毕业设计（论文）智能温度控制系统设计.doc

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1、 学号_20090605050120 密级_ _ 兰州城市学院本科毕业论文 智能温度控制系统设计学 院 名 称：兰州城市学院专 业 名 称：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名：指 导 教 师： 教授 二一二年五月郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要 随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单

2、片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计以保质、节能、安全和方便为基准设计了一套温室控制系统，能实现温度的自动调节及其控制。整个系统核心为单片机AT89C51。该温度系统采用温度传感器DS18B20来获得当前温度，并以数字信号的方式传送给单片机。采集的温度与从4X4矩阵键盘输入的温度值进行比较，并通过LED显示器显示出来。如果采集温度低于设置温度，系统将通过继电器模块自动控制升温；如果采集温度高于设置温度，系统将通过继电器模块自动控制降温。关键词：单片机AT89C51；温度传感器DS18B20；LED显示器；键盘 ABSTRACTwith

3、the rapid development and wide application of computer measurement and control technology, research and application of temperature acquisition and control system based on MCU by raising the temperature to control the level of production and life in the very great degree. This design with quality, en

4、ergy saving, safety and convenience for reference to design a set of greenhouse control system, automatic control can realize temperature and its control. The systems core is the single chip microcomputer AT89C51. The temperature system uses temperature sensor DS18B20 to get the current temperature,

5、 and digital signals transmitted to the microcontroller. The collection of temperature are compared with those from the 4X4 matrix keyboard input temperature value, and through the LED display. If the acquisition of temperature below the set temperature, the system will automatically control the hea

6、ting by the relay module; if the acquisition of temperature is higher than the set temperature, the system will automatically control cooling through the relay module.Keywords: microcontroller AT89C51; temperature sensor DS18B20; LED display; keyboard.目 录第一章 绪论11.1 选题背景与意义11.2 设计任务及要求11.2.1 设计任务11.2

7、.2 设计要求11.3 智能温度控制系统的发展趋势2第二章 选题简介及系统设计方案32.1 选题简介32.2 系统设计方案3第三章 硬件的选择及设计53.1 器材选用分析53.1.1 单片机的选择53.1.2 温度传感器的选择93.1.3 显示器的选择163.1.4 键盘的选择173.1.5 存储设备173.2 硬件的设计183.2.1 数据采集模块183.2.2 主控模块203.2.3 温度控制模块203.2.4 人机接口213.2.5 测量方法21第四章 软件的设计234.1 软件的设计的主流程234.2 温度采集子程序244.3 温度显示子程序254.4 温度比较子程序25结 论27致

8、谢28参考文献29第一章 绪论1.1 选题背景与意义为满足日益增长的蔬菜市场需求， 提高人民的生活水平， 现代农业生产中大量采用温室进行蔬菜等农作物培育。其中温度监测是控制作物生长的关键因素， 由于不同温室中的农作物生长所需要的温度不同且要求稳定在一定的温度范围内。仅仅是依靠人工管理存在温度调节不及时、不准确， 影响作物生长及人力资源浪费等问题。因此要求有一种能对温室温度的检测具有足够精度和实时控制的温度控制系统来代替人工操作， 并尽可能具有较低成本， 这样的产品才有实用价值。本文所设计的的温室智能温度控制系统采用基于DS18B20具有多点温度监测控制、能对异常情况进行记录并可调用历史数据进行

9、分析的优点， 能满足作为温室温度监测控制系统要求。并且采用的一总线温度传感器DS18B20可以直接输出数字量， 不需要A/D 转换， 与微处理器容易接口， 能够有效的解决硬件电路复杂， 软件调试复杂的问题。本文还包括自动升温系统和自动降温系统。1.2 设计任务及要求1.2.1 设计任务现代社会生活中，多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以国产的STC12C5A60S2为控制器设计的DS18B20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控

10、制功能的智能温度控制器。此次设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于单片机AT89C51的数字温度计的设计。1.2.2 设计要求设计一种温度测控装置，可以实现对温度的测量，并能根据设定值对环境温度进行调节，实现控温的目的。1.3 智能温度控制系统的发展趋势单片机具有体积小、功耗低、价格便宜等优点，今年来还开发了一些以单片机母片（如8051），在片中嵌入更多的专用型单片机，因此单片机在计算机控制领域中应用越来越广泛。

