多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)—畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第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，

2、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。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。 報(bào)警單 片 機(jī)數(shù) 碼 管 顯示 執(zhí)行機(jī)構(gòu)上位機(jī) 溫 度 采 集 （ 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(dòng)范圍小于

3、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。2.1 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(huì)出現(xiàn)警告“您輸入的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤！”），然

4、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。 第3章 硬 件3.1 ds18b20 單總線數(shù)字溫度計(jì) 3.1.1 ds18b20特性 * 獨(dú)特的單線接口

5、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+257 f，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) 3.1.2 ds18b20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ds18

6、20 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 1 gnd 地信號 2 dq 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，也可以向器件提供電源。 3 vdd 可選擇的vdd引

7、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(chǔ)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(chǔ)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）

8、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(chǔ)器和控制操作，控制器可以提供6條存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器使用。可以用一條存儲(chǔ)器操作命令對th 和tl

9、 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(huì)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

10、更加尖銳。有兩種方法能夠使ds1820 在動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)器或啟動(dòng)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。 3.1.4 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

11、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match rom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

12、scratch pad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.

13、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(chǔ)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。3.1.5 ds18b20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

14、協(xié)議時(shí)序來完成對ds18b20芯片的訪問。由于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(dòng)啟動(dòng)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(dòng)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(huì)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

15、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)

16、際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)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。3.1.6 at89s51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(chǔ)器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn)品

17、指令和引腳完 全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)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

18、。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：（1）p3.0 rxd(串行輸入口)p3.1 txd(串行輸出口)；p3.2 into(外中斷0)；（2）p3.3 int1(外中斷1)；p3.4 to(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)；p3.5 t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)；（3）p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)；p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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

19、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，一條數(shù)據(jù)輸出線）的。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線。近年來，美國的達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司（dallas semiconductor）推出了一項(xiàng)特有的單總線（1-wire bus）技術(shù)。該技術(shù)與上述總線不同，它采用單根信號線，既可傳輸時(shí)鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線

20、。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。圖3所示是單總線多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的示意圖。3.2.1單總線的工作原理顧名思義，單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線，其內(nèi)部等效電路如圖2所示。單總線通常要求外接一個(gè)約為4.7k的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。主機(jī)和從機(jī)之間的通信可通過3個(gè)步驟完成，分別為初始化1-wire器件、識別1-wire器件和交換數(shù)據(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能

21、應(yīng)答，因此主機(jī)訪問1-wire器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列，即初始化、rom、命令功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂，1-wire器件將不響應(yīng)主機(jī)（搜索rom命令，報(bào)警搜索命令除外）。表1是列為命令的說明，而功能命令則根據(jù)具體1-wire器件所支持的功能來確定。表 rom命令說明：rom命令說明搜索rom（f0h）識別單總線上所有的1-wire器件的rom編碼讀rom（33h）（僅適合單節(jié)點(diǎn)）直接讀1-wire器件的序列號匹配rom（55h）尋找與指定序列號相匹配的1-wi器件跳躍rom（cch)（僅適合單節(jié)點(diǎn)）使用該命令可直接訪問總線上的從機(jī)設(shè)備報(bào)警搜索rom（ech）（僅少數(shù)器件支持）搜索有報(bào)

22、警的從機(jī)設(shè)備（表2.1）3.2.2 信號方式所有的單總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。1-wire協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、讀0和讀1時(shí)序等幾種信號類型。所有的單總線命令序列（初始化，rom命令，功能命令）都是由這些基本的信號類型組成的。在這些信號中，除了應(yīng)答脈沖外，其它均由主機(jī)發(fā)出同步信號，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。初始化時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過拉低單總線至少480s產(chǎn)生tx復(fù)位脈沖；然后由主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入rx接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，單總線器件檢測到該上升沿后，延時(shí)156

23、0s，接著單總線器件通過拉低總線60240s來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的以應(yīng)答脈沖后，說明有單總線器件在線，然后主機(jī)就可以開始對從機(jī)進(jìn)行rom命令和功能命令操作。在每一個(gè)時(shí)序中，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。所有的讀、寫時(shí)序至少需要60s，且每兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要1s的恢復(fù)時(shí)間。圖中，讀、寫時(shí)序均始于主機(jī)拉低總線。在寫時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線15s之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫1；若主機(jī)拉低總線后能保持至少60s的低電平，則向單總線器件寫0。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序

