畢業(yè)設(shè)計基于單片機的溫室溫度檢測裝置設(shè)計

1、題目：基于AT89C51單片機的溫室溫度檢測裝置設(shè)計院（系）： 專業(yè)班級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起止時間：摘要本文以AT89C51單片機系統(tǒng)為核心，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器、LED數(shù)碼顯示管構(gòu)成的多點溫度檢測系統(tǒng)。各個溫度檢測單元能獨立完成各自功能，同時能夠根據(jù)主控機的指令對溫度進行定時采集，測量結(jié)果不僅溫度的檢測結(jié)果可在溫室內(nèi)顯示，并可以由CAN總線遠傳至控制中心機中，進行進一步的存檔、處理。按下顯示鍵，顯示器顯示溫室平均溫度，顯示10秒后，自動消隱。單片機負責(zé)控制指令的發(fā)送，控制各個溫度點進行溫度采集，收集測量數(shù)據(jù)，并對測量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進行整理、顯示和存儲。關(guān)鍵詞：單片

2、機；溫度傳感器；CAN總線目錄第1章緒論1第2章方案論證22.1 溫度傳感器的選型22.2 DS18B20的功能介紹22.3 系統(tǒng)設(shè)計框圖3第3章硬件設(shè)計43.1 AT89C51單片機最小系統(tǒng)設(shè)計4單片機的選擇43.1.2 時鐘電路的設(shè)計4復(fù)位電路的設(shè)計53.2 溫度采集電路設(shè)計53.3 顯示電路的設(shè)計6顯示器電路的設(shè)計63.4 CAN總線傳輸電路7鍵盤電路設(shè)計8第4章軟件設(shè)計94.1 程序框圖設(shè)計94.2 程序代碼見附錄10第5章課程設(shè)計總結(jié)11參考文獻12附錄13附錄14第1章 緒論溫度對工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活有著重大的影響，如空調(diào)系統(tǒng)溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之間過熱故障預(yù)知檢測，消防電氣

3、的非破壞性溫度檢測等等，可見溫度監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，因此對溫度的檢測有著重要的現(xiàn)實意義。我國人多地少，人均占有耕地面積更少。因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能實現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位畝產(chǎn)量。溫室大棚技術(shù)就是其中一個好的方法。溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境，來消除溫度對生物生長的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對生物生長的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對農(nóng)作物的生長影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟效益，所以溫室大棚技術(shù)越來越普及，并且已成為農(nóng)民增收的主要

4、手段。隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制便成為一個十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計，通過讀取溫度值來知道大棚內(nèi)的實際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進行比較，看溫度是否過高或過低。如果過高，就對大棚進行降溫處理；如果過低，就對大棚進行升溫處理。這些操作都是在人工情況下進行的，耗費了大量的人力物力。現(xiàn)在，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來越多，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。大型溫室大棚的建設(shè)對溫度檢測技術(shù)也提出了越來越高的要求。本設(shè)計由單片機、數(shù)字溫度傳感器、顯示電路構(gòu)成的多

5、點溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以方便的實現(xiàn)多點的溫度測量，并容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳送，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活方便。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在工業(yè)及民用常溫溫度多點檢測場合。第2章 方案論證2.1 溫度傳感器的選型溫度檢測系統(tǒng)具有測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等特點。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于外界因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降，并且耗費的材料多，不符合經(jīng)濟性。因此，系統(tǒng)的關(guān)鍵

6、在溫度檢測系統(tǒng)這部分。方案一：采用熱敏電阻，可滿足0至100的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中都是模擬信號外,這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器,不能進行多點測量.即使能實現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。方案二采用溫度傳感器DS18B20. DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，輸出信號為全數(shù)字化，便于單片機處理機控制，并且省去了傳統(tǒng)的溫度采樣、AD轉(zhuǎn)換過程，避免了采樣和傳輸過程中的干擾，具有更高的精度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和單片機構(gòu)成的溫度測量裝

