生理鹽水恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 摘 要溫度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等各領(lǐng)域最常遇到的一個物理量。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使得人類不斷探索在各領(lǐng)域各環(huán)節(jié)中對溫度的智能控制，工業(yè)上通過對冶煉過程中爐溫的控制來進行鋼鐵的熱處理；農(nóng)業(yè)上通過控制溫室大棚里的溫度來保證蔬菜、水果能夠良好的生長；醫(yī)學(xué)上也需要在恒溫的狀態(tài)下來進行細(xì)菌培養(yǎng)、放射免疫分析、血清溶化以及保持生理鹽水的恒溫狀態(tài)?？梢?，如何準(zhǔn)確的對溫度進行精確的測量并進行相應(yīng)的智能控制，關(guān)系到國民生產(chǎn)的有效進行。生理鹽水是醫(yī)學(xué)上常用的一種溶液，不同溫度值的生理鹽水可以用于不同的病理、生理研究?；蛘哒f在進行某一項醫(yī)學(xué)手術(shù)時，用于手術(shù)方面的生理鹽水的溫度會影響到病人的生命的后期恢復(fù)情況，甚至影

2、響病人的生命體征。所以很有必要對生理鹽水的恒溫控制方法及硬件實現(xiàn)進行分析和研究，旨在通過這一研究，實現(xiàn)對生理鹽水的恒溫控制。本文通過對生理鹽水恒溫控制的方法入手，提出了生理鹽水恒溫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。以溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，以單片機AT89C51為控制核心，通過控制固態(tài)繼電器的開和關(guān)，從而實現(xiàn)對升溫和降溫的控制，使生理鹽水處于一個恒定溫度的環(huán)境下。系統(tǒng)分為硬件控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊、溫度控制模塊、鍵盤顯示模塊等；軟件系統(tǒng)則主要用于對整個系統(tǒng)的控制。最后利用PROTEUS仿真軟件對整個系統(tǒng)進行了仿真，實現(xiàn)了對溫度的恒定控制，并在溫度超限時能夠及時的報

3、警，通知醫(yī)護人員進行人工干預(yù)，達到了預(yù)期的設(shè)計效果?！娟P(guān)鍵詞】單片機、DS18B20、恒溫控制、仿真AbstractTemperature is a physical quantity which is used to industry, agriculture, chemical and medical etc. With the development of electronic technology, the intelligent control to the temperature is studied and explored in each procedure in the fi

4、eld by human. In industry, the temperature of iron and smelting process is steeled by controlling in the heat treatment. The temperature is control in greenhouse to ensure vegetable, fruit to good growth in the agriculture. It also need to constant state of bacterial culture, radioimmunoassay, serum

5、 melted and keep the saline temperature state in medicine. Therefore, how to accurate the temperature and realize the intelligent control is related to the effective national production. Normal saline is a common solution of medical. The value of the temperature can be used to study in physiological

6、 and physiological. Or in a medical operation, it can be affect to the patient's later life recovery, and even affect the patient's vital signs by the difference of the salines temperature. So it is necessary to analyze the control method and the hardware realization to the temperature of th

7、e saline. Through this research, saline will be control to a constant temperature. A general design scheme of the saline water temperature control system is put forward in this paper focused on the method of saline water temperature control. The temperature is collected by temperature DS18B20 sensor

8、. Through the solid state relay control opening and closing, based on AT89C51 SCM as control core, the heating and cooling control is realized in a constant temperature environment. The system consists of control system and the software system .The hardware control system includes a temperature acqu

9、isition module, a temperature control module, a keyboard and a display module; Software system is mainly used for the control of the whole system. Finally the system is simulated using the PROTEUS simulation software, achieved the anticipated design effect.keywords MCU, DS18B20, temperature control,

10、 simulation 目 錄一、 緒論11.1 研究現(xiàn)狀及意義11.2 系統(tǒng)設(shè)計要求11.3 課題研究內(nèi)容2二、 硬件系統(tǒng)設(shè)計32.1系統(tǒng)總體設(shè)計32.2 系統(tǒng)主控模塊設(shè)計42.3 溫度采集模塊設(shè)計52.3.1 溫度傳感器52.3.2 溫度采集電路的設(shè)計72.4 恒溫控制模塊設(shè)計82.5按鍵顯示模塊設(shè)計92.5.1 按鍵電路92.5.2 顯示電路112.6 報警電路13三、 軟件系統(tǒng)設(shè)計143.1軟件系統(tǒng)設(shè)計流程143.2溫度采集子程序設(shè)計153.3恒溫控制子程序設(shè)計173.4顯示程序設(shè)計18四、 系統(tǒng)仿真194.1仿真軟件PROTUES的簡介194.2仿真步驟19五、 總結(jié)21參考文獻22