24、之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送0或1。若單總線器件發(fā)送1，則總線保持高電平，若發(fā)送0，則拉低總線。由于單總線器件發(fā)送數(shù)據(jù)后可保持15s有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，且須在15s的采樣總線狀態(tài)，以便接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。3.2.3 單總線器件通常把掛在單總線上的器件稱之為單總線器件，單總線器件內(nèi)一般都具有控制、收發(fā)、存儲(chǔ)等電路。為了區(qū)分不同的單總線器件，廠家生產(chǎn)單總線器件時(shí)都要刻錄一個(gè)64位的二進(jìn)制rom代碼，以標(biāo)志其id號。目前，單總線器件主要有數(shù)字溫度傳感器（如ds18b20）、a/d轉(zhuǎn)換器（如ds2450）、門標(biāo)、身份識別器（如ds1990a）、單總線控制器（如ds1wm

25、）等。這里介紹一種ibutton形式的單總線器件，它是利用瞬間接觸來進(jìn)行數(shù)字通信的，這些器件的應(yīng)用已經(jīng)滲透到貨幣交易和高度安全的認(rèn)證系統(tǒng)之中。ibutton是采用紐扣狀不銹鋼外殼封裝的微型計(jì)算機(jī)晶片，它具有抗撞擊、防水漬、耐腐蝕、抗磁擾、防折疊、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，能較好的解決傳統(tǒng)識別器存在的不足，同時(shí)又可滿足系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性方面的要求。ibutton主要有三種類型，分別是memory ibutton（存儲(chǔ)器）；java-powered cryptographic ibutton（加密型）；thermochron ibutton（溫度型）。存儲(chǔ)型ibutton最大存儲(chǔ)空間為64kb，可以存儲(chǔ)文

26、本或數(shù)字照片。加密型ibutton是一種微處理器和高速算法加速器，可以產(chǎn)生大量需要加密和解密的數(shù)據(jù)信息，它的運(yùn)行速度非常快，可與internet應(yīng)用相結(jié)合，并可應(yīng)用于遠(yuǎn)程鑒定識別。溫度型ibutton可以測量溫度變化，它內(nèi)含溫度計(jì)、時(shí)鐘、熱記錄和存儲(chǔ)單元等。3.2.4 單總線器件的應(yīng)用現(xiàn)以單總線器件ibutton在安防系統(tǒng)上的應(yīng)用為例來進(jìn)行說明，該安防系統(tǒng)就是利用ibutton來進(jìn)行門禁識別的。它由主機(jī)微控制器、從機(jī)（包括ibutton信息讀取頭和ibutton）、主機(jī)通過rs485進(jìn)行遠(yuǎn)程通信（或通過microweb連上internet）等三部分組成。微控制器采用microchip公司的pi

27、c16f873芯片，而api8108a語音芯片則用來告訴用戶系統(tǒng)信息；ibutton采用ds1990a，信息讀取頭被讀取并同時(shí)送到主機(jī)微控制器，然后由主機(jī)把收到的標(biāo)識碼與原先存儲(chǔ)的ibutton標(biāo)識碼進(jìn)行比較判斷，若吻合，則系統(tǒng)按設(shè)定要求程序工作，否則，系統(tǒng)給出語音提示。ds1990a與主機(jī)微控制器之間的通信軟件設(shè)計(jì)流程通常主機(jī)與單總線器件的通信都是通過初始化、寫0、寫1、讀0、讀1時(shí)序來的完成的，下面給出用匯編語言編寫的子程序，需要說明的是，這些程序雖然是針對ibutton所寫的，但適用于所有的單總線器件供。reset bsf rb2 ; 主機(jī)拉低總線call delay_500us ； 給

28、500s復(fù)位脈沖bcf rb2 ; 釋放總線call delay_200usbtfsc br1 ; 檢測ibutton返回應(yīng)答脈沖否goto reset ; 否，再給它復(fù)位脈沖call delay_500us ； 是，返回returnwrite_0 bsf rb2 ; 對ibutton寫0時(shí)序子程序call delay_10uscall delay_60usbcf rb2call delay_10usreturnwrite_1 bsf rb2 ; 對ibutton寫1時(shí)序子程序call delay_10usbcf rb2call delay_60usreturnread_time bsf rb

29、2 ; 對ibutton讀數(shù)據(jù)時(shí)序nopnopnopbcf rb2call delay_10usreturn第4章 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)外圍電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5v，且底層電路功耗很小。 外圍電路設(shè)計(jì)包括時(shí)鐘電路各復(fù)位電路的設(shè)計(jì)鍵盤和顯示模塊。4.1.1時(shí)鐘電路在89s51芯片幾個(gè)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，其輸出端為芯片引腳xtal2，而在芯片的外部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如下圖所示 。 時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后才能作為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號電容

