毕业设计-基于单片机的温室温度检测装置设计.doc

智能仪表智能仪表 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 基于基于at89c51at89c51单片机的温室温度检测装置设计单片机的温室温度检测装置设计 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 起止时间：起止时间： i 摘 要 本文以 at89c51 单片机系统为核心，由 ds18b20 数字温度传感器、led 数 码显示管构成的多点温度检测系统。各个温度检测单元能独立完成各自功能，同 时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅温度的检测结果可 在温室内显示，并可以由 can 总线远传至控制中心机中，进行进一步的存 档、处理。按下显示键，显示器显示温室平均温度，显示 10 秒后，自动消隐。 单片机负责控制指令的发送，控制各个温度点进行温度采集，收集测量数据，并 对测量结果（包括历史数据）进行整理、显示和存储。 关键词：单片机；温度传感器；can 总线 ii 目 录 第 1 章 绪论1 第 2 章 方案论证2 2.1 温度传感器的选型 .2 2.2 ds18b20 的功能介绍 2 2.3 系统设计框图 .3 第 3 章 硬件设计.4 3.1 at89c51 单片机最小系统设计 .4 3.1.1 单片机的选择4 3.1.2 时钟电路的设计 .4 3.1.3 复位电路的设计5 3.2 温度采集电路设计 .5 3.3 显示电路的设计 .6 3.3.1 显示器电路的设计.6 3.4 can 总线传输电路 7 3.5 键盘电路设计8 第 4 章 软件设计9 4.1 程序框图设计 .9 4.2 程序代码见附录 10 第 5 章 课程设计总结11 参考文献.12 附录 13 附录 14 1 第 1 章 绪论 温度对工、农业生产和日常生活有着重大的影响，如空调系统温度检测，电 力、电讯设备之间过热故障预知检测，消防电气的非破坏性温度检测等等，可见 温度监测系统的应用领域十分广泛，因此对温度的检测有着重要的现实意义。 我国人多地少，人均占有耕地面积更少。因此，要改变这种局面，只靠增加 耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。温 室大棚技术就是其中一个好的方法。 温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环 境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限 制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不 大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经 济效益，所以温室大棚技术越来越普及，并且已成为农民增收的主要手段。 随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制便成为 一个十分重要的课题。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取 温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温 度是否过高或过低。如果过高，就对大棚进行降温处理；如果过低，就对大棚进 行升温处理。这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。现在， 随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品 种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。 大型温室大棚的建设对温度检测技术也提出了越来越高的要求。本设计由单片机、 数字温度传感器、显示电路构成的多点温度数据采集系统，可以方便的实现多点 的温度测量，并容易实现数据的远距离传送，系统的抗干扰性好、设计灵活方便。 本系统可以应用在工业及民用常温温度多点检测场合。 2 第 2 章 方案论证 2.1 温度传感器的选型 温度检测系统具有测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等特点。 若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、a/d 转换及相 应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。 这样，由于外界因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点 多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降， 并且耗费的材料多，不符合经济性。因此，系统的关键在温度检测系统这部分。 方案一： 采用热敏电阻，可满足 0至 100的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、 可靠性较差，对于检测 1 摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采 用单片温度传感器,比如 ad590,lm35 等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经 过 a/d 转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测 温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到 复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。 方案二 采用温度传感器 ds18b20. ds18b20 是数字温度传感器，输出信号为全数字 化，便于单片机处理机控制，并且省去了传统的温度采样、ad 转换过程，避免了 采样和传输过程中的干扰，具有更高的精度。ds18b20 的最大特点之一采用了单 总线的数据传输，由数字温度计 ds1820 和单片机构成的温度测量装置,它直接输 出温度的数字信号,可直接与计算机连接。而且 ds18b20 可以实现多点测量，容 易组成传感器网络。 因此，比较两个方案，本系统温度采集部分选用数字温度传感器 ds18b20,其 测温值可以直接以 9 位数字量读出,无需采集信号的放大与 a/d 转换,减少了器件 及接线, 优化了硬件电路部分的设计,使得单片机的数据处理更加直接化,简单化， 选择方案二进行设计。 2.2 ds18b20 的功能介绍 单线数字温度传感器 ds18b20 特性： 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 3 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55+125，以 0.5递增。华氏器件-67+2570f，以 0.90f 递增 温度以 9 位数字量读出 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 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统 表 2.1 引脚说明： 1gnd接地 2dq数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路 3vcc可选的 vcc 引脚。 说明： dsl8b20 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数指示器件。温度信息经过单 线接口送入 dsl8b20 或从 dsl8b20 送出，因此从主机 cpu 到 dsl820 仅需一条 线。dsl8b20 的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源，因为每一个 dsl8b20 在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个 dsl820 可以存放在同 一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件 dsl8b20。