11、致謝23附錄24一、 緒論1.1 研究現(xiàn)狀及意義生理鹽水，是指生理學(xué)實驗或臨床上常用的滲透壓與動物或人體血漿的滲透壓相等的氯化鈉溶液。其溶度用于哺乳類動物和人體時是0.850.9%，人們平常點滴用的氯化鈉注射液濃度是0.9%。陳錦、李艷在其“不同溫度的生理鹽水沖洗胸腔對患者的生命體征的影響”一文中提到，用于胸腔沖洗用的生理鹽水，如果溫度過低，會影響患者的生命體征,甚至死亡。溫度過高，則會破壞活組織細(xì)胞，一般溫度高達45以上，活組織細(xì)胞便可被滅活致死1。由此可見，生理鹽水的溫度的無論是對于醫(yī)學(xué)實驗還是臨床治療，都起著關(guān)鍵性的作用。目前我國對生理鹽水溫度控制的研究開展得比較少，這方面的相關(guān)文獻也幾

12、乎沒有。在國家大力推進醫(yī)療體制改革、努力改善各醫(yī)院醫(yī)療條件的大背景下，通過電子信息技術(shù)的引入，使得各項醫(yī)用藥品能夠得到合理的儲存和監(jiān)護，具有十分重要的實際意義。生理鹽水恒溫系統(tǒng)的設(shè)計是現(xiàn)代信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究內(nèi)容之一。用于醫(yī)學(xué)上的生理鹽水恒溫控制是一種通過微型控制器實現(xiàn)對生理鹽水儲存設(shè)備環(huán)境因子實時調(diào)控的信息控制技術(shù)，是改善醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施的有效舉措之一。1.2 系統(tǒng)設(shè)計要求生理鹽水或以袋裝形式或其它形式存放于特定的存儲容器之中。下面針對課題設(shè)計任務(wù)，提出具體的設(shè)計要求。（1） 要求能夠?qū)崿F(xiàn)對生理鹽水的恒溫控制.（2） 能夠根據(jù)實際需要自由調(diào)節(jié)待恒定的溫度值（3） 控溫精度高，偏差小于

13、77;0.5。（4） 超溫聲程報警，按鍵消除。（5） 友好的人機操作界面以上為本系統(tǒng)所要完成的設(shè)計任務(wù)，由于生理鹽水主要用于手術(shù)時傷口及器官的清潔沖洗，在使用時需要與人體相近的溫度進行沖洗，以免因為溫度過高或過低對傷口和器官造成外界因素刺激，及造成傷口感染，所以默認(rèn)將其初始恒定溫度值為37度。1.3 課題研究內(nèi)容本設(shè)計包括了緒論、硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)仿真四部分。（1） 緒論部分該部分主要是對研究現(xiàn)狀及研究意義的論述。（2） 硬件電路設(shè)計部分該部分主要分室對單片機最小系統(tǒng)、溫度采集模塊、恒溫控制模塊、按鍵顯示模塊、報警電路等進行了設(shè)計原理分析，并給出了具體的設(shè)計原理圖。（3） 軟件系統(tǒng)設(shè)

14、計部分該部分則是對系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程進行了分析，并對課題中主要的核心子程序進行了分析和設(shè)計。涉及溫度采集子程序的設(shè)計、恒溫控制子程序的設(shè)計和顯示子程序的設(shè)計。 （4） 系統(tǒng)仿真部分 該部分通過利用單片機仿真軟件PROTEUS實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的模擬仿真2。本課題主要是以智能溫度傳感器應(yīng)用技術(shù)和單片機應(yīng)用技術(shù)為核心進行研究，并且以理論分析和系統(tǒng)實現(xiàn)方案為基礎(chǔ)，在不斷地研究過程中進行不斷的調(diào)整，完成了一個恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計。二、 硬件系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)總體設(shè)計傳統(tǒng)的恒溫系統(tǒng)采用模擬電路設(shè)計，存在不可避免的缺陷，如溫度控制的精度差，易出現(xiàn)溫度的漂移，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺乏友好的人機截面，溫度控制的實時性差

