26 附錄四 系統(tǒng)程序清單 . 27 附錄五 外文科技文獻(xiàn)閱讀 . 41 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 蔬菜大棚參數(shù)控制小模型設(shè)計(jì) 學(xué) 生 ： 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師： 摘 要： 本設(shè)計(jì)是以 單片機(jī) AT89C51 為核心， 利用 溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器HS1101 采集模擬 的 溫度信號(hào) 和濕度信號(hào)， 單片機(jī)對(duì)采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，送入串行靜態(tài)顯示電路中進(jìn)行顯示。 溫度和濕度傳感器對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警檢測(cè)，如果滿足報(bào)警條件，則響應(yīng)單片機(jī)發(fā)出的報(bào)警查詢命令，進(jìn)入相應(yīng)的報(bào)警。進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)后，針對(duì)不同 的報(bào)警狀態(tài) 有相應(yīng)的補(bǔ)償操作，高溫 時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，低溫時(shí)啟動(dòng)加熱爐升溫，超過濕度下限時(shí) 啟動(dòng)灑水增加濕度，從而 實(shí)現(xiàn) 溫度和濕度的 自動(dòng)循環(huán)控制。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 溫濕度傳感器 溫度測(cè)量 濕度測(cè)量 自動(dòng)控制 A small model design on the vegetable canopy parameter control Name： Ma Qiaojuan Major： Electronics information science and technology Tutor： Shi Huanzhi Abstract： This design takes the microprocessor AT89C51 as core By taking use of the temperature sensor DS18B20 and the humidity sensor HS1101 to collect the signal of the analog temperature and humidity， Single Chip Microcomputer will convert and deal with them These data are displayed in the string static display circuit The temperature and the humidity sensor refer the alarming check to the data which have measured If the alarming state has get， Single Chip Microcomputer will send the alarming check demand to the alarming circuit As soon as it is the alarming state， the compensating operation will correspond with the state When the temperature is high， it is going to set up the fan to decrease it If it is the opposite state， it will start up the heating oven When the humidity gets over the bottom data， it will water to increase humidity Then the temperature and the humidity realize the automatic cycle control Keyword： Single Chip Microcomputer Temperature and Humidity sensor Temperature Measurement Humidity Measurement Automatic Control 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 前 言 1.1 題目的來源與開發(fā)的意義 近幾年來， 單片機(jī) 應(yīng)用廣泛，生產(chǎn)量大，在單片機(jī)領(lǐng)域里具有重要的影響。其它新型單片機(jī)產(chǎn)品的出現(xiàn)，使單片機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)了日新月異的景象。單片機(jī)是為滿足工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，具有良好的實(shí)時(shí)控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來在智能儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、實(shí)時(shí)工業(yè)控制、分布系統(tǒng)的前端模塊和家用電器等領(lǐng)域都獲得了極為廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)作為一片集成電路芯 片，它自身沒有開發(fā)功能 ，必須借助開發(fā)機(jī)完成應(yīng)用系統(tǒng)的硬件故障和軟件錯(cuò)誤的排除，調(diào)試完的程序還要固化到單片機(jī)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器芯片中。新的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)在近年來也有了較快的發(fā)展。 此外，溫度和濕度的高低對(duì)我們的生活和工作有很大的影響，也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的和必須精確測(cè)量的物理量。因此溫度和濕度傳感器的應(yīng)用也尤為廣泛，隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，人們對(duì)溫濕度傳感器的要求日益提高 1。 