塑料大棚恒溫控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1、學(xué)科分類號0806本科生畢業(yè)論文 ( 設(shè)計(jì) )題目 （中文）：塑料大棚恒溫控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（英文）：Constant Temperature Controller Design andImplementation of the Plastic Greenhouse目錄摘 要.I關(guān)鍵詞 .IAbstract .IKey words .II1 前言 .12 任務(wù)分析與方案論證 .32.1任務(wù)分析 .32.2兩種方案的比較 .42.2.1方案一 .42.2.2方案二 .42.3實(shí)現(xiàn)方法簡述 .43 硬件電路的設(shè)計(jì) .53.1單片機(jī)最小系統(tǒng) .53.1.1單片機(jī) STC12C5A16S2 .53.1

2、.2按鍵電路 .73.1.3顯示電路 .73.1.4報(bào)警電路 .83.2 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 .83.2.1 DS18B20 溫度傳感器 .83.2.2 DS18B20 的操作時序 .113.3繼電器輸出電路 .123.4電源電路 .144 軟件設(shè)計(jì) .144.1系統(tǒng)流程圖 .144.2系統(tǒng)程序模塊的設(shè)計(jì) .154.3 DB18B20 測量溫度的程序設(shè)計(jì) .154.4溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 .175 調(diào)試176 總結(jié)18參考文獻(xiàn)19致 謝錯 誤！未定義書簽。附錄 A ：設(shè)計(jì)電路原理圖21附錄 B：設(shè)計(jì)程序21塑料大棚恒溫控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要塑料大棚恒溫控制器的設(shè)計(jì)包括

3、硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。硬件電路主要包括主控制器，溫度測量電路，溫度控制電路和顯示電路。 主控制器采用單片機(jī)STC12C5A16S2，溫度傳感器采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20，溫度控制電路采用的是繼電器控制外部加熱制冷設(shè)備， 顯示電路采用 3 個共陽極 LED 數(shù)碼管。測溫控制電路由溫度傳感器和預(yù)置溫度值比較組成， 當(dāng)實(shí)際測得的溫度值大于預(yù)先設(shè)定的溫度，導(dǎo)致光信號報(bào)警，并且驅(qū)動電風(fēng)扇工作；當(dāng)實(shí)際溫度低于預(yù)先設(shè)定的溫度，導(dǎo)致關(guān)信號報(bào)警，并驅(qū)動加熱器工作。系統(tǒng)程序主要包括主程序，測試程序和顯示子程序等。關(guān)鍵詞單片機(jī)；數(shù)碼顯示管；溫度傳感器DS18B20；控制電路Const

4、ant Temperature Controller Design and Implementation of thePlastic GreenhouseAbstractPlastics constant temperature controller design includes hardware circuit design and system program design. The hardware circuit mainly includes the main controller, temperature measurementcircuit, temperature contr

5、ol circuit and display circuit. Main controller by single chip microcomputer STC12C5A16S2, DS18B20 temperature sensor by DALLAS semiconductor companies in the United States production, temperature control circuit USES is relay control external heating refrigeration equipment, using three common anod

6、e LED digital tube display circuit. Temperature control circuit is composed of temperature sensor and the preset temperaturecomparison, when the actual measured temperature value is greater than the pre-set temperature, lead to light alarm signal, and work drive electric fan; When actual temperature

7、 is lower than the preset temperature, resulting in a warning signal, and drive the heater work. System program mainly includes the main program, the test program and display subroutine, etc.Key wordssingle chip microcomputer; Digital tube display; Temperature sensor DS18B20; Control circuit1 前言中國農(nóng)業(yè)

8、的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，在冶金、食品加工、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，都要求對溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。溫度控制，在自動化控制中占有非常重要的地位。單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代農(nóng)業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動化、智能化均離不開單片機(jī)的應(yīng)用1 。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng) 2 中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。在日

9、常生活中，電烤箱、微波爐、電熱水器、烘干箱等電器也需要進(jìn)行溫度檢測與控制。 傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。 而熱電偶和熱電阻測出的一般是電壓， 再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度， 需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。而采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便，簡單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標(biāo)。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在測溫電路中，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)， 將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，先進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，再在顯示電路上，將被測溫