15、等。而醫(yī)用的生理鹽水對溫度的精確度要求極高，并且溫度控制需要具備一定的實時性。和傳統(tǒng)的模擬電路相比，單片機具有集成度高、體積小、執(zhí)行速度快、以及能實現(xiàn)智能控制的特點。所以決定選擇目前較為通用的AT89C51單片機來作為整個系統(tǒng)的主控設(shè)備3。傳統(tǒng)的溫度傳感器多采用熱敏電阻，其線性特性不是很理想，逐漸被新一代的溫度傳感器所取代。現(xiàn)在比較流行的性價比較高的溫度傳感器有AD590和DS18B20。AD590溫度測量精確度高，但是線路設(shè)計復(fù)雜，需要外接A/D轉(zhuǎn)換器，且編程難度大。DS18B20則電路簡單，編程容易，且傳輸距離較遠，溫度測量精度和測量范圍也能滿足目前的系統(tǒng)設(shè)計要求，且價格較低。所以本設(shè)計決

16、定選用DS18B20作為溫度測量傳感器。溫控電路包括加熱和制冷兩個功能?？梢酝ㄟ^兩個固態(tài)繼電器作為控制開關(guān)，兩個繼電器分別控制加熱裝置和制冷裝置4。由于恒溫控制系統(tǒng)的功能單一，所以在鍵盤顯示電路上，選擇采用簡單的獨立鍵盤和LED數(shù)碼管進行顯示。報警電路則采用蜂鳴器報警的方式，并由單片機進行相應(yīng)的控制。綜上，繪制成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。AT89C51控制系統(tǒng)顯示溫度采集加熱模塊降溫模塊報警電路鍵盤掃描圖2-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本文設(shè)計的生理鹽水恒溫控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機對整個系統(tǒng)進行主控作用，并將多個溫度傳感器平均置于生理鹽水儲存容器的各個位置，通過單片機對各點溫度的循環(huán)采集及計

17、算，從而提高溫度采集的準(zhǔn)確性。通過按鍵可以對預(yù)設(shè)的溫度值進行調(diào)節(jié)，單片機接收到調(diào)整要求后，可通過對加熱模塊或降溫模塊的控制，起到對整個系統(tǒng)溫度的一個恒定控制。該系統(tǒng)具有操作簡單便捷、采集方便準(zhǔn)確、適應(yīng)性強、成本低以及節(jié)省能源的特點，可明顯增加使用者的經(jīng)濟效益。2.2 系統(tǒng)主控模塊設(shè)計本系統(tǒng)采用Atmel公司所生產(chǎn)的MCS-51系列中的AT89C51單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。由AT89C51單片機構(gòu)成的最小系統(tǒng)如圖2-2所示。 圖2-2 單片機最小系統(tǒng)圖中可以看出，AT89C51單片機的時鐘源，使用的傳統(tǒng)的內(nèi)部時鐘電路構(gòu)成，在其18、19引腳外圍接上了12MHz的晶振和用于提高振蕩信號穩(wěn)定性的兩

18、個30pf的瓷片電容。復(fù)位電路則采用了傳統(tǒng)的按鍵上電復(fù)位。EA直接接高電平，先使用內(nèi)部的程序存儲器，如果不夠再使用外部的。由于AT89C51內(nèi)部具有4KB的程序存儲器，完全可以滿足本設(shè)計的要求，因此不需要擴展外部存儲設(shè)備。2.3 溫度采集模塊設(shè)計2.3.1 溫度傳感器（1）常用的溫度傳感器溫度傳感器無非就是能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件。傳統(tǒng)的溫度傳感器有熱電阻和熱電偶。熱電阻是當(dāng)電路正常工作時，熱敏電阻溫度與室溫相近時電阻很小，串聯(lián)在電路中不會阻礙電流通過；而當(dāng)電路因而出現(xiàn)過電流時，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過一定溫度時，電阻瞬間會劇增，回路中的電流迅速減小到安全值