ds18b20 的测量范围从-55 到+125 ，精度为0.06。ds18b20 都可以设置成两种供电方 式即数据总线供电方式和外部供电方式采取数据总线供电方式可以节省一根导线 但完成温度测量的时间较长采取外部供电方式则多用一根导线但测量速度较快。 2.3 系统设计框图 单片机 温度采集电路 显示电路 数据远传电路 键盘电路 图 2.1 系统框图 4 第 3 章 硬件设计 3.1 at89c51 单片机最小系统设计 3.1.1 单片机的选择 at89c51 是美国 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和 128 bytes 的随机存取数 据存储器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容 标准 mcs-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元， 功能强大 at89c51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各 种控制领域。 at89c51 提供以下标准功能：4k 字节 flash 闪速存储器，128 字节内部 ram，32 个 io 口线，两个 16 位定时计数器，一个 5 向量两级中断结构，一 个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51 可降至 0hz 的静 态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作， 但允许 ram，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 3.1.2 时钟电路的设计 at89c5l 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 xtal1 和 xtal2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外 石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，时钟电路如图 3.2 所示。 图3.2 单片机时钟电路 5 外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 c1、c2 接在放大器的反馈回路中构 成并联振荡电路。对外接电容 c1、c2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的 大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度 稳定性，如果使用石英晶体，电容使用 30pf10pf，而如使用陶瓷谐振器应选择 40pf10f。本设计中由于使用总线的控制器 sja1000，因此单片机的时钟 电路可以和 sja1000 共用，在这里只画出了单片机的时钟电路。在 sja1000 当中， 晶振的选择为 26mhz。 3.1.3 复位电路的设计 图3.3 单片机复位电路 当单片机的复位引脚 rst(全称 reset)出现 2 个机器周期以上的高电平时， 单片机就执行复位操作。如果 rst 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。 图 3.3 中电容 c3 和电阻 r2 对电源十 5v 来说构成微分电路。单片机的复位操作 使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器 pc0000h，这表明程序从 0000h 地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内 ram 为随机值，运行中的复位 操作不改变片内 ram 区中的内容，21 个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。 3.2 温度采集电路设计 采用单线数字温度传感器 ds18b20 作为温度采集部分，本系统需要对 8 个温度温度监测点进行温度检测，因此每个监测点都需要安装一个温度传感器， 共需 8 个 ds18b20 数字温度传感器进行工作。其温度采集的数据由 p1 口送进单 片机进行处理，电路原理图如图 3.4 所示。 6 图3.4 温度采集部分电路 3.3 显示电路的设计 3.3.1 显示器电路的设计 本系统采用四位 led 数码管作为显示器，其中第一位显示温度的十位，第二 图3.5 led数码管显示器驱动显示电路图 7 位显示个位，第三位和第四位分别显示小数点后一位和两位。数码显示管与驱动 芯片 74hc595 相连，由单片机控制，实现数码显示管的显示。 74hc595 内含 8 位串入、串/并出移位寄存器和 8 位三态输出锁存器。寄存 器和锁存器分别有各自的时钟输入 (sclk 和 slck) , 都是上升沿有效。当 sclk 从低高电平跳变时, 串行输入数据 (sda) 移入寄存器; 当 slck 从低到高电平跳 变时, 寄存器的数据置入锁存器。清除端 (clr) 的低电平只对寄存器复位 (qs 为低电平) , 而对锁存器无影响。当输出允许控制 (en) 为高电平时, 并行输出 (q0q7) 为高阻态, 而串行输出 (qs) 不受影响。74hc595 最多需要 5 根控制 线, 即 sda、sclk、slck、clr 和 en。其中 clr 可以直接接到高电平, 用软件 来实现寄存器清零; 如果不需要软件改变亮度, en 可以直接接到低电平, 而用 硬件来改变亮度。把其余三根线和单片机的 i/ o 口相接, 即可实现。 3.4 can 总线传输电路 sja1000 是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业工业环境中的区域网 络控制（can） 。它是 philips 半导体 pca82c200can 控制器的替代产品，它增加 了一种新的工作模式，这种模式支持具有很多新特性的 can2.0b 协议。管脚排列 说明如表 3.1 所示。 表 3.1 管脚排列说明 符号引脚说明 ad0-ad72，1，28-23多路地址/数据总线 ale/as3ale 输入信号，as 输入信号 /cs4片选输入，低电平访问 sja1000 （/rd）/e5微控制器 wr 信号或 e 使能信号 /wr6微控制器/wr 信号或 rd 信号 clkout7sja100 产生的提供给为控制的时 钟输出信号；时钟控制器的时钟 关闭位可禁止该引脚 vss18接地 xtal19输入到振荡器放大电路 xtal210振荡放大电路输出 mode11模式选择输入 vdd312输出驱动的 5v 电压源 tx013从 can 输出驱动器 0 输出到物理 线路上 tx114从 can 输出驱动器 1 到物理线路 上 vss315输出驱动器接地 8 图3.6 can总线传输电路 3.5 键盘电路设计 独立式按键是指直接用 i/o 口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独 占一根 i/o 口线，每根 i/o 口线上的按键工作状态不会影响其他 i/o 口线的工作 状态，独立式按键电路图如图所示。 图3.7 键盘电路 当 k 键未按下时，p2.7 为高电平；当键盘 k 按下之后，p2.7 口变为低电平， 只要读取各个按键的状态，便可获得按键信息，实现温度显示功能。 9 第 4 章 软件设计 4.1 程序框图设计 初始化 显示字符 p 调用温度检测模块 检测是否全部完成 求平均温度 显示温度 调用显示子程序 是否通信 调用通信子程序 修改指针 n y n y n y 图4.1 系统整体流程图 10 开 始 取显示缓冲区首地 址 送字码初值 传送字位码 指向下一个显示单 元 延时 10 秒 字码右移一位 显示完毕 返 回 n y 图 4.2 显示电路子流程图 4.2 程序代码见附录 11 第 5 章 课程设计总结 本课程设计采用 ds18b20 温度传感器，由单片机 at89c51 控制，运用 can 总 线传输，实现温室大棚温度的实时监测，可实现定点和远距离读取温室大棚的温 度。