粮仓多点温度控制系统的设计与实现毕业设计论文(编辑修改稿)

粮仓多点温度控制系统的设计与实现毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

透到生产和生活的各个领域。 目前单片机的品种很多，但其中最典型的是 MCS51 单片机 ,它是美国 INTE公司于 1980 年推出的产品，与 MCS48 单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令 ,指令数达 111 条， MCS51 单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在， MCS51 系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品 技术的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 更 不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种 智能机械。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 8 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 智能仪器：单片机 具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。 采用单片机控制使得仪器仪表，数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。 例如精密的测量设备（电压表、功率计，示波器，各种分析仪）。 工业控制 :单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。 例如工厂 流水线 的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 家用电器 :现在的家用电器广泛采用了单片机控制技术，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空 调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。 网络和通信 :现代的单片机 普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控 交换机 、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 医用设备领域 :单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 汽车电子 :单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器、 GPS 导航系统、 abs 防抱死系统、制动系统、胎压检测等。 此外，单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 9 系统温度传感器 本设计系统选用的是增强型单总线数字温度传感器 DS18B20。 它在测温精度 、转换时间、传输距离、分辨率等方面有很大 的优点。 DS18B20 有三只引脚， GND，DQ， VDD。 如图 GND 为电源地 DQ 为数字信号输入 /输出端 VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 图 DS18B20引脚图 DS18B20 工作原理： DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。 其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是： 1） ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56的位的 CRC 码（冗余校验）。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位ROM。 2） RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B20共 9 个字节 RAM，每个字节为 8位。 第 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 4个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。 第 5个字节则是用户第 3个 EEPROM 的镜像。 第 8 个字节为计数寄存器，是为 了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第 9个字节为前 8个字节的 CRC 码。 3） 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 10 DS18B20 的主要性能 1）可用数据线供电，电压范围： ~。 2）测温范围：在 — 10℃～ +85℃ 时精度为 177。 ℃。 3）可编程的分辨率为 9— 12位，对应的可分辨温度分别为 、 、 和。 4）独特的单 线接口仅仅需要一个端口引脚进行通讯。 DS18B20 的内部结构 DS18820 的内部结构主要由 64 位光刻 ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器等组成。 如图 6 4 位 R O M和 单 总 线端 口暂 存 器存 储 器 和 控 制 部 分高 速 暂 存 器下 线 触 发 T L上 限 触 发 T H温 度 传 感 器8 位 C R C 产 生 器 图 DS1802 内部结构图 1. 64 位光刻 ROM，可以看作为该器件的地址序列号。 其作用是使每一个出厂的 DS18820 地址序列号都各不相同，这样，就可以实现一根总线上挂接多个DS18820 的目的。 2. DS18820 中的温度传感器完成对温度 的测量，输出格式为： 16 位符号扩展的二进制补码。 当测温精度设置为 12位时，分辨率为 O． 0625℃ ，即 O． 0625℃／ LSB。 其二进制补码格式如图。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 11 图 二进制补码格式 3． DS18820 中的低温触发器 TL、高温触发器 TH，用于设置低温、高温的报警数值。 