30、c1各c2的典型值為30pf，晶振的振蕩頻率范圍是1.2-12mhz.晶體振蕩頻率愈高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高。單片機(jī)運(yùn)算速度也就快，但反過來，運(yùn)行速度快，對儲(chǔ)存的速度要求就高，對印刷電版的工藝要求也高。80c51在通常情況下,使用震蕩頻率為6mhz或12mhz的石英晶體。本系統(tǒng)選用11.0592mhz的石英晶體。4.1.2.復(fù)位電路rst是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩脈沖周期以上，本系統(tǒng)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位：按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。它兼具上電復(fù)位功能其電路如下圖所示： 4.1.3 鍵盤和顯示模塊（1）顯示在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)

31、要能夠顯示實(shí)時(shí)的溫度及在設(shè)置上、下限是能夠顯示當(dāng)前設(shè)置。我們考慮以下顯示方案。使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高低溫、對外界環(huán)境要求低、易于維護(hù)，同時(shí)其精度比較高，稱重快，精度可靠，操作簡單。數(shù)碼管采用bcd編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。（2）鍵盤在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，系統(tǒng)需要對控制設(shè)置上、下限，因此需要鍵盤進(jìn)行設(shè)置。我們考慮以下方案。方案：使用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤是指用i/o口線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)按鍵電路。矩陣式按鍵電路配置復(fù)雜、軟件結(jié)構(gòu)較難。但需要的i/o口線較少，適合鍵盤功能較多的系統(tǒng)。電路如下圖：4.2 控制模塊溫度采集后存

32、儲(chǔ)在eeprom里面的上、下限設(shè)定值進(jìn)行比較，得到控制的結(jié)果。本系統(tǒng)采用兩路繼電器來負(fù)責(zé)上限和下限的控制，實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)溫度的控制。電路如下圖： 第5章 通信的硬件實(shí)現(xiàn)5.1 串口通訊電路at89c51有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是rs232電平的，而單片機(jī)的串口是ttl電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片max232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。具體電路如下圖：我采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的gnd

33、、第2腳的rxd、第3腳的txd。這是最簡單的連接方法，但是對本設(shè)計(jì)來說已經(jīng)足夠使用了，電路如上圖所示。通信線采用交叉接法，即兩者信號線對應(yīng)成為rt，tr。 具體連接電路如下:5.2 rs232九針串口九針引腳定義符號1. 載波檢測dcd 2.接收數(shù)據(jù) rxd 3.發(fā)送數(shù)據(jù)txd 4.數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 dtr 5.信號地sg 6.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好dsr 7.請求發(fā)送rts 8.清除發(fā)送cts 9.振鈴提示ri5.3 74hc164芯片及四位八段數(shù)碼管74hc164是比較典型的移位寄存器，該移位寄存器有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口、一個(gè)時(shí)鐘信號端口和八個(gè)輸出端口。這種方法只需要2個(gè)mpu 的i/o端口，而且在鎖存器

34、件這2個(gè)端口還可以干別的事。利用此芯片驅(qū)動(dòng)四位數(shù)碼管可以節(jié)約單片機(jī)的i/o口。第6章 軟件實(shí)現(xiàn)6.1下位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)下位機(jī)主程序調(diào)用四個(gè)子程序，分別是溫度采集程序、鍵盤處理程序、碼管顯示程序、串口通信程序和溫度處理程序。（1）鍵盤掃描電路及按鍵處理程序：實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識別及相關(guān)處理。（2）溫度采集程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。（3）數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。（4）溫度處理程序：對采集到的溫度和設(shè)置的上、下限進(jìn)行比較，作出判斷，向繼電器輸出。（5）串口通信程序：設(shè)置波特率、奇偶校驗(yàn)位、起始位、停止位將下位機(jī)取得溫度值6.2溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)

