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鸡雏恒温孵化器设计毕业论文.doc

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鸡雏恒温孵化器设计目录第1章绪论11.1鸡雏恒温孵化器设计目的11.2鸡雏恒温孵化器完成的功能1第2章总体方案设计2第3章硬件设计43.1温度采集电路43.1.1DS18B20简介43.1.2DS18B20接口电路73.2单片机控制电路73.2.1单片机简介73.2.2时钟电路和复位电路83.3显示电路103.4报警与控制电路11第4章软件设计124.1主程序124.2温度采集子程序124.3数据处理子程序164.41602C显示子程序174.5输出驱动子程序19第5章安装调试与结果215。

1安装调试215.2结果显示21第6章总结23致谢24参考文献25附录1原理图26附录2PCB图27附录3源程序28附录4实物图42第1章绪论1.1鸡雏恒温孵化器设计目的本设计的内容是恒温控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题,本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。

1.2鸡雏恒温孵化器完成的功能本设计是对温度进行实时监测与控制,设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能:当温度低于设定下限温度时,系统自动启动加热继电器加温,使温度上升。当温度上升到下限温度以上时,停止加温;当温度高于设定上限温度时,系统自动启动风扇降温,使温度下降。当温度下降到上限温度以下时,停止降温。温度在上下限温度之间时,执行机构不执行。LCD液晶显示器即时显示温度,精确到小数点一位。第2章总体方案设计这次设计题目为基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计,温度控制设定范围为3840C,最小区分度为0.5C,

上、下限温度在程序中设置,实现控制可以升温也可以降温,实时显示当前温度值,另外还增加了一个蜂鸣器报警功能。实现这种控制目的的方案有3个。方案(一)热电偶温度自动控制系统。(采用A/D转换器)方案(二)模拟集成温度控制器AD590温度自动控制系统。(采用V/F转换电路)方案(三)数字温度传感器DS18B20温度自动控制系统这三个方案都是采用单片机控制,液晶显示模块LCD显示。这三个方案的比较部分为温度传感器部分和模/数转换部分。方案(一)的系统框图如图2.1:图2.1热电偶温度控制系统原理图该部分温度检测部分采用热电偶,它需要冷端补偿电路与其配套,并且热电偶输出电压只有几毫伏。

必须经过放大处理才能A/D转换,若采用8位A/D转换器,CADC0809则输入端需采用放大器,把几毫伏的电压信号放大到5伏左右。由于热电偶属于非线性器件,因此每个温度值都必须通过分度表,查表才能获得,这给软件编程和数据处理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到上千摄氏度,而且很多热电偶精度非常高,这是这种测量系统的优点,但构成系统复杂,抗干扰能力不强。方案(二)的框图如图2.2:图2.2模拟集成温度控制器温度自动控制系统原理图如果不使用A/D转换器的话,可以选择V/F转换电路代替A/D转换器,因为V/F变换与单片机的接口有输入(只有一根线)、接口电路简单、抗干扰性好、易采用光电隔离等优点。

故采用V/F转换电路来实现A/D变换是行之有效的。这一电路对温度变化的小信号有较好的精度,而且对输入温度信号有快速响应能力。缺点是该电路比较复杂,需要用放大电路来将温度传感器采集到的信号进行放大,性能不够稳定。单片机AT89C51复位电路LCD报警电路加热装置降温装置DS18B20继电器控制部分方案(三)的框图如图2.3:图2.3恒温孵化器系统原理该方案采用智能温度传感器DS18B20,它的最高分辨率为12位,可识别0.0625摄氏度的温度。它具有直接输出数字信号和数据处理功能,并且它和单片机接口只需要一位I/O口。

因此由它构成的系统简单实用。由于DS18B20按照工业设计要求设计,抗干扰性能强,但是温度测量范围从67C——125C,比较有限。因为我们只在常温下使用,经过综合比较,方案(三)是比较理想的,并且经济合理。第3章硬件设计3.1温度采集电路3.1.1DS18B20简介1.一般说明DS18B20是采用“1wire”一线总线传输数据的集成温度传感器,信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出,因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线。可采用外部电源供电,也可采用总线供电方式,此时,把VDD连接在一起作为数字电源。因为每一个DS18B20有唯一的系列号(siliconserialnumber)。

因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上,这允许在许多地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC环境控制,建筑物、设备或机械内的温度检测,以及过程监视和控制中的温度检测。2.特性(1)独特的单线接口,只需一个引脚即可通信(2)多点(multidrop)能力使分布式温度检测应用得以简化(3)不需要外部元器件(4)可用数据线供电(5)在1秒内(典型值)把温度变换为数字(6)图3.1DS18B20引脚排列用户可定义的,非易失性的温度告警设置(7)告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件(温度告警情况)3.引脚排列如图3.1。DS18B20的引脚说明如表3。