11、单片机的应用意义不仅带来的巨大经济效益。更重要的意义还在于单片机的应用正从根本上改变着传统的抗争系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件的方法实现。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。微控制技术标志着一种全新概念的出现，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广和普及，微控制技术必将不断发展，日益完善。温度是工业控制对象中主要的被控参数之一,特别是在冶金,化工, 建材,食品加工,机械制造等各类工业中广泛使用加热炉,热处理炉,反应炉等。这些技术高精度高的自动控制可以使用计算机来完成。但由于在工业生产中，生产的对

12、象往往是复杂多变的，都用计算机控制可能增加生产成本，因此为了能够满足人们的生产需要，在很多生产控制中就运用到了单片机控制下面就是运用单片机控制元件生成的推舟设计系统。第二章 选题简介及系统设计方案2.1 选题简介一般农作物的白天温度在32度，夜间最低也要12度（特殊天气时短时更低的温度也可）。关于高温的上限有的可短时达55度高温，温室大棚的温度范围分为：种植作物期间和没有种植作物的期间温度的上下限，一般来说种植作物时大棚内的温度应该控制在最低平均温度为12度以上（这样不破坏根系的生长），作物生长点处的极限平均最高应在34度以下（不损害生长点为宜）。如果没有作物低温随环境温度，最高温度最好不要超

13、过50度，如果超过50度覆盖的薄膜会老化很快的，基于以上原因，设计有以下几点主要任务：将温度控制在设定的温度值，设定范围为12-50度，针对在生产和日常生活中温度智能化控制系统的实现。技术指标：（1）以AT89C51系列单片机为核心部件（2）以数字电路和模拟电路为硬件基础（3）以C语言为软件实现语言功能概述：在该环境温度控制系统中，单片机作为核心部件进行检测控制，增强了设计的通用性，适时性。在该环境温度控制系统中温度检测采用DS18B20温度传感器，它不仅具有较高的精度，而且适用电压宽。同时采用了4X2矩阵扫描键盘输入，显示设备等外围扩展芯片。温度控制分为升温和降温控制，升温控制和降温控制分别

14、采用继电器来控制外部的升温和降温设备。软件部分采用流程图来表示。2.2 系统设计方案由于此温度控制系统是针对温室大棚而设计的，所以其大体框架图如图2.1所示：提及到温度的检测，我们首先会考虑传统的测温元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试也复杂，制作成本高。因此，本数字温度计设计采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温温室1温室2温室3温室n总控制室图2.1 温控总框图范围为-55至+125，最大分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测量的温度值，而采用三线制与单片机相连，减少了外部

15、的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。按照系统设计功能的要求，确定系统由三个模块组成：主控制器AT89C51，温度传感器DS18B20，驱动显示电路，外围控制电路。总体电路框图如图2.2所示：主控制器AT89C51驱动显示电路及温度控制电路DS18B20图2.2 系统总体框图第三章 硬件的选择及设计3.1 器材选用分析3.1.1 单片机的选择AT89C51是一种与MCS51单片机相兼容的、高性能的8位CMOS微控制芯片，采用40引脚DIP封装，片内带有4KB的快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM）。是当前较先进的一种电擦除8位单片机，它与MCS-51指令系统完全兼容，片内FPEROM允许对

16、程序存储器在线重新编程。也可用常规的EPROM编程器编程。具有超强的加密功能。ATMEL公司生产的这种89C51微控制器，将具有多种功能的8位CPU与FPEROM结合在同一芯片上，可完全替代87C51和8751/8752，为很多嵌入式控制应用提供了设计灵活且价格适宜的方案，深受用户欢迎。此外,AT89C51还增加了在零频下工作的静态逻辑方式及空闲和掉电两种可选的省电模式,在空闲模式下,CPU停止工作,但RAM,定时/计数器,串行口和中断系统仍然工作.在掉电模式下,只保存RAM的内容,振荡器停振,关闭芯片的所有其它功能,直到下一次硬件复位为止。其空闲和掉电两种工作方式以及静态逻辑运作等情况,与M

