鸡舍温度控制.doc

沈阳化工大学学士学位论文 内容摘要内容摘要温度测量是测量领域的重要组成部分。随着科技的发展，智能化水平的不断提高，以前的温度测量方法是比较繁琐的，研究和开发一种新型的智能温度测量系统是非常必要的。本设计采用现在流行的AT89C52单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器，若启动继电器，判断是启动风扇制冷还是加热器加热。本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出鸡舍温度控制系统。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。该设计整体结构小巧，便于携带。关键词： 鸡舍； DS18B20温度传感器； AT89C52单片机沈阳化工大学学士学位论文 abstractAbstractTemperature measurement is an important part of measurement field.With the development of science and technology, to improve the level of intelligence, temperature measurement method is more complicated, the research and development of a new kind of intelligent temperature measurement system is very necessary.This design USES the popular chip DS18B20, match with AT89C52 digital temperature sensor, the temperature sensor can be set on the temperature limit.Microcontroller will detect temperature signal input and lower temperature, compared to judge whether, if starter relay starter relay, and judgment are start-up heater or fan.This design is based on the principle of taking single-chip microcontroller technology, as the core controller chip AT89C52, through the hardware circuit and software production, design a henhouse temperature control system.Design with hardware and software into the guiding ideology, fully functional, most SCM functions through software programming realize, circuit is simple, high stability of system.At the same time, the clock system also has low consumption, low cost, strong practicability.The design of whole structure compact, easy to carry.Keywords: coop; DS18B20 temperature sensor; AT89C52 single chip沈阳化工大学学士学位论文 目录35目 录一、概述11.1研究背景及意义11.2国内外发展形势11.3单片机的介绍41.4传感器的发展5二、设计说明72.1 设计任务72.2设计方案72.3 本章小结8三、硬件电路设计93.1 主板电路设计93.2 DS18B20电路设计93.2.1 DS18B20基本知识93.2.2 DS18B20产品的特点93.2.3 芯片引脚说明103.2.4 DS18B20温度传感器的存储器103.2.5 MCS-52单片机与18B20的接口设计113.3 HD7279电路设计113.3.1 HD7279与AT89C52的接口电路123.3.2 HD7279与键盘显示器的电路连接图133.4 X5045电路设计133.4.1 上电复位143.4.2 