10、度顯示出來。這種設(shè)計(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，因此感溫電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。進(jìn)而想到采用智能溫度傳感器來設(shè)計(jì)數(shù)字溫度控制器。 本數(shù)字保溫控制的設(shè)計(jì)采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件 3 ，繼電器控制外部加熱制冷設(shè)備， 其溫度值可以直接被讀出來， 通過核心器件單片機(jī) STC12C5A16S2 控制溫度的讀寫和顯示，用 LED 數(shù)碼管顯示。在溫度傳感器的選擇上我們采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，且此元件線形較好。在 0 100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)

11、傳輸數(shù)字信號， 便于單片機(jī)處理及控制。 本設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)之一就是直接采用溫度芯片對溫度進(jìn)行測量，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度，體現(xiàn)了作品芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔， 搭建電路和焊接電路時更快。 而且，集成塊 4 的使用，有效地避免外界的干擾， 提高測量電路的精確度。 所以芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。 本方案應(yīng)用這一溫度芯片， 也是順應(yīng)這一5趨勢。對于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們才用的只是簡單的升溫和降溫方法，當(dāng)溫度低于我們設(shè)定的最低溫度值時，則單片機(jī)系統(tǒng)則會通過一個高電平的脈沖電流直接送給繼電器，使連接在繼電器上的加熱器通電產(chǎn)生熱量來

12、提高溫度。如果當(dāng)溫度高于我們設(shè)定的最高溫度值時，則單片機(jī)會通過另一個口發(fā)出一個高電平的脈沖電流送個繼電器，使連在繼電器上的電風(fēng)扇啟動，來降低溫度。在此過程中，我們通過單6,7 主要包括主程序、溫度控到即時的溫度情況，以便更好的驗(yàn)證系統(tǒng)的性能。按照上述設(shè)計(jì)功能的要求， 確定系統(tǒng)有 6 個部分組成：主控制器、顯示電路、報(bào)警電路、按鍵預(yù)置溫度值電路、繼電器輸出電路及溫度傳感電路。控制器使用 STC12C5A16S2，溫度傳感器使用 DS18B20，顯示電路用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示，繼電器外接控制加熱制冷設(shè)備。系統(tǒng)程序制子程序及顯示子程序等等。綜上所述，本設(shè)計(jì)以智能集成

13、溫度傳感器 DS18B20 為檢測元件，以單片機(jī) STC12C5A16S2 為主控器，用繼電器控制外部的加熱制冷設(shè)備，對大棚塑料內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，便于大棚內(nèi)的植物生長。該設(shè)計(jì)同時也適用于人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于溫度的檢測及控制。2 任務(wù)分析與方案論證2.1 任務(wù)分析本設(shè)計(jì)是對溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制， 即可以測試塑料大棚中的溫度和可設(shè)置塑料大棚內(nèi)適合植物生長的溫度。 當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動報(bào)警且自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時指示燈亮，當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)自動報(bào)警且自動啟動電風(fēng)扇降溫， 使溫度下降，同時指示燈亮。當(dāng)溫度下

14、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(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。具體要求如下：(1)、能夠測量溫度，溫度用數(shù)字顯示。(2)、測量溫度范圍 -1060，測量精度為0.5。(3)、能夠設(shè)置塑料大棚溫度并控制溫度，設(shè)定范圍540，且連續(xù)可調(diào)。設(shè)置溫度用數(shù)字顯示。(4)、溫度控制精度±2。(5)、當(dāng)超過設(shè)定的溫度5時，產(chǎn)生聲、光報(bào)警。2.2 兩種方案的比較方案一測溫電路的設(shè)計(jì)， 可以使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應(yīng)，將被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理， 在顯示電路上顯示被測溫度，這種設(shè)計(jì)需要用到

15、 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二考慮使用溫度傳感器， 結(jié)合單片機(jī)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，溫度傳感器采用 DS18B20，這種芯片可直接讀取被測溫度值，然后再通過單片機(jī)STC12C5A16S2 控制繼電器， 進(jìn)而控制外部的加熱制冷設(shè)備，以達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故采用方案二。2.3 實(shí)現(xiàn)方法簡述硬件系統(tǒng)應(yīng)包括四大模塊：單片機(jī)最小系統(tǒng)，測溫電路，繼電器輸出電路和電源電路。 單片機(jī)最小系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)置溫度的上下限，數(shù)據(jù)的處理和溫度的顯示； 溫度測量電路測量實(shí)時溫度；當(dāng)溫度高于上限溫度或者低于下限溫度時， 報(bào)警電路產(chǎn)生光和聲音報(bào)警，此時