7、置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。而且DS18B20可以實現(xiàn)多點測量，容易組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。 因此，比較兩個方案，本系統(tǒng)溫度采集部分選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其測溫值可以直接以9位數(shù)字量讀出,無需采集信號的放大與A/D轉(zhuǎn)換,減少了器件及接線, 優(yōu)化了硬件電路部分的設(shè)計,使得單片機的數(shù)據(jù)處理更加直接化,簡單化，選擇方案二進行設(shè)計。2.2 DS18B20的功能介紹單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20特性：獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊簡單的多點分布應(yīng)用無需外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電零待機功耗測溫范圍-55+125，以遞增。華氏器件-67+2570F，以0.90F 遞增溫度以

8、9 位數(shù)字量讀出報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)表2.1 引腳說明：1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路3VCC可選的VCC引腳。說明：DSl8B20 數(shù)字溫度計提供9 位(二進制)溫度讀數(shù)指示器件。溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl8B20 或從DSl8B20 送出，因此從主機CPU 到DSl820 僅需一條線。DSl8B20 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源，因為每一個DSl8B20在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl820 可以存放在同一條單線總線上。這允許在

9、許多不同的地方放置溫度敏感器件DSl8B20。DS18B20的測量范圍從-55 到+125 ，精度為0.06。DS18B20 都可以設(shè)置成兩種供電方式即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線但完成溫度測量的時間較長采取外部供電方式則多用一根導(dǎo)線但測量速度較快。 系統(tǒng)設(shè)計框圖單片機 溫度采集電路顯示電路數(shù)據(jù)遠傳電路鍵盤電路圖2.1 系統(tǒng)框圖第3章 硬件設(shè)計3.1 AT89C51單片機最小系統(tǒng)設(shè)計3單片機的選擇AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨

10、機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個IO 口線，兩個16位定時計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器，串行通信口

11、及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。3 時鐘電路的設(shè)計AT89C5l中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，時鐘電路如圖3.2所示。圖3.2 單片機時鐘電路外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，

12、電容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷諧振器應(yīng)選擇40pF±10F。本設(shè)計中由于使用總線的控制器SJA1000，因此單片機的時鐘電路可以和SJA1000共用，在這里只畫出了單片機的時鐘電路。在SJA1000當(dāng)中，晶振的選擇為26mHz。3復(fù)位電路的設(shè)計圖3.3 單片機復(fù)位電路當(dāng)單片機的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。圖3.3中電容C3和電阻R2對電源十5V來說構(gòu)成微分電路。單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H

13、地址單元開始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。3.2 溫度采集電路設(shè)計采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集部分，本系統(tǒng)需要對8個溫度溫度監(jiān)測點進行溫度檢測，因此每個監(jiān)測點都需要安裝一個溫度傳感器，共需8個DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行工作。其溫度采集的數(shù)據(jù)由P1口送進單片機進行處理，電路原理圖如圖所示。圖3.4 溫度采集部分電路3.3 顯示電路的設(shè)計3顯示器電路的設(shè)計本系統(tǒng)采用四位LED數(shù)碼管作為顯示器，其中第一位顯示溫度的十位，第二圖 LED數(shù)碼管顯示器驅(qū)動顯示電路圖位顯示個位，第三位

14、和第四位分別顯示小數(shù)點后一位和兩位。數(shù)碼顯示管與驅(qū)動芯片74HC595相連，由單片機控制，實現(xiàn)數(shù)碼顯示管的顯示。74HC595 內(nèi)含8 位串入、串/并出移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖存器分別有各自的時鐘輸入 (SCLK和 SLCK) , 都是上升沿有效。當(dāng) SCLK從低高電平跳變時, 串行輸入數(shù)據(jù) (SDA) 移入寄存器; 當(dāng)SLCK從低到高電平跳變時, 寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。清除端 (CLR) 的低電平只對寄存器復(fù)位 (QS為低電平) , 而對鎖存器無影響。當(dāng)輸出允許控制 (EN) 為高電平時, 并行輸出 (Q0Q7) 為高阻態(tài), 而串行輸出 (QS) 不受影響。74HC595