17、CSC51相同。故我们选AT89C51作为我系统的核心。图3.1 AT89C51引脚图（1）AT89C51主要特性如下：与MCS-51产品兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；可编程全双工串行；4KB的在线可重复编程快闪存储器，写/檫可达1000次以上。（2）AT89C51内部结构说明AT89C51的FLASH存储器有4KB，RAM只有128字节，加密位有三位，

18、加密位为LB1，LB2。AT89C51是一带有2KB字节的闪速可编程可擦除的只读存储器（PEOM），低电压，高性能的8位CMOS微型计算机，有如下特性；和MCS51系列产品完全兼容，2KB的FLASH的程序存储器，可擦写1000次，2.76电压范围，静态工作方式，可外接024MHZ的晶体振荡器，；两级程序存储器，；128字节SRAM；32根可编程I/O引线；三个16位定时/计数器，六个中断源，可编程UART串行口，直接LED驱动输出，片内模拟比较器，低功耗空闲方式和掉电工作方式。AT89C51是ATMEL微控器家族中廉价的成员，它含有2KB字节的快闪存储器和MCS51结构兼容并可用MCS51指

19、令集进行编程，89C51程序存储器大小的物理范围为000H-7FFH，且89C2051中已保留了标准中断服务的子程序的地址，AT89C51包含128字节内部数据存储器，这样8951中堆栈的深度局限于内部RAM的128字节范围内，它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的访问的执行，因此，程序中不应该包含MOV指令。（3） 端口介绍:ALE端口：地址锁存使能在访问外部存储器时输出脉冲锁存地址的低字节在正常情况下ALE 输出信号恒定为1/6 振荡频率并可用作外部时钟或定时注意每次访问外部数据时一个ALE 脉冲将被忽略ALE 可以通过置位SFR 的auxlilary.0 禁止置位后AL

20、E 只能在执行MOVX 指令时被激活。PSEN端口：程序存储使能当执行外部程序存储器代码时PSEN 每个机器周期被激活两次在访问外部数据存储器时PSEN无效访问内部程序存储器时PSEN 无效。EA/Vpp：外部寻址使能/编程电压在访问整个外部程序存储器时EA 必须外部置低如果EA 为高时将执行内部程序除非程序计数器包含大于片内FLASH 的地址该引脚在对FLASH 编程时接5V/12V 编程电压(Vpp) 如果保密位1 已编程EA 在复位时由内部锁存。RST为复位输入端，振荡器工作时，该引脚上两个周期的高电平复位AT89C2051。XTAL1：振荡器反相放大器内部工作时钟电路输入端。XTAL2

21、：振荡器反相放大器的输出端。P0 口： P0 口是开漏双向口可以写为1 使其状态为悬浮，用作高阻输入P0 也可以在访问外部程序存储器时作地，址的低字节在访问外部数据存储器时作数据总线此时，通过内部强上拉输出1。P1 口 ：P1 口是带内部上拉的双向I/O 口向P1 口写入1，时P1 口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为，输入脚时被外部拉低的P1 口会因为内部上拉而输出电，流(见DC 电气特性) P1 口第2 功能，T2(P1.0) 定时/计数器2 的外部计数输入/时钟输出(见可编程输出)，T2EX(P1.1) 定时/计数器2 重装载/捕捉/方向控制。P2 口： P2 口是带内部上拉的双向I/

22、O 口向P2 口写入1，时P2 口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为，输入脚时被外部拉低的P2 口会因为内部上拉而输出电，流(见DC 电气特性) 在访问外部程序存储器和外部数据，时分别作为地址高位字节和16 位地址(MOVX DPTR)，此时通过内部强上拉传送1当使用8 位寻址方式(MOVRi)访问外部数据存储器时,P2 口发送P2 特殊功能寄存器的内容。P3口：P3 口是带内部上拉的双向I/O 口向P3 口写入1时P3 口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P3 口会因为内部上拉而输出电流(见DC 电气特性) P3 口还具有以下特殊功能。表3-1 P3口特殊功能P3口第