看门狗定时器143.4.3 低电压检测143.4.4 串行EPROM存储器143.4.5 振荡电路143.4.6 AT89C52与X5045接口设计153.5 报警电路设计153.5.1 声光报警电路连接图153.5.2 SN7407N及IRF540芯片简介163.6 温度控制电路设计183.7 原理图的绘制设计193.8 本章小结20四、系统软件设计214.1 主程序设计214.2中断程序设计214.3 显示程序设计224.4键处理子程序设计234.5 DS18B20的软件设计244.6 本章小结25五、系统调试及误差分析265.1 系统硬件调试265.2 系统软件调试275.3调试中出现的问题及解决方法285.4本章小结28附录一 PROTEL原理图32附录二 PCB图33附录三 元件列表34沈阳化工大学学士学位论文 概述一、概述1.1研究背景及意义近年来，计算机及微电子技术等在测试中的应用已经十分广泛。在此基础上发展起来的智能仪器无论是在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、应用功能等方面或在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，以一种崭新的面貌展现在人们的面前。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛运用，智能仪器有了更大的发展。测试仪器的智能化已是现代仪器仪表发展的主流方向。该设计要完成的是鸡舍温度控制器的设计。实现满足题目要求的鸡舍温度控制系统需要解决以下两个方面的问题：一是实现精度1的温度测量电路及其数据处理的实现，另一个控制方法及其控制电路实现的研究。目前，实现温度精度控制常采用数字控制方法。该设计应用了以89C-52单片机为控制核心，以传感器DS1820为传感器采集温度信号，以开关控制的方法实现鸡舍温度的电子装置。文章着重的介绍了系统的硬件及软件设计。该系统的特点是电路结构简单、程序简短、系统的可靠性高。实验测试结果表明，该系统能够实时显示温度；精度为1；利用按键能修改设定的温度值；温度过高时，输出报警信号；系统可手动复位；利用可控硅实现闭环的温度控制。数字控制方法远远优于模拟控制方法，该设计根据鸡舍温度控制的实际需要程度，从温度控制电路和控制策略两个方面讨论温度自动控制系统的实现8。1.2国内外发展形势已有试验证明，鸡的产蛋水平与鸡舍温度关系密切。当温度超过标准温度时，鸡产蛋量不稳定，且产小蛋。在高温季节，因温度高引起鸡的采食量下降，就其本质来讲，是高温导致了鸡对能量摄入不足，造成了产蛋量不稳定和产小蛋等问题，这不仅是经济问题，也是一个管理问题。事实告诉我们，不管什么样的鸡种，只要温度变化都会使生产受到影响，这种影响的轻重程度与鸡种、日龄、季节都有关。因此，高温问题促使生产者必须重视鸡的饲料养分和鸡舍温度等方面的管理13。为预测能量的需求对鸡产生的影响，测试考虑了多种模型，鸡的发育体重是一个最重要的可控制因素。过去的研究证明，一般产蛋鸡摄入能量的2/3与体重关系密切。为维持鸡体增重，通常采用的模式是，体重增加45克，能量要增加62 760焦耳，也就是说在标准能量基础上要增加5能量。进一步看，日增加1克蛋，需要增加8.368焦耳的能量。当环境温度上升1时，为维持体重，能量约需15 062焦耳。鸡的品种、日龄与此关系密切，用这种模式管理现代化鸡舍的温度、鸡种，使其有效地提高生产水平，还需要进一步的探讨研究。 为探讨鸡舍温度、品种、鸡的产蛋性能、经营效益及其相互关系，从1992 年起，加利福利亚大学对全国笼养蛋鸡进行了大范围的调查，收集了6 680个不同周龄产蛋鸡群，1 740万只笼养蛋鸡的产蛋量、蛋重、饲料用量、饮水量、体重、平均死亡率、舍内平均温度等数据，以统一的饲料价格为标准，根据蛋重计算了鸡群的经济效益。同时，整理了有价值的203群鸡每周的记录，平均每群鸡72 606只，这些数据均来自可控环境鸡舍。为更准确地定义鸡舍温度，还整理了其中187群鸡每天的最低、最高温度和月平均温度，被调查的公司用计算机系统按时提供了记录的平均温度。从调查获得的群体温度看，产蛋鸡舍的温度在21.126.7之间，其中夏季和冬季之间的舍温有差别，冬季平均温度比夏季低2-9，调查人员认为，这一狭窄的温度变动范围是人为能够控制的。这次调查还分析整理了两方面的内容。在分析大群鸡2060周龄的有关数据中，应用相互关系分析原理，分析整理了性成熟、体重、季节、温度等之间的相互关系。同时也分析整理了同周龄鸡群之间的有关数据及其相互关系。从调查分析获得了不少有益的资料。鸡在夏季和冬季的能量消耗有差别。