DS18820 完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和 TL、 TH 相比较，如果小于 TL，或大于 TH，则表示温度越限，将该器件内的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。 需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可 对 TL、 TH 写入，十分方便。 4． DS18820 中的高速暂存器是一个 9字节的存储器。 开始两个字节为被测温度的数字量，第 5 字节分别为 TH、 TL、配置寄存器的复制，每一次上电复位时被重写。 配置寄存器有 R0、 R1 组成，其值决定温度转换的精度位数、转换时间。 第 7字节为测温计数的剩余值。 第 8字节为测温时每度的计数值。 第 9 字节读出的是前 8个字节的 CRC 校验码，通过此码，可判断通讯是否正确。 DS18B20 的管脚功能，如图 图 DS18B20引脚图 序 名称 引脚功能描述 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 12 号 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入 /输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的 VDD 引脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 DS18B20 与单片机接口 DS1820可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS1820的 1管脚接地， 2脚作为信号线接单片机的 I/O口，电源与数字输入管脚间需接一个， 3管脚接电源，如图 41所示。 另一种是寄生电源方式，如图 42所示。 单片机端口接单片机总线，为保证 在有效的 DS1820 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET管来完成对总线的上拉。 当 DS18B20 处于些存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10μ s。 采用寄生电源供电方式时 VDD和 GND 端均接地。 由于单线制只有一根线，因此发送端接口必须是三态的。 图 DS18B20采用电源供电方式的电路图 单片机 VCC DQ GND Vcc K 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 13 图 DS18B20采用寄生电源的电路 图 STC89C52 的介绍 本系统选用的单片机型号为 STC89C52， STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K字节 在系统可编程 Flash 存储器。 STC89C52 具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， STC89C52 可降至 0Hz静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash。 STC89C52 的主要性能 STC89C52RC 单片机 : 8K字节程序存储空间； 512字节数据存储空间； 内带 2K 字节 EEPROM 存储空间。 可直接使用串口下载； AT89S52 单片机 : 8K字节程序存储空间； 单片机 Vcc Vcc DS18B20 DS18B20 DS18B20 4.7 K 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 14 256字节数据存储空间； 没有内带 EEPROM 存储空间。 STC89C52 的 引脚功能说明，如图 图 STC89C51 引脚图 1~8 脚 ： I/OP1 口（ ~）， P1 口是从内部提供上拉电阻器的 8 位双向I/O口， P1 口缓冲器能接收和输出 4个 TLL 门电流； 9 脚 ：复位脚（ RST/Vpd）；复位输入，当振荡器复位时，要保持 RST 引脚 2个机器周期的高电平时间； 10~17 脚 ： I/OP3 口（ =RXD， =TXD， =INT0， =INT1， =T0，=T1， =WR， =RD）， P3口是 8 个带内部上拉电阻器的双向 I/O口，可接收和输出 4个 TLL门电流； 1 19 脚 ：晶振（ 18=XTAL2， 19=XTAL1），反向振荡放大器的输出、输入。 20 脚 :地（ Vss），接地； 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 15 21~28 脚 ： I/OP2 口（ ~)， P2口为内部上拉电阻器的 8 位双向 I/O口， P2 口缓冲器可接收和输出 4个 TLL 门电流； 29 脚 ： PSEN，外部程序存储器的选通信号； 30 脚 ： ALE/PROG； 31 脚 ： EA/Vpp 32~39 脚 ： I/OP0 口（ ~）， P0口为 8位漏极开路双向 I/O 口，每引脚可吸收 8个 TTL门电流。 40 脚 ： +5V 电源。 报警电路 本系统采用单片机与蜂鸣器相连来显示当前系统所处的状态来报警。 如 图 所示，其中 口与蜂鸣器中间接一个电阻起到防止电流过大，保护器件的作用。 图 报警电路模块 图 为系统报警模块的电路图。 单片机把接收来的数字温度信号与所设湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 16 置的温度信号比较，一旦发现超出了设定的范围，由单片机的 引脚置高电平，驱动三极管（ 8550），使继电器吸合，二极管亮，同时，蜂鸣器响，发出报警信号。 当实际温度值低于温度下限值时，蜂鸣器不报警，表示当前温度低于上限值 ，系统处于安全状态；相反，当实际温度值高于温度上限值时，蜂鸣器报警，系统则需要报警。 显示电路 在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用 LED数码管是一种较好的选择。 LED 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。 LED 显示器结构与原理 七段 LED 显示器共有 8个发光二极管。 其中 7个发光二极管用于构成七笔字形，另一个发光二极管构成小数点。 七段 LED 显示器有共阴极和共阳极两种接法，如下图所示，共阴极接法，将 8个发光二极管的阴极连接在一起，高电平输入有效 LED 发光。 共阳极接法，将 8个发光二极管的阳极接在一起，低电平输入有效LED发光。 七段 LED 显示器显示原理简单，只要控制其中各段 LED 的亮与灭即可显示出相应的数字、字母或符号。 如图。 图 7段 LED显示器。