23、二功能P3.0RXD(串行口输入)P3.1TXD(串行口输出)P3.2INTO(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1) P3.4T0(外部定时输入0)P3.5T1(外部定时输入1)（4）8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。（5）AT89C51特殊功能寄存器 表10-14中给出了AT89C2051中的所有特殊功能寄存器SFR，它们分布在地址范围为80H-F8H中，工19个，比AT89C2051少了P0和P2两个专用寄存器，因为它没有这两个相应的端口。 图3.2

24、复位电路设计P0 口： P0 口是开漏双向口可以写为1 使其状态为悬浮，用作高阻输入P0 也可以在访问外部程序存储器时作地，址的低字节在访问外部数据存储器时作数据总线此时，通过内部强上拉输出1。AT89C51中的所有特殊功能寄存器与MCS-51系列的单片机相同，特殊功能寄存器也称专用寄存器，专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作，用户在编程时可以置数设定，却不能自由移动它用。在51系列单片机中，将各专用寄存器与片内RAM统一编址，且作为直接寻址字节，可直接寻址。51系列有18个专用寄存器，其中3个为双字节寄存器，共占21个字节。（

25、6）对8951指令系统的说明89C51指令系统与MC-51指令系统标准在某些地方有所不同。AT89C51只包含128B的片内RAM数据存储器，这样，栈地址空间就相应为128B有效范围。AT89C51有片外存储器接口，它支持外部RAM器件和外部编程器件，分支指令。3.1.2 温度传感器的选择本设计的测温系统采用芯片DS18B20，DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它的体积更小，适用电压更宽，更经济。（1）DS18B20的特点DS18B20采用外接电源方式工作，一线测温一线与STC89C51连接，测出的数据放在寄存器中，将数据经过BCD码转换后送到LED显示。DS18B20

26、温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光

27、刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图所示。64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd 图3.3 DS18B20的内部结构图3.4 DS18B20的引脚分布图64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写

28、入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图2-3-2所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如下图所示。低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率

29、。图3.5 DS18B20的字节定义DS18B20高速暂存器共9个存存单元，如表所示：表3-2 DS18B20的引脚分布图序号 寄存器名称 作 用 序号 寄存器名称 0 温度低字节 以16位补码形式存放4、5 保留字节1、2 1 温度高字节 6 计数器余值 2 TH/用户字节1 存放温度上限 7 计数器/ 3 HL/用户字节2 存放温度下限 8 CRC 以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度

30、小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。表3-3 DS18B20的字节存放表高8位SSSSS262524低8位 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 由下图可以看到，Dsl8820的内部存储器是由8个单元组成，其中第0、1个存放测量温度值，第2、3分别存放报警温度的上下限值，第4单元为配置单元，5、6、7单元在DSl8820这里没有被用到。对于第4个寄存器，用户可以设置温度转换精度，系统默认12bit转换精度，相当于十进制的00625，其转换时间大约为750磷。图3.6 内部存储器结构图表3-4 温度精度配置R1R0转换精度（16进制）转

31、换精度（十进制）转换时间009bit0.593.75ms0110bit0.25187.5ms1011bit0.125375ms1112bit0.0625750ms 由表3-4可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以

32、通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位S0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。下表是一部分温度值对应的二进制温度数据。表3-5 温度精度配置温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 000

33、0 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若TTH或TTL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机R

34、OM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减

35、法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操

36、作命令处理数据。由于DS18B20采用的“一线总线”结构，所以数据的传输与命令的通讯只要通过微处理器的一根双向Io口就可以实现。DSl8B20约定在每次通信前必须对其复位，具体的复位时序如图2-4-2所示。 图3.7 复位时序图图3.7中所示，tRSTL为主机发出的低电平信号，本文中有AT89S52提供，tRSTL的最小时延为，然后释放总线，检查DSl8B20的返回信号，看其是否已准备接受其他操作，其中tPDHIGH时间最小为，最长不能超过，否则认为DS18B20没有准备好，主机应继续复位，直到检测到返回信号变为低电平为止。（2） DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总