本設(shè)計(jì)基于教學(xué)，源于生產(chǎn)，受應(yīng)于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在生活中因大棚蔬菜產(chǎn)量高，投入大，對(duì)水、溫度要求高，菜農(nóng)對(duì)棚內(nèi) 這些因素方便觀察，但很難做到適時(shí)控制，進(jìn)而會(huì)影響到蔬菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)。因此，菜農(nóng)需要了解 蔬菜 對(duì)水、溫度 以及 養(yǎng)分需求知識(shí)，并且 做到合理控制 913。 為了滿足這一生產(chǎn)需求，該小模型 就針對(duì)蔬菜在棚內(nèi)的生長(zhǎng)因素，建立了蔬菜光合作用的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合環(huán)境控制成本綜合分析，應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，智能器件進(jìn)行周年環(huán)境優(yōu)化控制。欲將大棚作物生長(zhǎng)模型與環(huán)境控制的經(jīng)濟(jì)模型結(jié)合起來，開發(fā)出環(huán)境優(yōu)化控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為核心，通過單片機(jī)系統(tǒng)采集大棚濕度 /溫度參數(shù) ，實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)監(jiān)控，其具有簡(jiǎn)單、低功耗、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)和維 護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛適用于各種類型的農(nóng)業(yè)種植大棚 。 1.2 課題功能概述 該蔬菜大棚小模型試驗(yàn)其主要內(nèi)容是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)及單片機(jī)技術(shù)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)，以設(shè)定的溫度 /濕度參數(shù)為基準(zhǔn)，通過傳感器將現(xiàn)場(chǎng)采集的信息通過 I/O 口發(fā)送到微處理器，同時(shí)接受微處理器傳來的控制信息，使其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制棚內(nèi)的二因素，自動(dòng)調(diào)節(jié)大棚氣候因子，為種植作物提供最佳生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境。首先，該設(shè)計(jì)采用滴灌技術(shù)，它不僅具有節(jié)水、節(jié)能、降溫、增產(chǎn)、高效的性能。同時(shí)還可以調(diào)節(jié)小氣候，改善作物生長(zhǎng)環(huán)境，且其價(jià)廉，抗堵塞性能好等優(yōu)點(diǎn)廣泛受到菜農(nóng) 歡迎；其次，采用智能化器件溫度傳感器 DS18B20 和濕敏電容 HS1101 將采集到的棚內(nèi)氣候因子參數(shù)通過串口去顯示；同時(shí)運(yùn)用了光電隔離器降低了輸入輸出信號(hào)之間的干擾，提高了輸出信號(hào)的信噪比；此外，在該小模型中棚內(nèi)的溫度是靠繼電器控制風(fēng)扇，加熱棒，雨刷的開與斷來實(shí)現(xiàn)的 ，加熱棒來升溫風(fēng)扇來降溫，同時(shí)若棚內(nèi)水分過多風(fēng)扇還用于吹走多余的水分，然而在投入真正的種植大棚時(shí)，采用電熱線加溫的環(huán)境調(diào)控技術(shù)，具有低功耗，高效的優(yōu)點(diǎn)。諸如在江南地區(qū)一般蔬菜大棚冬季夜間保溫效果差，喜溫作物不能越冬栽培，夏季高溫條吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 件下，不能使用因 而周年生產(chǎn)水平較低。因此，該模型為以后更大規(guī)模的普及蔬菜等農(nóng)作物的大棚種植打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)概述 以微處理器 AT89C51 為核心，有溫度和濕度 的 采集和控制模塊，靜態(tài)顯示電路，報(bào)警電路，鍵盤輸入等模塊。將溫度傳感器 DS18B20 和濕度傳感器 HS1101 采集到的溫濕度值經(jīng)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)的 I/O 口中，在七段數(shù)碼管中實(shí)時(shí)顯示采集到的溫濕度值。同時(shí)可以通過功能鍵查看已設(shè)定的初值，并且將實(shí)時(shí)值和初值比較，開啟控制模塊。 硬件框圖如圖 2-1 所示 。 圖 2-1 硬件框圖 Fig.2-1 The hardware frame drawing 2.2 方案論證 2.2.1 方案一 該方案中，在采集溫濕度數(shù)據(jù)方面，用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 和濕敏電容HS1101。 DS18B20 是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 93.75 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9 位 和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。但是濕度電容 HS1101 在不同的相對(duì)濕度中的電容值不同，而 HS1101 容值的改變，使輸出的頻率發(fā)生相應(yīng)的變化 ，它和 TLC555 定時(shí)器相連，然后 再和單片機(jī)的定時(shí)器 T0 相接 。在控制模塊，將單片機(jī)先和光耦相連，以防模數(shù)信號(hào)之間的干擾，然后接繼電器，控制風(fēng)扇， 加熱爐，雨刷的通單片機(jī) AT89C51 溫度傳感器 555 定時(shí)器 濕敏 傳感器 灑水 模塊 風(fēng)扇 加熱 模塊 顯示 模塊 報(bào)警模塊 鍵盤 模塊 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 斷。 2.2.2 方案二 該方案中，在溫濕度采集上，運(yùn)用由瑞士公司生產(chǎn)的集成數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11。