15、 最多需要 5 根控制線, 即 SDA、SCLK、SLCK、CLR和 EN。其中 CLR 可以直接接到高電平, 用軟件來實現(xiàn)寄存器清零; 如果不需要軟件改變亮度, EN 可以直接接到低電平, 而用硬件來改變亮度。把其余三根線和單片機的 I/ O口相接, 即可實現(xiàn)。CAN總線傳輸電路SJA1000是一種獨立控制器，用于移動目標(biāo)和一般工業(yè)工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制（CAN）。它是PHILIPS半導(dǎo)體PCA82C200CAN控制器的替代產(chǎn)品，它增加了一種新的工作模式，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。管腳排列說明如表3.1所示。表3.1 管腳排列說明符號引腳說明AD0-AD72，1，28

16、-23多路地址/數(shù)據(jù)總線ALE/AS3ALE輸入信號，AS輸入信號/CS4片選輸入，低電平訪問SJA1000（/RD）/E5微控制器WR信號或E使能信號/WR6微控制器/WR信號或RD信號CLKOUT7SJA100產(chǎn)生的提供給為控制的時鐘輸出信號；時鐘控制器的時鐘關(guān)閉位可禁止該引腳Vss18接地XTAL19輸入到振蕩器放大電路XTAL210振蕩放大電路輸出MODE11模式選擇輸入VDD312輸出驅(qū)動的5V電壓源TX013從CAN輸出驅(qū)動器0輸出到物理線路上TX114從CAN輸出驅(qū)動器1到物理線路上VSS315輸出驅(qū)動器接地圖CAN總線傳輸電路獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每

17、個獨立式按鍵單獨占一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)，獨立式按鍵電路圖如圖所示。圖 鍵盤電路口變?yōu)榈碗娖?，只要讀取各個按鍵的狀態(tài)，便可獲得按鍵信息，實現(xiàn)溫度顯示功能。第4章 軟件設(shè)計4.1 程序框圖設(shè)計初始化顯示字符P調(diào)用溫度檢測模塊檢測是否全部完成求平均溫度顯示溫度調(diào)用顯示子程序是否通信調(diào)用通信子程序修改指針NYNYNY圖 系統(tǒng)整體流程圖開 始取顯示緩沖區(qū)首地址送字碼初值傳送字位碼指向下一個顯示單元延時10秒字碼右移一位顯示完畢返 回NY圖 4.2 顯示電路子流程圖4.2 程序代碼見附錄第5章 課程設(shè)計總結(jié)本課程設(shè)計采用DS18B20溫度傳感器，由

18、單片機AT89C51控制，運用CAN總線傳輸，實現(xiàn)溫室大棚溫度的實時監(jiān)測，可實現(xiàn)定點和遠距離讀取溫室大棚的溫度。本設(shè)計采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，具有線路簡單、硬件少、成本低的優(yōu)點，應(yīng)用前景比較廣泛，尤其其具有完善的單總線通信協(xié)議，無需復(fù)雜繁瑣的布線就可以構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)，充分利用了AT89C51和DS18B20硬件接口電路簡潔性。設(shè)計的系統(tǒng)測溫范圍廣，精度高，具有廣泛的適用性。但由于條件的限制，串口的通訊并不穩(wěn)定，未對溫度數(shù)值進行統(tǒng)計處理，這將有待于改進。參考文獻1周航慈.智能儀器原理與設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005年2李全利.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版

19、社，2001年3何立民.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006年4：江蘇科技出版社，2008年5孟建華,郝晉霞AT89S51系列單片機及在線編程技術(shù).西安工程科技學(xué)院學(xué)報 2006年6關(guān)燕君.基于單片機的高精度信號采集系統(tǒng)的設(shè)計.吉林化工學(xué)院學(xué)報，2006年附錄系統(tǒng)整體電路圖附錄 系統(tǒng)部分程序代碼DS18B20初始化程序 *INIT_1820: MOV DQP, #0FFH NOP MOV DQP, #0 MOV R0,#250TSR1: DJNZ R0,TSR1 MOV DQP, #0FFH MOV R0,#25H TSR2: DJNZ R0,TSR2 JNB DQ6,TSR3 LJMP TSR4 TSR3: SETB FLAG1 LJMP TSR5 TSR4: CLR FLAG1 LJMP TSR7 TSR5: MOV R0,#06BH TSR6: DJNZ R0,TSR6 TSR7: MOV DQP, #0FFH RET;讀DS18B20的程序,從第一通道DS18B20中讀出兩個字節(jié)