冬季比夏季多消耗能量54 392焦耳，研究观察的推定值以相差41 84046 024焦耳为宜。温度与饲料消耗之间存在着极高的相关性。当温度升高时，育成鸡和老龄鸡的能量摄取量之间的差距缩小，在同周龄的鸡之间，当温度上升0.5时，减少能量摄取量的范围在0.100.66之间。温度不理想影响鸡的产蛋量和产蛋期成鸡存活率。在温度相对不变的条件下，壮龄鸡产蛋不受影响。当温度增高时，壮龄鸡群的平均死亡率高，老龄鸡受影响小、死亡率也少。温度对蛋重的影响。温度变化，对壮龄鸡的蛋重无影响，对老龄鸡的蛋重有影响。同时还看出，温度上升时，老龄鸡很敏感，壮龄鸡不太敏感。当饲料摄取量少时，对平均产蛋价值的影响小11。在国内外大型育雏鸡舍由于房间空间大,普遍存在温度升不到理想要求,在房间内各区温度不均匀,靠近热源的地方温度高,墙与门窗的地方温度较低(特别是在冬季育雏)由于我们大多数是在笼网育雏,鸡只无法寻找较为温度较为合适的地方,所以鸡只发育就会不整齐,有很多笼与笼之间的鸡只发育差别很大的现象,众所周知:如果在育雏期鸡只发育不达标或不理想的鸡群,会在产蛋期出现高峰期进入时间较短,相比没有较高的产蛋尖峰期,并且高峰期维持时间较短,极易在产蛋期出现啄肛现象,对疾病的抵抗力也较差等等,所以说(35日龄定终身)的说法是有一定道理的,在育雏期温度管理的好与坏直接关系到育雏质量的高低,所以在育雏期间温度的表现是功不可没的.肉仔鸡舍内的适宜温度周龄 1-2 2 3 4 5 6育雏器温度() 33-35 29-32 26-29 24-26 21-24 18-21室温() 24 24 22 20 18 18肉仔鸡在上述的适宜温度环境中，能获得较高的成活率、增重速度和饲料报酬。究竟每次育雏的具体温度适宜与否，还要通过雏鸡的动态表现来判定：（1）温度适宜时，雏鸡在室内散布均匀、活泼好动、羽毛光顺、紧贴体表，睡眠时较为安静，吃食时争先恐后。（2）温度太低时，雏鸡就会出现低温表现，雏鸡拥挤于热源附近或某角落，羽毛蓬松，精神萎顿，发出连续不断的叫声。这样时间长了，容易引起雏鸡感冒或被压死。必须立即加温， 并驱散挤堆雏鸡。（3）温度过高时，雏鸡远离热源，展翅爬卧，张口 喘气，争相喝水，饮水器内常常无水，绒毛却湿了。时间长了，会使雏鸡体质衰弱，生长受阻，甚至热死。温度过高时要逐渐降温，但要注意，骤然降温会引起感冒。因此在肉仔鸡的整个饲养期内都要注意对鸡舍温度的控制。另外在建造鸡舍时，屋顶、墙壁要用隔热保温性能好的材料，这对鸡舍的防寒和防暑都非常重要。鸡舍湿度控制 一般情况下，相对湿度对鸡群的影响并不太大，以保持干燥为宜， 可以防止细菌繁殖和感染，但相对湿度不宜低于40%。育雏前2周应保持在60%-70%， 以后在50%-60%。在育雏初期过于干燥时，可适当用水喷洒地面或四周墙壁，也可在热源上放水盆蒸发水汽，以增加舍内湿度。随着肉仔鸡日龄增加，采食量、饮水量、呼吸量及排泄量与日俱增，舍内湿度逐渐增大，特别是在多雨季节，很容易发生湿度过大的情况，常用的防潮措施主要有：及时清除舍内潮湿的粪便和垫料，增加舍内的通风换气量，在鸡舍地面铺设防潮层，避免饮水系统漏水等。就如何控制好育雏期的温度我发表一下我的个人看法，造成大型育雏鸡舍温度管理困难的主要原因我看是有2个:就是散热与发热源的问题,我们只要解决了这两个问题,温度的控制就会达到人意化14。综上所述，要增加鸡舍的产量就必须对鸡舍的温度进行良好的控制。1.3单片机的介绍随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路等元器件，从而构成了“单芯片微型计算机” ，简称单片机。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。以单片机为核心的智能化产品，将计算机技术、信息处理技术和电子测量与控制技术结合在一起，将会对传统产品结构和应用方式产生根本性的变革，所以了解单片机、掌握单片机技术在电子应用系统设计方面具有重要意义。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试十分方便3。从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和BP机等等；第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。当代单片机已被广泛的应用在工商业1。1.4传感器的发展现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：（1）传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；（2）模拟集成温度传感器/控制器；（3）智能温度传感器。