SHT11 的濕度檢測(cè)運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度較高且可精確得出露點(diǎn)，同時(shí)不會(huì) 產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。 COMsensTM 技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn) I2C 總線等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)。 SHT11 的每一個(gè)傳感器都是在極為精確的濕度室中校準(zhǔn)的。 SHT11 傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)預(yù)先存在 OTP 內(nèi)存中。經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器與一個(gè) 14 位的 A/D轉(zhuǎn)換器相連，可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字溫濕度值送給二線 I2C 總線器件，從而將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合 I2C 總線協(xié)議的串行數(shù)字信號(hào)。該方案中控制模塊的設(shè)計(jì)和方案一相同。 將以上 兩方 案對(duì)比，前者在硬件實(shí)現(xiàn)上較后者麻煩，控制部分設(shè)計(jì)的相同，結(jié)合實(shí)際情況 從各個(gè)方面考慮之后 本設(shè)計(jì) 采用了方案一，方案二可作為改進(jìn)型。 2.3 系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì) 2.3.1 AT89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 該系列單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài) 80C51設(shè)計(jì)。由先進(jìn) CMOS工藝制造并帶有非易失性 Flash程序存儲(chǔ)器。全部支持 12時(shí)鐘和 6時(shí)鐘操作。 P89C51X2和 P89C52X2/54X2/58X2分別包含 128字節(jié)和 256字節(jié) RAM、 32條 I/O口線、 3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 6輸入 4優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、 1個(gè)串行 I/O口（ 可用于多機(jī)通信、I/O擴(kuò)展或全雙工 UART）以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī) 。 AT89C2051是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于 將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本 。 AT89C51單片機(jī)為很多嵌 入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 一 主要特性： 1. 80C51 核心處理單元 4k字節(jié) FLASH（ 89C51X2） 8k字節(jié) FLASH（ 89C52X2） 16k字節(jié) FLASH（ 89C54X2） 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 32k字節(jié) FLASH（ 89C58X2） 128字節(jié) RAM（ 89C51X2） 256字節(jié) RAM（ 89C52X2/54X2/58X2） 布爾處理器 全靜 態(tài)操作 2. 12時(shí)鐘操作，可選 6個(gè)時(shí)鐘（通過軟件或并行編程器） 3. 存儲(chǔ)器尋址范圍 64K字節(jié) ROM和 64K字節(jié) RAM 二管腳說明 ： P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接 收輸出 4TTL門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位 。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電 平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 三振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 四 、定時(shí)器 0和 1的操作 定時(shí)和計(jì)數(shù)功能由特殊功能寄存器 TMOD的控制位 C/T進(jìn)行選擇。這兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器有 4種操作模式，通過 TMOD的 M1和 M0選擇。兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器的模式 0、 1和 2都相同，模式 3不同。如下所述：模式 0 將定時(shí)器設(shè)置成模式 0時(shí)類似 8048定時(shí)器，即 8位計(jì)數(shù)器帶 32分頻的預(yù)分頻器。此模式下，定時(shí)器寄存器配置為 13位寄存器。當(dāng)計(jì)數(shù)從全為 “1”翻轉(zhuǎn)為全為 “0”時(shí)，定 時(shí)器中斷標(biāo)志位 TFn置位。當(dāng) TRn=1同時(shí) GATE=0或 INTn=1時(shí)定時(shí)器計(jì)數(shù)。置位 GATE時(shí)允許由外部輸入 INTn控制定時(shí)器，這樣可實(shí)現(xiàn)脈寬測(cè)量。 TRn為 TCON寄存器內(nèi)的控制位。該13位寄存器包含 THn全部 8個(gè)位及 TLn的低 5位。 TLn的高 3位不定，可將其忽略。置位運(yùn)行標(biāo)志（ TRn）不能清零此寄存器。模式 0的操作對(duì)于定時(shí)器 0及定時(shí)器 1都是相同的。兩個(gè)不同的 GATE位（ TMOD.7和 TMOD.3）分別分配給定時(shí)器 0及定時(shí)器 1。 2.3.2 器件及芯片介紹 2.3.2.1 溫度傳感器 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 93.75 ms 和 750 ms 內(nèi)完成9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè) 溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 1.DS18B20 主要性能 （ 1）獨(dú)特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件。 