19、。熱敏電阻動作后，電路中電流有了大幅度的降低。由于高分子NTC熱敏電阻的可設(shè)計性好，可通過改變自身的開關(guān)溫度來調(diào)節(jié)其對溫度的敏感，因而可同時起到過溫保護和過流保護兩種作用。高分子NTC熱敏電阻是一種直熱式、階躍型熱敏電阻，其電阻變化過程與自身的發(fā)熱和散熱情況有關(guān)，因而其維持電流、動作電流及動作時間受環(huán)境溫度影響。高分子NTC熱敏電阻由于電阻可恢復(fù)，因而可以重復(fù)多次使用。面積和厚度較小的熱敏電阻恢復(fù)相對較快；而面積和厚度較大的熱敏電阻恢復(fù)相對較慢。熱電偶也是常用的測溫元件，其工作原理是當(dāng)兩種不同導(dǎo)體結(jié)合成回路時，當(dāng)兩種導(dǎo)體的連接處的兩端溫度不同時，就會產(chǎn)生一種稱為熱電流的電流。此時熱電偶的兩端就

20、會有溫差存在，顯示儀表就會顯示出產(chǎn)生的熱電動勢。熱電動勢會隨著溫度的增大而增大。熱電偶的工作參數(shù)只與材料有關(guān)，與其大小、形狀等無關(guān)。因此可以根據(jù)需要，將產(chǎn)品做成不同的形狀、大小，而不影響其性能。但其實際操作相對復(fù)雜，且測溫效果不穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的溫度傳感器的基礎(chǔ)上，添加模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及存儲器件就可以形成集成式的數(shù)字溫度傳感器了。DS18B20是目前較為常用的數(shù)字溫度傳感器之一，利用它來進行溫度測量，可以不必過多考慮其它參數(shù)問題及外圍電路的設(shè)計，使得系統(tǒng)設(shè)計更為簡單。 （2）數(shù)字式傳感器DS18B20 DS18B20是由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單線智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，其優(yōu)勢在于

21、智能567。智能表現(xiàn)在能夠直接讀出被測溫度，根據(jù)對測量溫度精度的不同要求，可以選擇9到12位的數(shù)字值來進行溫度量化。不同的位數(shù)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換時間是不一樣的，9位的轉(zhuǎn)換方式需要93.75ms，而12位的則需要750ms。所以因根據(jù)自己的需要來選擇不同的轉(zhuǎn)換方式。不同的轉(zhuǎn)換方式代表不同的分辨率，數(shù)值越高，轉(zhuǎn)換的溫度分辨率就越高，得到的溫度數(shù)據(jù)就越精確。比如選擇12位的溫度轉(zhuǎn)換方式，那么得到的溫度數(shù)值就是DS18B20所能達到最大得溫度分辨率，為0.0625。DS18B20的主要特性包括適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍可以由3.0V到5.5V之間。在寄生電源方式下還可以由數(shù)據(jù)線給DS18B20供電89。DS1

22、8B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，極大的節(jié)省了片上資源。多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，其全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在一個小小的集成電路內(nèi)，幾乎不占用什么空間。DS18B20轉(zhuǎn)換速度更快。轉(zhuǎn)換完成后的結(jié)果可直接輸出數(shù)字形式的溫度信號，并且以“單總線”串行方式傳送給單片機，同時傳送CRC校驗碼，幫助設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)錯誤。和傳統(tǒng)的溫度檢測相比DS18B20只需三根導(dǎo)線和一個電阻。不需要其他任何外圍電路即可測得溫度數(shù)據(jù)。故電路非常簡單。2.3.2 溫度采集電路的設(shè)計在本設(shè)計中，為了使

23、得溫度的測量值能夠體現(xiàn)生理鹽水存儲容器中溫度的均衡性。設(shè)計了多個DS18B20溫度傳感器，進行多點測溫1011。DS18B20和單片機的連接有兩種方法。一種利用DS18B20的單總線特性，在一個I/O口上連多個傳感器了，這種連接方式，電路結(jié)構(gòu)清楚，但是編程復(fù)雜12。在這種方式下的溫度傳感器DS18B20和單片機的接口電路如圖2-3所示。圖2-3 DS18B20和單片機的單總線多芯片接口電路還有一種連接方式是多個DS18B20各自接一個單片機的I/O口，這種方法的好處是對DS18B20的操作之間不會受到干擾，簡化了程序的書寫。壞處是當(dāng)DS18B20有很多個時，或者有別的元器件要占用大量的單片機I