随着科学技术的不断发展，温度仪研究领域不断再创佳绩。中国船舶重工集团公司，第十二研究所最近研究出一种新型便携式多用途数字测温仪。由MCS-51单片机、高精度多增益放大器、新型热电偶冷端温度补偿电路、高亮度数码管显示电路等组成。具有两种测温方式：快速测温和连续测温，交直流两用，可用于冶金、铸造、热处理及其它行业的温度测量。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。单片机的应用领域也越来越广泛，能够处理的实际问题也越来越多越来越复杂。智能型测量仪器是含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据存储， 运算逻辑判断及自动化的功能，有着智能作用随着生产的发展，对自动控制技术提出了更高的要求， 在许多生产领域(烟草、食品加工、轻纺、空调等) 需要对温度控制的场合越来越多，越来越复杂，提出的要求也越来越高，要满足这些要求，常规的控制仪表及简单的控制方式已很难达到，为此自动控制技术人员相应地研究出日益复杂的控制理论及算法，然而，只有到了计算机技术高速发展的今天，才使这些理论得以实现，正是以计算机为中心的自动控制仪表及自动控制系统使自动化水平有了质的飞跃，且代表了自动化仪表发展的方向2。沈阳化工大学学士学位论文 设计说明二、设计说明2.1 设计任务本次设计的目标是利用单片机实现鸡舍温度测量，经过查阅资料，完成硬件电路的设计，焊制电路板，软件程序的编制，综合调试，整理资料和撰写论文等。2.2设计方案使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。本系统的设计方框图如图2.1所示，它由5基本部分组成：(1). 控制部分主芯片采用单片机AT89C52。 (2). 串行专用键盘/显示器接口芯片HD7279用于键盘显示器的实现，可同时驱动8位共阴极LED数码管，并具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能。 (3). 串行EPROM X5045可编程看门狗定时器、电压监控、EPROM。 (4). 温度采集部分采用DS18B20温度传感器。(5). 单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器，若启动继电器，判断是启动风扇还是加热器。AT89C52控制主芯片8位LED显示装置7279键盘输入固态继电器SSR1加热制冷温控现场温度传感器18B20固态继电器SSR2图2.1 系统设计方框图2.3 本章小结本章主要介绍了本次设计需要完成的任务和为了实现任务要求的功能，以及系统的构成，粗略的介绍了硬件的选择。沈阳化工大学学士学位论文 硬件电路设计三、硬件电路设计本系统采用51系列单片机AT89C52作为整个系统的核心，利用AT89C52现有的接口组织外围硬件模块。采用DS18B20实现温度的实时采集。X5045实现掉电保护重要参数功能，看门狗功能，防止系统死机，提高了系统的性能。串行专用键盘/显示器接口芯片HD7279用于键盘显示器的实现，可同时驱动8位共阴极LED数码管，并具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能。报警装置为单片机I/O口驱动蜂鸣器，达到报警的效果。3.1 主板电路设计 主板由AT89C52、X5045、HD7279、按键组成、8位共阴极LED数码管等等。3.2 DS18B20电路设计3.2.1 DS18B20基本知识 DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1WIRE，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。3.2.2 DS18B20产品的特点 （1）只要求一个端口即可实现通信。 （2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）测量温度范围在55到125之间。 （5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）内部有温度上、下限告警设置。 3.2.3 芯片引脚说明DS18B20可用引脚只有三个，如图3.1所示。引脚功能和接线方法随芯片采用的供电方式不同而不同。DS18B20有两种供电方式，寄生电源模式和外部电源模式。工作于寄生电源模式时，VDD和GND都与地相接，DS18B20 从数据线上供电。