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +3.0 +5.5 V。 （ 4）測(cè)溫范圍： -55 +125 。固有測(cè)溫分辨率為 0.5 。 （ 5）通過編程可實(shí)現(xiàn) 9 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6） 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 （ 7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 （ 8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 2.DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-2 所示。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2-2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) Fig.2-2 The chart of DS1820 interior structure (1) 64 b 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 8b 檢驗(yàn) CRC 48b 序列號(hào) 8b 工廠代碼 (10H) MSB LSB MSB LSB MSB LSB 開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 (2) 非易市失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào) 警上下限。 (3) 高速暫存存儲(chǔ)器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2RAM。后者用于存儲(chǔ) TH， TL 值。數(shù)據(jù)先寫入 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給 E2RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第 5 個(gè)字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率， DS18B20 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 低 5 位一直都是 1， TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式 。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率，如表 2-1 所示（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）。 表 2-1 R1 和 R0 模式表 Table2-1 the mode list of R1 and R0 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /mm 0 0 9 位 93.75 0 1 10 位 187.5 1 0 11 位 275.00 1 1 12 位 750.00 由表 2-2 可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他 8 個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 溫度信息（第 1， 2 字節(jié)）、 TH 和 TL 值第 3， 4 字節(jié)、第 6 8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來保證通信正確。 溫度低位 溫度高位 TH Tl 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB MSB 當(dāng) DS18B20 接 收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1， 2 字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.062 5 /LSB 形式表示。溫度值格式如下： 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 MSB LSB S S S S S 26 25 24 MSB LSB 對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。表 2 2 是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。 表 2-2 部分溫度值 Table2-2 The part temperature data 溫度 / 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 00000111 11010000 07D0H +25.0625 00000001 10010001 0191H +0.5 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 0.5 11111111 11111000 FFF8H 25.0625 11111110 01101111 FE6FH 55 11111100 10010000 FC90H DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH， TL 作比較，若 TTH 或 T2001 年 09 期 李繼亭 , 臺(tái)祥科 李合方 13王大海 新型溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 Design and Application of a New 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 Automatic Control System for Temperature and Humidity 電子工程師 ， 2002， 03 14楊少俊 ， 趙鎖忠 ， 衛(wèi)秀云 昂貴技術(shù) 降價(jià)進(jìn)入農(nóng)村大棚 -大棚蔬菜膜下滴灌設(shè)計(jì)與施工技術(shù) 農(nóng)業(yè)科技與信息 ， 2003， 11 15江建友 