35、軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)程序見附錄第7章 結(jié)束語 近年來我國農(nóng)村的勞動(dòng)力大量的向城市轉(zhuǎn)移，這無疑給我國傳統(tǒng)上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的挑戰(zhàn)農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，導(dǎo)致不少的土地閑置。為了應(yīng)對這種刻不容緩的局面實(shí)施農(nóng)業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)成為一種必然，隨著科技的發(fā)展，一些自動(dòng)化設(shè)備的價(jià)格不斷的下降這樣就使基于我國現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出能力下引入自動(dòng)化設(shè)備成為可能，作為一個(gè)來自農(nóng)村的學(xué)生，在畢業(yè)之際，希望通過自己的努力能為這種趨勢添磚加瓦，盡自己的一份綿薄之力，并借這次這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)選擇了這個(gè)和自己專業(yè)有關(guān)的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的題目。當(dāng)然，在這次的設(shè)計(jì)中遇到了不少的難題，最終在老師和同學(xué)的幫助下都一一克服了。尤其是時(shí)間操作經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致一些很好的想

36、法都不能實(shí)現(xiàn)，有些看起來很簡單的問題但在真正的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候就很困難，這讓我深深的體會(huì)到了自己在這方面經(jīng)驗(yàn)的不足和做技術(shù)工作的不易，由此，更加佩服那些長時(shí)間的工作在技術(shù)一線的人員和我的老師們?？磥?，做技術(shù)工作需要的科學(xué)的方法，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和吃苦耐勞的精神，這些體會(huì)會(huì)讓我終身受益。參加工作以后，我要把這次的體會(huì)貫徹到自己的實(shí)際行動(dòng)中，希望通過自己的努力能成為一名優(yōu)秀的技術(shù)人員。 致 謝首先，應(yīng)該感謝馬老師孜孜不倦的教導(dǎo)和幫助，同時(shí)也感謝教研組的老師們，在這次的設(shè)計(jì)中雖然他們并不是我的指導(dǎo)老師但是還是給與了我不少的幫助和指導(dǎo)。他們這種為人師表和對學(xué)生的關(guān)愛體現(xiàn)了他們高尚的師德和崇尚的職業(yè)操守，他們精

37、于自己的專業(yè)，為我在設(shè)計(jì)中提供了不少的專業(yè)上的幫助，同時(shí)在研究方法上對我進(jìn)行了指導(dǎo)。本論文從論文的選題到研究課題的確定，從論文的整理到詳細(xì)審稿、最后定稿無不傾注了馬老師的辛勤汗水。本文是在馬老師精心指導(dǎo)下完成的。畢業(yè)設(shè)計(jì)整整持續(xù)了兩個(gè)半月個(gè)月的時(shí)間，現(xiàn)在終于到完成了。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力和理論知識，以及和我對待事情的態(tài)度，在此我對曾經(jīng)幫助我和現(xiàn)在幫助我完成設(shè)計(jì)的老師們表示我衷心的感謝，感謝他們一直以來對我的幫助和支持。感謝指導(dǎo)老師這段時(shí)間以來對我的無私幫助。他們不求回報(bào)，熱心助人，大公無私，毫不保留的把他們多年來積累的工作經(jīng)驗(yàn)交給了我，為我付出了太多的時(shí)間和汗水！感謝我所有的師傅們

38、對我的無私關(guān)懷和幫助!所有這些都將會(huì)使我在今后的人生道路上更加信心百倍的挑戰(zhàn)自我、挑戰(zhàn)人生追求卓越、創(chuàng)造輝煌!最后，再次向馬老師致謝，。附錄 程序清單：（一）下位機(jī)程序溫度采集：這是關(guān)于ds18b20的讀寫程序,數(shù)據(jù)腳p2.2,晶振11.0592mhz，溫度傳感器18b20匯編程序,采用器件默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)化,最大轉(zhuǎn)化時(shí)間750微秒，可以將檢測到的溫度直接顯示到at89c51開發(fā)實(shí)驗(yàn)板的兩個(gè)數(shù)碼管上。單片機(jī)內(nèi)存分配申明!temper_l equ 29h ;用于保存讀出溫度的低8位temper_h equ 28h ;用于保存讀出溫度的高8位ds18b20_exist_flag bit 38h ;是

39、否檢測到ds18b20標(biāo)志位dq bit p2.3exist_light bit p0.7 ;指示18b20存在not_exist_light bit p0.0 ;指示18b20不存在a_bit equ 20h ;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放內(nèi)存位置b_bit equ 21h ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置;進(jìn)行溫度顯示,這里用兩位數(shù)碼管來顯示溫度;顯示范圍00到99度,顯示精度為1度;因?yàn)?2位轉(zhuǎn)化時(shí)每一位的精度為0.0625度,我們不要求顯示小數(shù)所以可以拋棄29h的低4位;將28h中的低4位移入29h中的高4位,這樣獲得一個(gè)新字節(jié),這個(gè)字節(jié)就是實(shí)際測量獲得的溫度 org 0000h ljmp main o