当总线为高电平时，DS18B20从总线上供电,同时内部电容充电，当总线变为低电平时，电容放电为DS18B20供电。DS18B20的管脚排列如图3.1。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图3.1 DS18B20引脚图3.2.4 DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。该字节各位的意义如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 。低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表3.1所示。根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：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CPU将数据线下拉500US，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660US左右，后18B20发出60240US的存在低脉冲，主CPU收到低电平信号表示复位成功。表3.1 分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75MS0110位187.5MS1011位375MS1112位750MS3.2.5 MCS-52单片机与18B20的接口设计 18B20的DQ端与52单片机的P2.1口相连接，并接上一个阻值为4.7K的上拉电阻。图3.2 MCS-52单片机与18B20的接口设计3.3 HD7279电路设计HD7279是管理键盘和LED显示器的专用智能芯片，该芯片采用串行接口方式，可同时驱动8位共阴极LED数码管或64位独立LED发光二极管，同时能对多达88的键盘矩阵进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能。从而可以提高CPU的工作效率，同时其串行接口方式又可简化CPU接口电路的设计。3.3.1 HD7279与AT89C52的接口电路HD7279与AT89C52仅需4条口线，其中/CS为片选信号。当AT89S52访问HD7279时，应将片选端置为低电平。DATA为串行数据输入/输出端，当不向HD7279发送数据时，DATA为输入端；当HD7279输出键盘代码时，DATA为输出端。CLK为数据串行传送的同步时钟输入端，时钟的上升沿表示数据有效。KEY为按键信号输出端，在无键按下时为高电平；而有键按下时此引脚变为低电平并且一直保持到键释放为止。RC引脚用于连接HD7279的外接振荡元件，其典型值为R=1.5k，C=15pF。/RESET为复位端。该端由低电平变成高电平并且保持25ms即复位结束。通常，该端接+5V即可。HD7279与AT89C52的电路连接图如图3.3所示。图3.3 HD7279与AT89C52的电路连接图AT89S52与HD7279引脚的连接和相关的地址分配如下：(1)/CS：片选，低电平有效，与P1.4相连；(2)CLK：串行时钟输入端，与P1.5相连；(3)DATA：串行数据输入/输出端，与P1.6相连；(4)KEY：按键有效信号端，与P1.7相连。3.3.2 HD7279与键盘显示器的电路连接图本次设计使用HD7279实现键盘和显示器的人机交互功能。电路共有5个按键，它们的功能分别是：设定键、减小键、增加键、左移键和确认键， 8位显示器的显示功能为前3位显示参数标志，后4位显示参数数值，最后一位显示单位符号。HD7279与键盘显示器的电路连接图如图3.4所示。图3.4 HD7279与键盘显示器的电路连接图HD7279引脚功能如下：(1) DIG0DIG7为8个LED数码管的位驱动输出端，接LED的共阴极端；(2) SASG为LED数码管的AG段的输出端，接LED的ag段阳极端；(3) DP为小数点的驱动输出端，接DP的阳极端。3.4 X5045电路设计如图3.5所示为X5045的芯片管脚图。X5045是单片机系统电路的一个辅助芯片，它将复位，电压检测，看门狗定时器和块锁保护的串EPROM功能集合成一个芯片内；采用SPI串行外设接口方式，降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性。图3.5 X5045管脚图 X5045有4种基本功能：上电复位,看门狗定时器，低电压检测和SPI串行EPROM。 3.4.1 上电复位当器件通电并超过VCC门限电压时,X5045内部的复位电路将会提供一个约为200MS复位脉冲(引脚RESET)让微处理器能够正常复位。