16、繼電器控制加熱制冷設(shè)備， 只至達(dá)到上下限范圍以內(nèi)， 警報(bào)電路和繼電器輸出電路停止工作。設(shè)計(jì)的方框圖如圖2.1 所示。溫度控制電路溫度傳感器主控制器鍵盤電路報(bào)警電路顯示電路圖 2.1 設(shè)計(jì)方框圖3 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī) STC12C5A16S2STC12C5A16S2 單片機(jī)是以 51 內(nèi)核為主的系列單片機(jī)，STC 單片機(jī)是宏晶生產(chǎn)的單時鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 8 12 倍，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。 高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。STC12

17、C5A16S2 單片機(jī)引腳 2 如圖3.1 所示。圖 3.1 STC12C5A16S2 單片機(jī)主要性能它的主要性能有： (1) 高速：1 個時鐘 /機(jī)器周期，增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比普通8051 快 812 倍。 (2) 寬電壓： 5.5 3.8V。(3) 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）。(4) 16K 字節(jié)片內(nèi)Flash 程序存儲器，擦寫次數(shù)10 萬次以上。(5) 芯片內(nèi)有EEPROM 功能。(6) 在系統(tǒng)可編程 / 在應(yīng)用可編程 ,無需編程器 / 仿真器。 (7) 高速 SPI 通信端口。 (8) 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051指令集。引腳的功能：P0.0

18、P0.7(39 32)：P0 口是一個漏極開路型準(zhǔn)雙向I/O 口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址(低 8 位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在 EPROM 編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時，要求外接上拉電阻。P1.0 P1.7(1-8)：P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時，它接收低8 位地址。P2.0 P2.7(21-28)：P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8 位地址。在對EFROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8 位地址。P3.0 P3.7(10-1

19、7)：P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口。按鍵電路三個輕觸開關(guān)組成按鍵電路， 因?yàn)槎际仟?dú)立的按鍵所以采用直接接地的方法，另外一段分別接在單片機(jī)的 P1.5，P1.6，P1.7。這樣電路比較簡單， 達(dá)到了效果。 三個獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度的上下限報(bào)警溫度，當(dāng)按下設(shè)置鍵一次， 數(shù)碼管顯示 HXX 且 LED 數(shù)碼管閃爍，這時可以調(diào)整報(bào)警上限溫度值。按下設(shè)置鍵第二次， L XX 且數(shù)碼管閃爍，這時可以調(diào)整報(bào)警下限溫度值。通過“加鍵”可以對設(shè)置數(shù)值加。通過“減鍵”可以對設(shè)置數(shù)值減。每按一次減 1，如圖 3.2 所示。設(shè)置減加圖 3.2 按鍵電路顯示電路顯示電路采用3 位共陽LED 數(shù)

20、碼管做為溫度值顯示。用三個8550PNP 三極作為每一位LED 管的驅(qū)動電路，這樣使得數(shù)碼管電流量更大，亮度更亮。一位共陽極數(shù)碼管顯示攝氏度符號，使得整個顯示電路更加人性化。電路圖8 如圖 3.3 所示。圖 3.3 數(shù)碼管電路圖報(bào)警電路采用有源蜂鳴器作為報(bào)警器， 用一個 PNP 三極管 8550 作為驅(qū)動。蜂鳴器可以在被測溫度超過上限溫度或者低于下限溫度時，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音。電路圖 9 如圖 3.4 所示：LS11SPEAKERQ4P3.7R1610K8550+5V圖 3.4 報(bào)警電路3.2 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路溫度傳感器測溫系統(tǒng)采用芯片DS18B20，DS18B20

21、是 DALLAS 公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器，它的體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)，DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，具有一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍為55125，最大分辨率可達(dá)0.0625。DS18B20可以直接讀出被測量的溫度值，而且采用3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。引腳圖如圖 3.5 所示，各腳功能如表3.1 所示。圖 3.5 DB18B20 引腳圖表 3.1 DB18B20 引腳的功能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。單總線接口引腳。當(dāng)被用著

22、在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成： (1) 64 位光刻 ROM。ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，開始 8 位是產(chǎn)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(yàn)碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 4 位閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如表 3.2， DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3.6 所示。表3.28b 檢驗(yàn)CRC48b 序列號8b工廠代碼（10H）MSBLSBMS

23、BLSBMSBLSBDQ64存儲器和位ROM溫度傳感器和暫存器單觸發(fā)上限 TH線接口觸發(fā)下限 TLVDD電源8位CRC圖 3.6 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2) 高速暫存存儲。可以設(shè)置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度 ,DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM 和一個非易失性的可電擦除的E2PRAM 。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，如表 3.2 所示，頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息， 第 3 和第 4 字節(jié) TH和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5 個字節(jié)，為配置寄存器， 它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時寄存器