24、/O口時，就會顯得單片機不夠用。由于本設(shè)計的功能相對來說不是非常復(fù)雜，不需要額外的占用到過多的單片機引腳。因此在最終采用了后面這種連接方式。該連接方式下的電路原理圖如圖2-4所示。圖2-4 系統(tǒng)中DS18B20和單片機的接口電路圖中可以看出，系統(tǒng)中8個溫度傳感器分別和單片機的的8個引腳連接（DQ0DQ7和P2口的8個引腳連接），由單片機分別進行數(shù)據(jù)的讀取和處理。單片機和每一個傳感器的連接接口上都接了阻值為4.7k的上拉電阻。2.4 恒溫控制模塊設(shè)計 恒溫控制模塊的功能有兩個：溫度過高時的降溫處理和溫度偏低時的加熱處理，分別對應(yīng)這兩塊控制電路。在控制電路的設(shè)計上，本設(shè)計決定采用固態(tài)繼電器作為控制

25、開關(guān)。固態(tài)繼電器又稱為固體繼電器，英文為Solid State Relay，簡稱SSR。和傳統(tǒng)繼電器不同之處在于，將傳統(tǒng)電接點改為由半導(dǎo)體器件作為切換裝置，因此可以認(rèn)為是沒有觸點的繼電器，它是一個有源四端器件，其中有兩個引腳作為輸入控制端，兩個為輸出控制端。由于固體繼電器采用了光電隔離技術(shù)，使得輸入端和輸出端之間處于隔離狀態(tài)。當(dāng)輸入端加上有效信號時，輸出端就能從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｍ顟B(tài)。和電磁繼電器相比除了能實現(xiàn)開關(guān)功能外，固態(tài)繼電器還具有開關(guān)速度快，工作可靠等特點，并具有很好的防潮、防腐的特性，且可以和TTL邏輯電路兼容。恒溫控制模塊與單片機的接口電路如圖2-5所示。 圖2-5 恒溫控制模塊與

26、單片機的接口電路如果實際測量溫度低于預(yù)設(shè)的恒定值，就通過程序控制，使得AT89C51的P3.3腳輸出一個高電平，去控制晶體三極管Q5導(dǎo)通，繼電器K1導(dǎo)通，加熱設(shè)備開始運轉(zhuǎn)。類似的，當(dāng)實際溫度高于預(yù)設(shè)的恒定溫度值時，就控制P3.4腳使得三極管Q6導(dǎo)通，K2閉合，降溫設(shè)備開始運轉(zhuǎn)。2.5按鍵顯示模塊設(shè)計2.5.1 按鍵電路根據(jù)系統(tǒng)要求，按鍵可已有矩陣式和獨立式兩種接法。（1）矩陣鍵盤矩陣式接法通常用于按鍵數(shù)量較多時，通過將按鍵排成矩陣形式的鍵盤，可以減少對單片機引腳的占用，如圖2-6所示。圖2-6 矩陣式按鍵連接 圖中可以看出，水平線和垂直線之間只是相交而不連通，只能通過相應(yīng)的按鍵來實現(xiàn)連通。從而

27、實現(xiàn)了8個引腳對16個按鍵的控制。相比獨立的按鍵形式要多出一倍的按鍵數(shù)量。尤其當(dāng)所連接的按鍵數(shù)量越多時，效果更明顯。所以，當(dāng)系統(tǒng)需要較多功能鍵時，矩陣接法是不錯的一個選擇。然而，在節(jié)省單片機引腳資源的同時，矩陣式鍵盤也有其弱勢的一面，由于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，所以在電路連接，尤其是在按鍵的程序識別上，較為麻煩。在按鍵不多且引腳資源豐富的時候，可以選用另一種按鍵連接形式獨立式連接。（2）獨立按鍵獨立式按鍵，即一個單片機引腳對應(yīng)一個單獨的按鍵。這種接法，結(jié)構(gòu)簡單，且按鍵之間互不影響，也不存在按鍵識別難的問題。其缺點在于當(dāng)按鍵數(shù)量較多時，會占用過多的I/O接口，造成I/O口線的浪費。本系統(tǒng)由于只需要對恒定的