3.4.2 看门狗定时器看门狗定时器对微处理器提供了一种对外界干扰而引起程序陷入死循环或“跑飞”状态保护功能。X5045内部的一个控制寄存器中有两位可编程位决定了定时周期的长短。当系统出现故障时，在设定的时间内如果没有对X5045进行访问，则看门狗定时器以RESET信号作为输出响应，即变为高电平，延时约200MS以后RESET由高电平变为低电平，非CS的下降沿复位看门狗定时器。3.4.3 低电压检测 工作过程中X5045监测电源电压下降并且在电源电压跌落到VCC门限电压(VTRIP)以下时，会产生一个复位脉冲，复位脉冲保持有效直到电源电压降到1V以下。如果电源电压在降落到VTRIP后延时约200MS，复位信号消失，使得微处理器可以继续工作。3.4.4 串行EPROM存储器X5045的存储器部分是具有XICOR公司的块锁保护CMOS4KB串行EPROM。它被组织成8位的结构,由一个四线构成的SPI总线方式进行操作，一次最多可写16B。3.4.5 振荡电路 MCS5-2内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。两个引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配电容就构成一个子激荡器。振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至24MHZ可适当选取某一频率。匹配电容要根据石英晶体振荡器的要求选取。3.4.6 AT89C52与X5045接口设计如图3.6所示为AT89C52与X5045接口设计。单片机与X5045引脚的连接分配如下：(1)CS:片选端,低电平有效,与P1.0相连；(2)SO:串行数据输出端,与P1.1相连；(3)SCK:串行时钟输入端,与P1.2相连；(4)SI:串行数据输入端,与P1.4相连。图3.6 AT89C52与X5045接口电路3.5 报警电路设计3.5.1 声光报警电路连接图本设计采用的声光报警，如果所测的温度高于报警上限，单片机驱动蜂鸣器报警的同时也驱动红色的报警灯发光；如果所测的温度低于报警下限，单片机驱动报警的同时也驱动蓝色的报警灯发光。蜂鸣器报警电路如图3.7所示；灯光报警电路如图3.8所示。图3.7 蜂鸣器报警电路 当所测得的室温温度超过报警上限或低于报警下限时，把P2.3口置低，从而使与AT89C52的P2.3口相连的蜂鸣器发声，实现声音报警功能。图3.8 灯光报警电路当所测得的室温高于报警上限时，把P3.4口置高，场效应管的栅极与地之间的电压V1大于开启电压VGS，场效应管由放大状态变为开关状态，从而使漏极跟源极导通，最终实现报警灯发光。3.5.2 SN7407N及IRF540芯片简介(1) SN7407N芯片简介：模式TTL十六进制缓冲器/驱动器采用了高电压开放集电极输出接口与高层次电路（MOS）或用于驱动高电流负载（如灯或继电器），其特点，用作缓冲器，可用于TTL投入。该SN7407N最小击穿电压为30伏，这些器件执行布尔函数y = A典型功耗为145毫瓦，平均传输延迟时间为14毫微秒。SN7407N管脚图如图3.9所示。图3.9 SN7407N管脚图（2）IRF540NS芯片简介：本设计采用金属氧化物半导体场效应管IRF540（最大负载100V，3A）驱动报警灯发光。IRF540在本次设计中应用于放大电路，在P型半导体衬底上制作两个高掺杂浓度的N型区，形成MOS管的源极S和漏极D，第三个电极称为栅极，IRF540示意图如图3.10所示。图3.10 IRF540示意图3.6 温度控制电路设计固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR）,是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。对于控制电压固定的控制信号，采用阻性输入电路。控制电流保证再大于5mA。对于大的变化范围的控制信号（如3-32V）则采用恒流电路，保证在整个电压变化范围内电流在大于5mA可靠工作。隔离驱动电路：隔离电路采用光-电耦合和高频变压器耦合（磁电耦合），光电耦合通常使用光电二极管光电三极管，光电二极管双向光控可控硅，光伏电池，实现控制侧与负载侧隔离控制。高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级，经检波整流，逻辑电路处理形成驱动信号。SSR的功率开关直接接入电源与负载端，实现对负载电源的通断切换。