24、中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值表 3.2 DS18B20 內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)Byte0溫度測量值 LSB （50H ）Byte1溫度測量值 MSB （ 50H）Byte2TH 高溫寄存器Byte3TL 低溫寄存器Byte4配位寄存器YByte5預(yù)留（ FFH）Byte6預(yù)留（ 0CH ）Byte7預(yù)留（ IOH ）Byte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）(3) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL ?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。(4) CRC 的產(chǎn)生。在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B

25、20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。的操作時序DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM 操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。 其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。主機(jī)控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為 480us 的低電平 )，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后，等待15-60us 然后發(fā)出存在脈沖 (60-240us的低電平 )。寫時間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在3 ，為保用一 個15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us

26、 到 60us 之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣， 如果采樣為高電平， 就寫 1，如果為低電平， 寫 0 就發(fā)生。在開始另一個寫周期前必須有1us 以上的高電平恢復(fù)期。讀時間片 :主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。主機(jī)在讀時間片下降沿之后15us 內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號線接在單片機(jī)的P2.0，3 腳接電源另一種是寄生電源供電方式，單片機(jī)端口接單線總線證在 有效的 D

27、S18B20 時鐘周期內(nèi)提供 足夠的電流，可 MOSFET 管來完成對總線的上拉。當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強(qiáng)的上拉， 上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。3.3 繼電器輸出電路繼電器有常開觸點(diǎn)， 常閉觸點(diǎn)。常開觸點(diǎn)在線圈不通電的情況下是斷開的，當(dāng)線圈中有電流經(jīng)過時 ,常開觸點(diǎn)閉合；常閉觸點(diǎn)在線圈不通電的情況下是閉合的， 當(dāng)線圈中有電流經(jīng)過時斷開。 本設(shè)計(jì)用到的是繼電器的常開觸點(diǎn)， 即在繼電器線圈沒有電流經(jīng)過時是斷開的狀態(tài)，當(dāng)繼電器線圈中有電流經(jīng)過時閉合導(dǎo)通。繼電

28、器實(shí)現(xiàn)的是弱電控制強(qiáng)電，單片機(jī)是弱電器件， 一般情況下它的工作電壓為 5V ，而本實(shí)驗(yàn)所用的熱得快工作所需電壓為 220V 屬于強(qiáng)電，強(qiáng)電不能和弱電有任何電器接觸， 防止強(qiáng)電進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi)，繼電器起到隔離作用。由于單片機(jī)是一個弱電器件，它的工作電壓是 5V ，驅(qū)動電流在 mA 級以下，而現(xiàn)在要把它用于一些大功率場合，控制熱得快，顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動” ，繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。 繼電器驅(qū)動就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口， 起到控制作用，三極管起到放大作用。當(dāng)外部溫度大于預(yù)設(shè)溫度時， 繼電器輸出電路一工作， 驅(qū)動電風(fēng)扇工作，

29、使環(huán)境的溫度降低，直到外部溫度降低到預(yù)設(shè)的溫度，此時繼電器輸出電路一停止工作，電路圖如圖 3.7 所示；當(dāng)外部溫度小于預(yù)設(shè)溫度時，繼電器輸出電路二工作，驅(qū)動加熱器工作，使環(huán)境的溫度升高，當(dāng)外部的溫度升高到預(yù)設(shè)的溫度時， 繼電器輸出電路二停止工作，J2電路圖如圖 3.8 所示。CON3J3CON332 1321JDQ1V11N4148JDQ2V21N4148Q5R148550P3.7Q6R1510K8550P3.510K+5V+5V圖 3.7 繼電器輸出電路一圖 3.8 繼電器輸出電路二3.4 電源電路本次設(shè)計(jì)中既有需要5V 供電的電路也有需要220V 供電的電路，直接接入 220V 即可，其中

30、有變壓器 10 可將 220V 的電壓變?yōu)?5V，此外電源與電路之間有一個開關(guān)， 當(dāng)短時間內(nèi)系統(tǒng)不需要工作， 可斷開開關(guān)，不必要切斷電源，這樣設(shè)計(jì)更加人性化，用發(fā)光二極管作為電源指示燈。4 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程圖是燈亮啟動風(fēng)扇降開始初始化 DS18B20設(shè)定溫度上、下限顯示當(dāng)前溫度值判斷當(dāng)前溫度值超過設(shè)定溫否否低于設(shè)定溫是燈亮圖 4.1 系統(tǒng)流程圖4.2 系統(tǒng)程序模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序， 讀出溫度子程序， 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。溫控系統(tǒng)采用模塊化11 程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊：系統(tǒng)初始化程序： 首先完成變量的設(shè)定、 中斷入口的設(shè)定、 堆棧