本设计采用 ds18b20 数字温度传感器，具有线路简单、硬件少、成本低的优 点，应用前景比较广泛，尤其其具有完善的单总线通信协议，无需复杂繁琐的布 线就可以构成多点温度检测系统，充分利用了 at89c51 和 ds18b20 硬件接口电路 简洁性。设计的系统测温范围广，精度高，具有广泛的适用性。但由于条件的限 制，串口的通讯并不稳定，未对温度数值进行统计处理，这将有待于改进。 12 参考文献 1周航慈.智能仪器原理与设计.北京：北京航空航天大学出版社，2005 年 2李全利.单片机原理及应用技术.北京：高等教育出版社，2001 年 3何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，2006 年 4沈善铜.塑料大棚综合利用.江苏：江苏科技出版社，2008 年 5孟建华,郝晋霞 at89s51 系列单片机及在线编程技术.西安工程科技学院学报 2006 年 6关燕君. 基于单片机的高精度信号采集系统的设计.吉林化工学院学报，2006 年 13 附录 系统整体电路图 14 附录 系统部分程序代码 ds18b20 初始化程序 * init_1820: mov dqp, #0ffh nop mov dqp, #0 mov r0,#250 tsr1: 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 ;读 ds18b20 的程序,从第一通道 ds18b20 中读出两个字节的温度数据 ;出口参数：temper1_l temper1_h ;* read1_18200: mov r4,#2 mov r1,#36h re001: mov r2,#8 re011: clr c setb dq1 15 nop nop clr dq1 nop nop nop setb dq1 ret ;* ;数码管显示子程序 ;入口参数：temper_ge temper_shi p0 p23,0 ;* display: mov dptr,#numtab mov r0, #10 r1l: mov r1, #250 dplop: clr slck mov r3,#4 mov r0,#64h disp1: mov a,r0 mov r2,#8 disp2: clr sclk rlc a mov sda,c setb sclk djnz r2,disp2 dec r0 djnz r3,disp1 setb slck mov a,port_no movc a,a+dptr mov dat,a mov r7,#80 djnz r7,$ djnz r1,dplop djnz r0,r1l lcall delay10s clr r0 ret 16 延时子程序 ;* delay500us: mov r6,#250 djnz r6,$ ret delay1: mov r7,#20h djnz r7,$ ret delay100ms: mov r6,#200 d2: mov r5,#250 djnz r5,$ djnz r6,d2 ret end g an employment tribunal clai employment tribunals sort out disagreements between employers and employees. you may need to make a claim to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly. for more information about dismissal and unfair dismissal, see dismissal. you can make a claim to an employment tribunal, even if you havent appealed against the disciplinary action your employer has taken against you. however, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal. remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. if your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept i. if you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of the organisations listed under further help. employment tribunals are less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation. most people find making a claim to an employment tribunal challenging. if you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help straight away from one of the organisations listed under further help. if you are being represented by a solicitor at the tribunal, they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case. this is known as a damages- based agreement. in england and wales, your solicitor cant charge you more than 35% of your compensation if you win the case. if you are thinking about signing up for a damages-based agreement, you should make sure youre clear about the terms of the agreement. it might be best to get advice from an experienced adviser, for example, at a citizens advice bureau. to find your nearest cab, including those that give advice by e-mail, click on nearest cab. for more information about making a claim to an employment tribunal, see employment tribunals. 17 the (lack of) air up there watch mcayman islands-based webb, the head of fifas anti-racism taskforce, is in london for the football associations 150th anniversary celebrations and will attend citys premier league match at chelsea on sunday. “i am going to be at the match tomorrow and i have asked to meet yaya toure,“ he told bbc sport. “for me its about how he felt and i would like to speak to him first to find out what his experience was.