37、线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在

38、先。对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS18B20的写时序，对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程，对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单线。（3）DS18B20使用中注意事

39、项DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：（1）每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU将数据线下拉 500 us，然后释放， DS18B20 收到信号后等待16 60 us 左右，后发出60240 us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。（所有的读写时序至少需要 60us ，且每个独立的时序之间至少需要 1us 的恢复时间。在写时序时，主机将在下拉低总线 15us 之内释放

40、总线，并向单总线器件写 1 ；若主机拉低总线后能保持至少 60us 的低电平，则向单总线器件写0 。单总线仅在主机发出读写时序时才向主机传送数据，所以，当主机向单总线器件发出读数据指令后，必须马上产生读时序，以便单总线器件能传输数据。）（2）在写数据时，写 0 时单总线至少被拉低 60us， 写 1 时，15us 内就得释放总线。（3）转化后得到的12 位数据，存储在 18B20 的两个8 比特的RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0 ，这 5 位为 0 ，只要将测到的数值乘于0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于0 ，这5 位为1 ，测到的数值需要取反加 1

41、 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。（4）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS1820 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M 、 C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS1820 操作部分最好采用汇编语言实现。（5）在 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS1820 ，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂 DS1820 超过8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

42、（6）连接DS1820 的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m ，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用 DS1820 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接 VCC 和地线，屏蔽层在源端单点接地。（7）在 DS1820 测温程序设计中，向 DS1820 发出温度转换命令后，程序总

43、要等待DS1820 的返回信号，一旦某个DS1820 接触不好断线，当程序读该DS1820 时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时也要给予重视。3.1.3 显示器的选择题目要求能够显示所测得的温度值实现实时监控。并且可以根据需要，既要能够显示炉温的温度还要能够显示设定值温度。同时为了节约成本我们采用三支LED数码显示管，并且要使显示器呈动态显示状态。LED显示器简介：LED显示器是由发光二极管组，其结构如图所示，其中7个发光二极管按“8”行排列，用于显示数字，字母等符号，一个发光二级管圆点形状，右下角用于显示小数点，LED显示器共阴极和共阳极两种类

44、型。当发光二极管导通时，相应的一段笔画成小数点亮，对共阴极显示器，将共阴极COM接地，在a_q段加驱动信号，当驱动信号是高电平时，相应段发光；对共阳极显示器，将共阳极COM极接高电平，在a_q段几加驱动信号，当驱动信号是低电平时，相应段发光，从而显示相应字符。不同的显示字符其驱动代码是不一样的，发光二极管每段流过5mA的平均电流就可以有较满意的亮度，最大电流不得超过30A，由于发光二极管是电流驱动设备，一般的I/O接口驱动能力是都是有限的，在发光二极管与接口芯片间要接驱动电路，常用的CMOS或TTL驱动器有：LS7448、LS7449图3.8 数码管原理图3.1.4 键盘的选择根据设计思路，设

45、计要求能够实现人机对话，也就是可以根据不同元器件的生产需要进行人为的设置温度，控制温度上限、下限以及对各个温度点的设置，从而来控制电动机的运行实现推舟生产过程。所以为了更方便的进行操作，我们选择44式键盘。3.1.5 存储设备因为温度智能控制系统所采用不止一个温度传感器，而且每个传感器都有自己的专有序列号，所以需要保存各温室中各传感器的序列号，以及温室温度超过允许范围时间及温度值和所作操作的数据。为了以后调用数据备案、分析，要求存储器可靠性高、速度快，而且要求掉电后保存的传感器序列号和存储数据不能丢失，存储器能够进行多次擦写。因此本系统采用的是高性能的铁电存储器FM2 4C04作为存储器，FRAM既有SRAM的速度和擦写次数，又有FLASH和EEPROM的特点，掉电后数据能保存，同时因为FRAM使用SPI口通信，能简化系统的电路， 降低系统电路复杂性，提高系统的可靠性。3.2 硬件的设计该系统有键盘设置温度控制范围，然后用DS18B20温度传感器测量温室温度，传递给计算机，再由计算机处理，将信号