28、溫度值進行設(shè)定，所需按鍵不多，所以選擇獨立式的按鍵連接方式。這種連接方式可以降低程序的編寫難度。本設(shè)計的按鍵電路如圖2-7所示。圖2-7 獨立按鍵電路（3）按鍵的消抖 由于系統(tǒng)是采用廉價的機械式按鍵，在實際使用時會存在抖動現(xiàn)象，所以必須采用相應(yīng)的去抖措施。常用的去抖方法有硬件和軟件去抖兩種。硬件去抖，通常是用過施密特整形電路對實現(xiàn)對按鍵信號的抖動信號進行處理，使得按鍵信號只轉(zhuǎn)化為高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，從而達到消抖的目的；軟件消抖是指通過程序上的設(shè)計來去除按鍵的抖動，首先需要編寫一個5m左右的延時子程序，當(dāng)檢測到有按鍵按下時，首先調(diào)用這個子程序，使得按鍵的抖動時間過去（按鍵抖動時間小于5m

29、s），待按鍵穩(wěn)定后，在對按鍵是否按下進行判斷（按下按鍵時會存在一段穩(wěn)定的時間）。當(dāng)松開按鍵時，也要進行這個延時子程序的調(diào)用，以免對按鍵產(chǎn)生多次重復(fù)識別。由于硬件消抖需要額為的增加硬件，會提高設(shè)計成本，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖的方法。2.5.2 顯示電路本系統(tǒng)使用LED數(shù)碼管組成顯示電路。數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，有共陽和共陰兩種結(jié)構(gòu)。通過譯碼電路可以實現(xiàn)對8位輸入數(shù)據(jù)的譯碼，從而點亮LED數(shù)碼管上對應(yīng)的發(fā)光二極，形成相應(yīng)的數(shù)字。LED數(shù)碼管和單片機構(gòu)成的顯示電路，有靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。（1）靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示是指每一個數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)由一個單片機的I/O端口進行控制。其特點是各個數(shù)碼管顯

30、示相對獨立，每一個數(shù)碼管接收的顯示字符一但確定，相應(yīng)I/O口的輸出段碼將維持不變，直到顯示另一個字符為止，正因如此，其數(shù)碼管的顯示亮度也較高。這種顯示方式還有一個優(yōu)點就是占用CPU時間少，顯示編程和控制。但是當(dāng)數(shù)碼管過多時將占用大量的I/O端口。如果系統(tǒng)有4個數(shù)碼管連接成靜態(tài)顯示的話，單段碼連接線就需要4×832個I/O口來控制，其電路將變得相對復(fù)雜，成本也較高。（2）動態(tài)顯示當(dāng)系統(tǒng)中的數(shù)碼管的位數(shù)過多時，往往采用動態(tài)的接口方式，動態(tài)顯示方式能夠節(jié)省大量的I/O端口，并能降低系統(tǒng)功耗。該顯示方式是通過將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，通過對各數(shù)碼管位選端的分時選通，來實現(xiàn)對各數(shù)碼管的數(shù)

31、據(jù)傳輸。所謂動態(tài)顯示是指通過輪流向各位數(shù)碼管送出段碼和相應(yīng)的位選信號，利用人眼的視覺暫態(tài)效應(yīng)，使人在感官上產(chǎn)生好像每位數(shù)碼管都在同時顯示的錯覺。正因如此，所以動態(tài)顯示的亮度會相較靜態(tài)顯示暗些。動態(tài)顯示時要注意對數(shù)碼駐留時間的控制，保證顯示的亮度，同時要注意數(shù)碼管的掃描頻率，保證顯示不閃爍。為了保證在動態(tài)顯示時，每個數(shù)碼管能夠正常顯示，需要保證每個數(shù)碼管的點亮?xí)r間在12ms之間。本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示的方式，數(shù)碼管采用6位一體的集成數(shù)碼管，其和單片機的接口電路如圖2-8所示。圖2-8 LED顯示器與單片機的接口電路單片機是核心控制器件，所以去引腳的輸出驅(qū)動能力有限，無法直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，所以在圖