“ uefa has opened disciplinary proceedings against cska for the “racist behaviour of their fans“ during citys 2-1 win. michel platini, president of european footballs governing body, has also ordered an immediate investigation into the referees actions. cska said they were “surprised and disappointed“ by toures complaint. in a statement the russian side added: “we found no racist insults from fans of cska.“ age has reached the end of the beginning of a word. may be guilty in his seems to passing a lot of different life became the appearance of the same day; may be back in the past, to oneself the paranoid weird belief disillusionment, these days, my mind has been very messy, in my mind constantly. always feel oneself should go to do something, or write something. twenty years of life trajectory deeply shallow, suddenly feel something, do it. 一字开头的年龄已经到了尾声。或许是愧疚于自己似乎把转瞬即逝的很多个不同的日子 过成了同一天的样子；或许是追溯过去，对自己那些近乎偏执的怪异信念的醒悟，这些天以 来，思绪一直很凌乱，在脑海中不断纠缠。总觉得自己自己似乎应该去做点什么，或者写点 什么。二十年的人生轨迹深深浅浅，突然就感觉到有些事情，非做不可了。 the end of our life, and can meet many things really do? 而穷尽我们的一生，又能遇到多少事情是真正地非做不可？ during my childhood, think lucky money and new clothes are necessary for new year, but as the advance of the age, will be more and more found that those things are optional; junior high school, thought to have a crush on just means that the real growth, but over the past three years later, his writing of alumni in peace, suddenly found that isnt really grow up, it seems is not so important; then in high school, think dont want to give vent to out your inner voice can be in the high school children of the feelings in a period, but was eventually infarction when graduation party in the throat, later again stood on the pitch he has sweat profusely, looked at his thrown a basketball hoops, suddenly found himself has already cant remember his appearance. 18 童年时，觉得压岁钱和新衣服是过年必备，但是随着年龄的推进，会越来越发现，那些 东西根本就可有可无；初中时，以为要有一场暗恋才意味着真正的成长，但三年过去后，自 己心平气和的写同学录的时候，突然就发现是不是真正的成长了，好像并没有那么重要了； 然后到了高中，觉得非要吐露出自己的心声才能为高中生涯里的懵懂情愫划上一个句点，但 毕业晚会的时候最终还是被梗塞在了咽喉，后来再次站在他曾经挥汗如雨的球场，看着他投 过篮球的球框时，突然间发现自己已经想不起他的容颜。 originally, this world, can produce a chemical reaction to an event, in addition to resolutely, have to do, and time. 原来，这个世界上，对某个事件能产生化学反应的，除了非做不可的坚决，还有，时间。 a persons time, your ideas are always special to clear. want, want, line is clear, as if nothing could shake his. also once seemed to be determined to do something, but more often is he backed out at last. dislike his cowardice, finally found that there are a lot of love, there are a lot of miss, like shadow really have been doomed. those who do, just green years oneself give oneself an arm injection, or is a self-righteous spiritual. 一个人的时候，自己的想法总是特别地清晰。想要的，不想要的，界限明确，好像没有 什么可以撼动自己。也曾经好像已经下定了决心去做某件事，但更多的时候是最后又打起了 退堂鼓。嫌恶过自己的怯懦，最终却发现有很多缘分，有很多错过，好像冥冥之中真的已经 注定。那些曾经所谓的非做不可，只是青葱年华里自己给自己注射的一支强心剂，或者说， 是自以为是的精神寄托罢了。 at the moment, the sky is dark, the air is fresh factor after just rained. suddenly thought of blue plaid shirt; those were broken into various shapes of stationery; from the corner at the beginning of deep friendship; have declared the end of the encounter that havent start planning. those years, those days of do, finally, like youth, will end in our life. 此刻，天空是阴暗的，空气里有着刚下过雨之后的清新因子。突然想到那件蓝格子衬衫； 那些被折成各种各样形状的信纸；那段从街角深巷伊始的友谊；还有那场还没有开始就宣告 了终结的邂逅计划那些年那些天的非做不可，终于和青春一样，都将在我们的人生中谢 幕。 baumgartner the disappointing news: mission aborted. r plays an important role in this mission. starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. the balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. it will climb higher than the tip of mount everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. as he crosses the boundary layer (ca