主要使用有大功率晶体三极管（开关管-Transistor）,单向可控硅（Thyristor或SCR），双向可控硅（Triac）,功率场效应管（MOSFET）,绝缘栅型双极晶体管（IGBT）.固态继电器可以方便的与TTL,MOS逻辑电路连接。专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。电路图如下图3.11所示。 图311 固态续电器3.7 原理图的绘制设计一 原理图绘制原理图的设计主要包括AT89C52的主板电路设计（键盘显示器电路设计、看门狗电路设计）和副板电路设计（温度信号采集电路、A/D转换电路设计）。绘制步骤：(1) 首先新建原理图，设定图纸为A4(2) 放置元器件(3) 进行原理图布线(4) 调整布线(5) 进行组件编号和封装(6) 进行ERC电检查(7) 网络表生成(8) 报表生成(9) 进行原理图打印二 PCB图制作根据已经绘制好的原理图生成的网络表进行电路板的设计，在电路板的设计过程中要着重注意组件的封装和尺寸大小，在确认无错误的情况下可进行电路板的设计。制作电路板步骤：（1）准备原理图与网络表（2）在Keep层画出板子边界（3）装入组件库（4）网络表与组件装入（5）手工进行组件布局（6）进行自动布线（7）手工调整布线（8）存盘3.8 本章小结本章主要介绍了本次设计中的整体硬件设计，主要包括测温元件DS18B20，52单片机与HD7279的接口设计，X5045，52单片机与X5045的接口设计，以及DS18B20的测温电路。沈阳化工大学学士学位论文 系统软件设计四、系统软件设计 本次设计软件部分包括主程序、中断程序、采样程序、按键程序、显示程序。4.1 主程序设计主程序的主要功能是完成对7279的初始化、清空内部RAM、启动T0定时器，调用键盘及显示、闪烁、增键等子程序。程序中用伪指令SYS_CLK定义为定时器循环次数，本设计选择20(定时器为50ms)，用以判断系统定时是否达到1秒；MES_STA参数状态单元，其功能是通过MES_STA中的值来判断当前应该显示个参数。主程序流程图如图4.1所示:中断唤醒LOOP启动休眠内部变量及定时器初始化X5045初始化图4.1 主程序流程图4.2中断程序设计在中断程序中，我们要实现数据采集，按键和显示以及喂狗等功能，其中数据采集通过任务调度模块来实现，按键、显示和喂狗分别由键处理模块，显示模块和看门狗定时器喂狗模块来实现。程序流程图如下：图4.2中断服务程序流程图4.3 显示程序设计在显示模块中，我们要显示8位LED，当显示量程上下限，和报警上下限时，还要显示一个闪烁位，我们通过SET_STA判断是否显示闪烁位，当SET_STA等于“0”时，LED不闪烁，MOV A，#0FFH，然后跳出显示程序。当SET_STA不等于“0”时，有一个LED闪烁，通过判断FLASH里的值，来让对应的LED闪烁，其中FLASH里的数是“0”，“1”，“2”，“3”分别对应LED1，LED2，LED3，LED4，最后跳出显示程序，程序流程图如下：YN初始化7279赋值R1=8发送DR1位显示器的命令字到7279发送DR0位显示器的现实内容到72798位显示完毕返回图4.3 显示流程图4.4键处理子程序设计在键处理子程序中，由于硬件设计中已经把5个按键的键码固定为设定的值。其键盘处理程序中主要完成判断是否有键按下，若HD7279的KEY_OK位等于1说明此时无键按下，则令键处理标志位KB_FIG等于0，程序返回。如判断后KEY_OK=0，说明有键按下，这时再通过KB_FIG的值判断看键是否处理过，如键处理过则返回，没处理过，然后读键值，通过读出的键值判断是参数键还是闪烁键还是增、减、回车键,最后令KB_FIG等于1。其功能框图如图4.4所示。图4.4 键处理模块程序流程图4.5 DS18B20的软件设计 读出温度的子程序主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的读写。读出温度子程序流程图如下图所示：发DS18B20复位命令发跳过RAM命令发读取温度命令读取操作CRC校验9字节完？CRC校验正确？移入温度暂存结束NYYN图4.5 18B20读出温度程序流程图4.6 本章小结 本章主要介绍了本次设计中的整体软件设计，主要包括主程序设计，DS18B20软件设计，人机接口单元软件设计。沈阳化工大学学士学位论文 系统调试及误差分析五、系统调试及误差分析在硬件焊接与软件编程完成后，要对其进行调试，以保证硬件与软件连接成系统后能够达到设计要求。调试工作是设计最重要的环节之一，整个系统完成后能否正常工作，主要取决于系统调试是否成功。由于我主要负责硬件部分设计，所以着重介绍一下硬件调试部分遇到的问题。