32、中是通過在P0口和數(shù)碼管的段選引腳間，加接了一個驅(qū)動芯片74LS245來實現(xiàn)的。該芯片是一個具有雙向三態(tài)功能的驅(qū)動芯片，當(dāng)19腳CE端為低電平時芯片選通，處于數(shù)據(jù)運行傳輸狀態(tài)。其中的1腳為數(shù)據(jù)傳輸方向選擇端，該引腳接低電平時，數(shù)據(jù)從B端入，A端出；為高電平時，則A端輸入數(shù)據(jù)，B端作為數(shù)據(jù)輸出端。在本系統(tǒng)中，段選數(shù)據(jù)從P0口輸出經(jīng)74LS245A端輸入，由B端輸出給數(shù)碼管的ADP引腳。位選數(shù)據(jù)則直接由P1.0P1.5來實現(xiàn)。2.6 報警電路為了保證生理鹽水不會因為溫度過高或過低而出現(xiàn)變質(zhì)的情況，在程序中應(yīng)該要設(shè)定溫度上下限值，當(dāng)溫度超限時，系統(tǒng)應(yīng)該具有自動報警功能。本設(shè)計的報警電路由晶體三極管和

33、蜂鳴器組成。當(dāng)溫度超限時，可以通過控制三極管的基極，使其輸出一定頻率的矩形脈沖信號，從而使得蜂鳴器和電源有序的接通，使蜂鳴器產(chǎn)生振動，發(fā)出相應(yīng)的音頻信號，達到報警的目的。報警電路如圖2.8所示。圖2-9 單片機驅(qū)動蜂鳴器 三、 軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1軟件系統(tǒng)設(shè)計流程該系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵還取決于軟件的設(shè)計，經(jīng)過系統(tǒng)功能分析，繪制出了系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)的軟件流程圖系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先完成對溫度傳感器、顯示器的初始化工作，然后調(diào)用溫度采集程序?qū)囟戎颠M行采集并通過顯示子函數(shù)顯示出當(dāng)前測得的溫度值。之后調(diào)用鍵盤掃描子程序?qū)崿F(xiàn)對按鍵的掃描。如有按鍵按下，則將對系統(tǒng)默認(rèn)的恒定溫度值進行

34、調(diào)整，之后將實際的溫度測量值和預(yù)設(shè)的溫度值相比較，如果溫度過高，則調(diào)用降溫處理程序?qū)崿F(xiàn)降溫，溫度過低則調(diào)用加熱升溫子程序進行升溫。如果實測溫度和預(yù)設(shè)溫度相同，則關(guān)閉當(dāng)前的升溫降溫通道，返回主程序，并不斷的對溫度進行實時監(jiān)測。3.2溫度采集子程序設(shè)計溫度采集子程序主要完成對溫度的采集工作。由于本系統(tǒng)需要實現(xiàn)對生理鹽水的恒溫控制，所以需要不停的監(jiān)測溫度的變換。所以系統(tǒng)是有用查詢的方式來不停的循環(huán)檢測各點的溫度值。在對DS18B20進行訪問的關(guān)鍵在于要充分了解該芯片的工作時序，因此程序設(shè)計的重點也就在于此。（1）DS18B20初始化程序的設(shè)計對DS18B20進行訪問時，大致的流程是：初始化ROM操作

35、指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。對應(yīng)的工作時序分為初始化時序、讀時序和寫時序。初始化時序如圖3-2所示。圖3-2 DS18B20的復(fù)位時序DS18B20的初始化，是實現(xiàn)對其操作和訪問之前必須完成的工作。從時序圖中可以看出，首先需要由單片機發(fā)出一時間在480us到960us之間的低電平作為復(fù)位脈沖給DS18B20，然后當(dāng)DS18B20檢測到其I/O引腳上的上升沿之后，經(jīng)過1560us的等待時間之后，接著發(fā)出60-240us的低電平信號作為應(yīng)答信號，表示其存在性。對應(yīng)的初始化程序如下：void Init_DS18B20_1(void)/初始化ds1820DQ_0 = 1; /DQ復(fù)位Delay(8);

36、 /稍做延時DQ_0 = 0; /單片機將DQ拉低 Delay(80); /精確延時 大于 480usDQ_0 = 1; /拉高總線 Delay(14);Delay(20);其中的Delay()函數(shù)為簡單的延時函數(shù)，對應(yīng)的函數(shù)如下：void Delay(int num) while(num-);（2）DS18B20寫操作程序的設(shè)計在對DS18B20進行寫操作時，因遵循如圖3-3所示的寫時序。圖3-3 DS18B20的寫時序首先，主要單片機應(yīng)該將數(shù)據(jù)拉至低電平，這個時間通常在1015 us之間，作為寫起始信號。之后，拉高電平，并保持2045us，在這個時間完成數(shù)據(jù)的寫入工作，需注意的是，在另一個

