基于单片机温室温度控制系统研究

基于单片机温室温度控制系统研究内容摘要：

线上与该编码相对应的 DS18B20 使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20 的个数和识别 64 位ROM 地址，为操作各器件作好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 发温度变换命令，适用于单片工作。 告警搜索 命 令 0ECH 执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应 温度变换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换，转换时间最长为 500MS，结果存入内部 9字节 RAM 中 读暂存器 0BEH 读内部 RAM 中 9 字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的第 3， 4 字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 E2PRAM 中第 3， 4 字节内容复制到 E2PRAM 中 重调 E2PRAM 0BBH 将 E2PRAM 中内容恢复到 RAM 中的第 3， 4字节 读 供 电 方 式 0B4H 读 DS18B20 的供电模式，寄生供电时 DS18B20 发 送“ 0”，外接电源供电 DS18B20 发送“ 1” 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2 计数到 0 时， 停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图 8中的斜率累加器用 于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20 的测温原理。 另外，由于 DS18B20 单线通信功 能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重 要。 系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。 操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲 ）→发 ROM功能命令 → 发存储器操作命令 → 处理数据。 温室 温度控制系统 10 图 9 测温原理内部装置 DS18B20 的测温流程 图 10 DS18B20测温流程 4 单片机接口 设计 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地， 2脚作为信号线， 3脚接电源。 另一种是寄生电源供电方式，如图 11 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 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。 本设计 采用电源供电方式， 口接单线总线为保证在有效的DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管和 89S51 的 来完成对总线的上拉。 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10 μs。 采用寄生电源供电方式是 VDD和 GND 端均接地。 由于单 线制只有一根线，因此发送接收口必须是三 状态 的。 主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过3个步骤：初始化、 ROM 操作指令、存储器操作指令。 初始化 DS18B20 跳过 ROM 匹配 温度变换 延时 1S 跳过 ROM 匹配 读暂存器 转换成显示码 数码管显示 减法计数器 斜坡累加器 减到 0 减法计数器 预 置 低温度系数 振 荡 器 高温度系数 振 荡 器 计数比较器 预 置 温度寄存器 减到 0 单片机接口设 计 11 图 11 DS18B20与单片机的接口电路 5 系统整体 设计 主板电路 设计 (如附录 2) 单片机的 接 DS18B20 的 2 号引脚， P0 口送数 P2 口扫描， 、 控制加热器和电风扇的继电器。 各部分 电路 (1) 显示电路 显示电路 采用了 7段共阴数码 管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。 图 12 显示电路图 单 片 机 18B20 VCC GND 温室 温度控制系统 12 (2) 单片机电路 图 13单片机电路引脚图 (3) AT89SISP 下载口电路 图 14 下载口电路引脚图 此电路 连 接单片机。 (4) DS18B20 温度传感器 电路 图 15 温度传感器电路引脚图 系统整体设计 13 (5) 继电器电路 图中 引脚控制加热器继电器 ， 引脚控制电风扇继电器。 给 . 低电平，三极管导通，电磁铁触头放下来开始工作；同样给 低电平，三极管导通，电磁铁触头放下来开始工作。 图 16 继电器电路 图 (6) 晶振控制电路 图 17 晶振控制 电路图 (7) 复位电路 图 18复位电路 图 温室 温度控制系统 14 系统软件 设计 系统 软件设计的整体思想 一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。 同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。 甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。 因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与 S51 系列单片机相对应的 51 汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。 程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。 机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。 高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。 原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。 同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。 MCS— 51 指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。 而且 MCS— 51 指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是 MCS— 51 指令系统主要的优点之一。 对于要求反应灵敏与控 制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。 本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、 复位应答 子程序、 写入 子程序、以及有关 DS18B20 的程序（初始化子程序、写程序和读程序）等。 主程序的功能是：启动 DS18B20 测量温度，将测量值与给定值进行比较，若测得温度小于设定值，则进入加热阶段，置 为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置 为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。 当测得温度大于设定值，则进入降温阶段，则置 为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置。