5.1 系统硬件调试这次设计中，主板用的是课程设计的，只需要设计一下副板。首先根据原理图来焊接一下副板上的元件。本次设计的硬件并不复杂，所用的器件也较少，主要涉及的器件有：AT89C52、HD7279、X5045、LED、按钮和电阻等。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。 静态调试静态调试是在系统未工作时的一种硬件检查。 目测首先对焊接好的电路板进行检查。检查是否有多焊、漏焊等问题。通过目测检查各芯片和器件，如发现错误可及时排除。 万用表测试目测检查后，可进行万用表测试。先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符。再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，如有则仔细查出并排除。短路现象一定要在加电前查出。如果电源与地之间短路，系统中所有芯片或设备都可能被毁坏，后果十分严重。所以，对短路问题，在整体调试及今后的运行中都要相当小心。 加电检查当给单片机最小系统加电工作时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近于零，接固定电平的引脚是否电平正确。系统对定时器是否起振。可以采用示波器的方法进行检测。还要检查复位是否正常，关键点的电压是否正常。然后，在断电状态下将芯片逐个插在电路板上的相应插座中，每插上一个做一遍上述的电压检查，特别要检查电源到地是否短路，这样就可以确定电源错误或与地短路发生在哪块芯片上。在对芯片、器件上电过程中，还要注意观察芯片或器件是否出现过热、变色、冒烟、异味等现象，如出现这些现象，应立即断电，仔细检查电源加载等情况，找出产生异常的原因加以解决。 动态调试动态调试是在系统工作的情况下发现系统硬件中存在的器件内部故障、器件间连接逻辑错误等的一些硬件检查10。首先按功能将系统硬件电路分为若干块，如单片机最小系统、电路液晶显示器等分块调试。当调试某块电路时，与该电路无关的电路先终止工作，这样，可将故障范围限定在某个局部电路上。当各部分电路调试无故障后，将各部分电路逐一加入系统中，再对各部分电路功能及电路间可能存在的相互联系进行试验。此时若出现故障，则最大可能是出现在各电路协调关系上，经过这样一个调试过程后，大部分硬件故障基本上可以排。5.2 系统软件调试单片机硬件系统测试合乎要求后，开始软件调试。软件调试是通过对系统程序的编写、编译来发现程序中存在的语法错误，再通过写入和运行来发现程序中的逻辑错误，通过反复操作这一过程加以排除、纠正的过程。因为该系统具有多项任务，因此，在软件调试中可将各个子程序模块分别进行调试，在各个子程序模块调试都正确后，将相互有关系的模块逐块组合起来加以调试，以解决在程序模块连接中可能出现的逻辑错误。对所有程序模块的整体组合是在系统联机调试中进行的。结构化软件的调试一般可以将重点放在模块的调试上，系统调试是最后的一个环节。软件的调试可以使用在线的方法也可以使用离线的方法。前者不需要硬件仿真器，借助于软件仿真器就可以了；后者需要仿真系统的支持。联机调试经常采用PC+在线仿真器+编程器或PC+模拟仿真软件+编程器两种方法。PC+模拟仿真器+编程器的方法所需投资少，快捷方便，适合于小型单片机应用系统或熟练的单片机应用系统开发者。操作方法是：首先用单片机编辑和汇编的集成软件模拟仿真功能，把所编制的源程序在PC上运行验证设计思想。符合要求后，通过PC使用编程器把生成的HEX或BIN文件写到单片机或EPROM中如图5.1 。图5.1 调试过程然后把单片机或EPROM插在目标板上，上电独立全速运行。观察执行结果，不符合设计标准，拔下重新修改程序，再次利用编程器写入单片机或EPROM观察。反复进行，直至符合设计标准。这种方法反复的插、拔、擦写，会影响片子的使用寿命，没有跟踪调试能。软件调试的时候注意到了，参数的传递与数据类型对程序的影响。5.3调试中出现的问题及解决方法（1）通过目测发现接地端没有与芯片工作的电源地接在一起。（2）上电后，发现LED没有亮。原因是7279的片选CS没有至“0” 。（3）在接线过程中，我们将5045的片选CS和串行数据输出端SO接P0.0和P0.1引脚，上电后，发现5045没有选通。原因是P0口需要接 上拉电阻，而我没有接。5.4本章小结本章主要介绍了硬件调试和软件调试的一些步骤，以及调试中发现的问题。结束语毕业设计完成的一刻，感受到了成功的喜悦。本次设计做的东西虽小，但它却涉及了模拟电路、数字电路、单片机原理、传感器等多门学科，是知识整合的一种体现。通过本次设计，让我在理论学习的基础上，通过完成一个涉