37、寫周期開始之前，要注意保持1us以上的高電平恢復(fù)期。具體的程序設(shè)計如下：void WriteOneChar_1(unsigned char dat)/寫一個字節(jié)unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i-) DQ_0 = 0; DQ_0 = dat&0x01; Delay(5);DQ_0 = 1;dat>>=1;該程序完成一個字節(jié)的寫入工作。（3）DS18B20讀操作程序的設(shè)計在對DS18B20進行讀操作的時序如圖3-4所示。圖3-4 DS18B20的讀時序為了產(chǎn)生讀起始信號，應(yīng)通過控制單片機將數(shù)據(jù)線拉至低電平并持續(xù)1us以上，然后使數(shù)據(jù)線變

38、為高電平。程序設(shè)計上應(yīng)保證在下降沿之后15us內(nèi)完成讀操作。圖中可以看出整個讀周期至少會持續(xù)60us，而在每個讀周期之間，同樣要注意恢復(fù)期的設(shè)置，通常由持續(xù)1us以上的高電平來完成。其具體的程序代碼如下：unsigned char ReadOneChar_1(void)/讀一個字節(jié)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ_0 = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1;DQ_0 = 1; / 給脈沖信號 if(DQ_0) dat|=0x80; Delay(4); return(dat);3.3恒溫控制

39、子程序設(shè)計該程序主要負(fù)責(zé)將鍵盤輸入的溫度值或預(yù)設(shè)的溫度值和現(xiàn)場的實測溫度相比較，從而控制相應(yīng)的P3.4、P3.3引腳，進而控制相應(yīng)的繼電器導(dǎo)通，來啟動相應(yīng)的加熱設(shè)備或制冷設(shè)備，從而實現(xiàn)恒溫控制。 3.4顯示程序設(shè)計前面章節(jié)已經(jīng)論述，本系統(tǒng)的顯示采用動態(tài)顯示方式，其關(guān)鍵在于掃描頻率的控制和各數(shù)碼管點亮?xí)r間的把握。經(jīng)過軟件的反復(fù)調(diào)試，設(shè)計了一個能效果良好的顯示子程序，下面就該程序中的關(guān)鍵代碼列于下方：for (j=0;j<50;j+) /刷新100次 for (i=0;i<led_number;i+) /逐個顯示數(shù)字 if (i=1) led_data = dis_bufi|0x80;

40、 /顯示的第二位加小數(shù)點 else led_data = dis_bufi; /發(fā)送段碼 led_bit = Bit_Ledi; /發(fā)送位碼 delay_1(1); led_bit = 0xff; 從上面的程序代碼可以看出，程序中利用FOR循環(huán)來實現(xiàn)對各數(shù)碼管的動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸，并在每發(fā)送完一個段碼數(shù)據(jù)后，調(diào)用了一個延時程序delay_1(1)，該延時程序其對應(yīng)的代碼如下：void delay_1(uchar x) uchar i,j; for(i=0;i<x;i+) for(j=0;j<20;j+); 通過估算，當(dāng)x=1時，延時時間約為0.2ms。 四、 系統(tǒng)仿真4.1仿真軟件PRO

41、TUES的簡介Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它是世界上第一個將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三者合為一個設(shè)計平臺的軟件，其支持的處理器除了常用的51系列外，還有AVR系列，RAM等。不但對處理器的強大支持，也支持了大量的外圍元器件，其中也包括了DS18B20，它能對DS18B20包括序列號編碼，溫度的手動變化等仿真。對于本設(shè)計有莫大的幫助。因為它強大的功能和友好的界面，在各種從事單片機方面工作或?qū)W習(xí)的群眾的廣泛使用。4.2仿真步驟首先將系統(tǒng)中要用到的電子元器件放置于PROTEUS軟件的操作區(qū)，將線路連接好，如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)整體仿真電路左鍵雙擊單片機AT89C51，彈出如圖4-2所示一個菜單，點擊program file找到程序所在的位置。載入程序。就可以進行模擬測試了。