40、rg 0023h ljmp zd org 0030hmain: mov tmod,#20h mov th1,#0fdh mov tl1,#0fdh setb tr1 clr ti mov scon,#50h mov pcon,#00h mov r6,#30 setb p2.7mai:lcall get_temper ;調(diào)用讀溫度子程序 mov a,temper_l anl a,#11110000b anl temper_h,#00001111b orl a,temper_h swap a lcall hex_bcd mov 53h,b mov 52h,a mov 51h,#0 mov 50h,

41、#0 ;mov c,40h ;將28h中的最低位移入c ;rrc a ;mov c,41h ;rrc a ;mov c,42h ;rrc a ;mov c,43h ;rrc a ;mov 29h,a lcall display ;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序串口通信程序： dec r6 cjne r6,#1,zx jb p2.7,lp0 mov r0,#53h lcall qw sjmp jx lp0: mov r0,#52h lcall qw jx: cpl p2.7 mov r6,#100 zx: ljmp mai qw: mov dptr,#tab mov a, r0 movc a,a+dptr

42、 mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti rettab: db 48,49,50,51,52,53,54,55,56,57 zd: clr ti reti ; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值get_temper: setb dq lcall init_1820 ; 先復(fù)位ds18b20 jb ds18b20_exist_flag,tss2 ;clr p1.2 ret 判斷ds1820是否存在?若ds18b20不存在則返回tss2: ;clr p1.3 ;ds18b20已經(jīng)被檢測到 ;clr ds18b20_exist_flag mov a,#0cch ;跳過rom匹配 lcall write

43、_18b20 mov a,#44h ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 lcall write_18b20;這里通過調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)一段時(shí)間,等待ad轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒 lcall delay_750us lcall init_1820 ;準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位 mov a,#0cch ;跳過rom匹配 lcall write_18b20 mov a,#0beh ;發(fā)出讀溫度命令 lcall write_18b20 lcall read_18b20 ;將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35h/36h ;clr p1.4 ret;ds18b20復(fù)位初始化子程序;功能:初始化ds18b20,若其正常連接,則p0

44、.7led點(diǎn)亮,若否,則p0.0led點(diǎn)亮;入口參數(shù):無 出口參數(shù):ds18b20_exist_flag (1-存在 0-不存在)init_1820: setb dq nop clr dq mov r1,#3tsr1: mov r0,#107 djnz r0,$ djnz r1,tsr1 ;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微秒的復(fù)位低脈沖 setb dq ;然后拉高數(shù)據(jù)線 nop nop nop mov r0,#25htsr2: jnb dq,tsr3 ;等待ds18b20回應(yīng) djnz r0,tsr2 ljmp tsr4tsr3: setb ds18b20_exist_flag;置標(biāo)志位,表示ds1820

45、存在 clr exist_light ;檢查到ds18b20就點(diǎn)亮p0.7led ljmp tsr5tsr4: clr ds18b20_exist_flag;清標(biāo)志位,表示ds1820不存在 clr not_exist_light ;未檢查到ds18b20就點(diǎn)亮p0.0led ljmp tsr7tsr5: mov r0,#117tsr6: djnz r0,tsr6 ;時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間tsr7: setb dq ret;寫ds18b20的子程序(有具體的時(shí)序要求);功能:將a中數(shù)據(jù)低位在前,高位在后發(fā)送到dq線上;入口參數(shù):a 出口參數(shù):無write_18b20: mov r2,#8 ;一共

46、8位數(shù)據(jù) clr cwr1: clr dq mov r3,#5 djnz r3,$ rrc a mov dq,c mov r3,#21 djnz r3,$ setb dq nop djnz r2,wr1 ;setb dq ret; 讀ds18b20的程序,從ds18b20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)read_18b20: mov r4,#2 ;將溫度高位和低位從ds18b20中讀出 mov r1,#29h ;低位存入29h(temper_l),高位存入28h(temper_h)re00: mov r2,#8 ;數(shù)據(jù)一共有8位re01: clr c setb dq nop nop clr dq nop nop nop setb dq mov r3,#8re10: djnz r3,re10 mov c,dq mov r3,#21re20: djnz r3,re20 rrc a djnz r2,re01 mov r1,a dec r1 djnz r4,re00 ret溫度顯示程序：display:push 00h push 07h push dp