大棚滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù)溫室園藝 ， 2001， 12 16王高民 ， 焦曉燕 山西大棚蔬菜養(yǎng)分供給問題與對(duì)策 山西農(nóng)業(yè) ， 2006， 07 17李全利 ， 遲榮強(qiáng) 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 高等教育出版社 ， 2004， 01， 1234 18張偉 ， 王力 Protel 99 se 基礎(chǔ)教程 人民郵電出版社 老虎工作室 ， 1134 19李華 MCS-51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 2000 ，120136 20潘新民 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 北京：人民郵電出版社 ， 1998， 755757 21余成波 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2002， 01， 168194 22黃堅(jiān) 自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2003， 78199 23王大海 . 新型溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 J.電子工程師 , 2002,28(3):33-36. 24 王福瑞 .單 片 微機(jī) 測(cè) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 大 全 M. 北京 :北 京 航空 航 天 大 學(xué) 出 版社 ,1998,282-283. 25陳汝全，劉運(yùn)國(guó)，雷國(guó)君單片機(jī)使用技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社， 1993， 9， 3876 26李廣弟，朱月秀，王秀山單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003，6， 89112 27呂俊芳傳感器接口與檢測(cè)儀器電路北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993， 100110 28陳艷峰，張征平，丘水生實(shí)用線性光隔離放大電路電子測(cè)量技術(shù)， 1999， (2)， 29張毅剛 MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1997， 128140 30Intel.MCS-51 Family of Single Chip Microcomputer Users Manual,1990,5899 致 謝 本課題在選題及設(shè)計(jì)過程中得到 指導(dǎo) 老師 史煥之老師 的悉心指導(dǎo)，我多次向指導(dǎo) 老師詢問 設(shè)計(jì)中遇到的問題， 她 為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。他 們 嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。 在設(shè)計(jì)中宮鶴老師也給了我很大 的幫助 ， 對(duì)于我一個(gè)對(duì)軟硬件學(xué)習(xí)不太深的人來說要想在短短的兩三個(gè)月的時(shí)間里學(xué)習(xí)到更全面的軟硬件知識(shí)并完成畢業(yè)論文是有點(diǎn)困難的。真的很感謝 各位老師，你們 對(duì)我的支持與幫助 對(duì)我今后的學(xué)習(xí)或工作會(huì)大有裨益 。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 附錄一 系統(tǒng)總體硬件原理圖 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10A T 8 9 C 5 112456A7 4 L S 2 1T R I G2Q3R4C V o lt5T H R6D I S7VCC8GND18 . 2 K1 0 u F3 0 u F3 0 u F1K0 . 1 u FT L C 5 5 55 7 6 K4 9 . 9 K+5H S 1 1 0 19 0 9 KA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR97 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR97 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR97 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR97 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR97 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR97 4 L S 1 6 4顯示溫度 顯示濕度1K 1K 1K1K1K1KabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp1K1K 1K 1K 1K 1K0 . 1 K85500 . 1 K1K 1K901390139013J風(fēng)扇1K1K雨刷J1K 1KJ加熱爐+ 2 2 0 V123vccDQGNDD S 1 8 2 04 . 7 KO P T O I S O 1O P T O I S O 1O P T O I S O 1+5V+ 2 4 V+ 1 2 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V + 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 附錄二 系統(tǒng)程序流程 初始化 鍵盤掃描 設(shè)置溫度上限 設(shè)置溫度下限 設(shè)置濕度下 限 是否有鍵按下？ 鍵號(hào)是 0？ 鍵號(hào)是 1？ 鍵號(hào)是 3？ Y Y Y Y N N N 開 始 調(diào)用溫度 顯示溫度 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 大于溫度上限 ？ 關(guān)閉風(fēng)扇 小于溫度下限？ 關(guān)閉加熱 調(diào)用濕度 顯示濕度 報(bào)警 啟動(dòng)風(fēng)扇 報(bào)警 啟動(dòng)加熱 Y Y N N 小于濕度下限？ 報(bào)警 啟動(dòng)加濕 Y 關(guān)閉加濕 N 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論