31、、輸入輸出口及外部部件的初始化工作。主程序 MAIN ：完成鍵盤掃描、溫度值采集及轉(zhuǎn)換、溫度值的顯示。當(dāng)溫度值高于設(shè)定最高限時，驅(qū)動風(fēng)扇工作，蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)溫度值低于設(shè)定最低限時，驅(qū)動熱得快，蜂鳴器報(bào)警。鍵盤掃描程序 KEYSCAN ：完成鍵盤的掃描并根據(jù)確定的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的功能，主要完成最高溫度、最低溫度的設(shè)定。溫度采集程序：完成 DS18B20 的初始化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，經(jīng)過指定時間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。4.3 DB18B20 測量溫度的程序設(shè)計(jì)DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM 操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。初始化：單線總線上的所有操作均從初始化開始。初始化過程如下：主

32、機(jī)通過拉低單線480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入 Rx 接收模式，主機(jī)釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單線期間DS18B20 檢測到該上升沿后，延時15-60us，通過拉低總線60-240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。ROM操作命令：一旦總線主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起ROM 操作命令。共有5 位 ROM 操作命令。內(nèi)存操作命令：在成功執(zhí)行了ROM 操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供6 種內(nèi)存操作命令。數(shù)據(jù)處理： DS18B20 要有嚴(yán)格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整性。在單線 DQ 上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫“0”、寫“ 1”、讀“ 0”和讀“ 1”幾種信號類型。其中，除了應(yīng)

33、答脈沖之外，均由主機(jī)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)位的讀和寫則是通過使用讀、寫時隙實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16 位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.0625 LSB 形式表示。當(dāng)符號位 S0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位S1 時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。部分溫度對應(yīng)值如表4.1所示。表 4.1 一部分溫度對應(yīng)值表溫度 /二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 011111

34、01 000007D0H+850000 01010101 00000550H+25.06250000 00011001 00000191H+10.1250000 00001010 000100A2H+0.50000 00000000 00100008H00000 00000000 10000000H-0.51111 11111111 0000FFF8H-10.1251111 11110101 1110FF5EH-25.06251111 11100110 1111FE6FH-551111 11001001 0000FC90H4.4 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采

35、用12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s 顯示程序延時法，來等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖4.2 所示發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過 ROM 命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖 4.2 溫度轉(zhuǎn)換流程圖5 調(diào)試連接好電路后，設(shè)置溫度，用打火機(jī)在溫度傳感器DS18B20 附近使溫度升高，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)溫度上限時，此時電風(fēng)扇開始工作，滅掉打火機(jī)，當(dāng)溫度回到預(yù)設(shè)溫度上限以下時，電風(fēng)扇停止工作；當(dāng)用冰塊在溫度傳感器 DS18B20 附近使溫度降低，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度下限時，此時加熱器工作，拿開冰塊，使溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度下限以上時，加熱器停止加熱，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，

36、與設(shè)想的結(jié)果一致，誤差為± 2。但是讀取溫度值時，出現(xiàn)的現(xiàn)象是溫度在判斷時出現(xiàn)錯誤，使風(fēng)扇存在忽快忽慢的變化，蜂鳴器也不斷的蜂鳴報(bào)警。解決的方法是在讀取溫度判斷時加延時，并且多次判斷，防止跳變。6 總結(jié)本次設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、 測溫比較準(zhǔn)確， 具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該溫度控制器只是 DS18B20 在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，在做實(shí)物的時候，也出現(xiàn)不少問題，剛開始我使用的是腐蝕電路板法，這種辦法雖然美觀，但不利于改進(jìn)，所以我第二次用的是直接焊接的方法， 可以在電路板上進(jìn)行改裝，另外還有一個不足的地方的是，我加熱設(shè)備用的是熱的快，加熱時必須放在水中，在封閉的環(huán)境中，加熱時會生成水珠，影響溫度的測量，本想用電熱爐的，但是成本太高；本設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步的改進(jìn)，讓它更加智能， 就是將測得的溫度通過單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶， 使用戶能夠隨時對溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉儲等行業(yè)，也可以應(yīng)用于多種場合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)