1:表3.1DS18B20的引脚说明引脚符号说明1GND地2DQ单线运用的数据输入/输出引脚漏极开路3VCC可选VDD引脚两种供电方式4.内部结构DS18B20内部结构如图3.2所示,主要由4部分组成:64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。器件从单线的通信线取得其电源,在信号线为高电平的时间周期内,把能量贮存在内部的电容器中,在单信号线为低电平的时间期内断开此电源,直到信号线变为高电平重新接上寄生(电容)电源为止。作为另一种可供选择的方法,DS18B20也可用外部5V电源供电。

图3.2DS18B20内部结构与DS18B20的通信经过一个单线接口。在单线接口情况下,在ROM操作未定建立之前不能使用存贮器和控制操作。主机必须首先提供五种ROM操作命令之一:(1)ReadROM(读ROM),(2)MatchROM(符合ROM),(3)SearchROM(搜索ROM),(4)SkipROM(跳过ROM),或(5)AlarmSearch(告警搜索)。这些命令对每一器件的64位激光ROM部分进行操作。如果在单线上有许多器件,那么可以挑选出一个特定的器件,并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM操作序列之后,可使用存贮器和控制操作,然后主机可以提供六种存贮器和控制操作命令之一。

一个控制操作命令指示DS18B20完成温度测量。该测量的结果将放入DS18B20的高速暂存(便笺式)存贮器(Scratchpadmemory)通过发出读暂存存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发TH和TL构成一个字节的EEPROM。如果不对DS18B20施加告警搜索命令,这些寄存器可用作通用用户存储器。使用存储器操作命令可以写TH和TL。对这些寄存器的读访问通过便笺存储器。所有数据均以最低有效位在前的方式被读写。DS18B20内部有一个64位的ROM区,其中前8位为该器件的序列号,接下来48是该器件的编号,每个器件都不一样,用于在一线总线上连接多传感器时进行对象识别,第8位是前56位的CRC校验码。

接下来是RAM区和EERAM区。RAM前五个字节分别为LSB、MSB、TH、TL和CONFIG值,分别表示温度测量值的低位字节、高位字节、温度高温低温报警和使用传感器分辨率设置位。EERAM分别用于TH和TL的数据保存。每次上电时,数据会自动从EERAM拷贝到TH和TL中。fonfrg值的数据格式如表3.2:表3.2fonfrg数据格式TM0R1R011111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,如表3.3所示:(DS18B20出厂时被设置为12位)表3.3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750ms5.供电方式DS18B20有两种供电方式。

第一种方法是寄生电源方式。当发生温度变换时,在I/O口提供一强的上拉电阻,如图3.3所示。图3.3寄生电源供电方式通过使用一个MOSFET把I/O线直接拉到电源可达到这一点。当使用该方式时VDD引脚连接到地。向DS18B20供电的另一种方法是通过使用连接到VDD引脚的外部电源,如图3.4所示。这种方法的优点是在I/O线上不要求强的上拉。总线上主机不需向上连接便在温度变换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其他数据在单线上传送。此外,在单线总线上可以放置任何数目的DS18B20,而且如果它们都使用外部电源,那么通过发出跳过(Skip)ROM命令和接着发出(Convert)T命令。

可以同时完成温度变换。需要注意的是,只要外部电源处于工作状态,GND引脚不可悬空。图3.4外部电源供电方式DS18B20具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用处理器I/O端口少等优点,应用方便灵活,在常温测量中有较大优势,与LonWorks现场总线结合应用前景更加广阔,如在工业过程、空调系统、智能楼宇等领域的温度测量会有广泛的应用。3.1.2DS18B20接口电路前面已经介绍过DS18B20有两种供电方式,寄生电源方式和通过使用连接到VDD引脚的外部电源。寄生电源方式需要接一个接近5K的上拉电阻。通过比较,本设计采用外部电源供电方式。3.2单片机控制电路3.2.1单片机简介以大规模集成电路为主组成的微型计算机。

简称为单片机,又称为嵌入式微控制器(Embeddedmicrocontroller)。它的诞生是计算机发展史上一个新的里程碑。1.单片机的发展单片机从诞生至今已经经历了4个发展阶段,分别是:第一阶段(1974-1976年):单片机初级阶段。因工艺限制,此阶段的单片机采用双片的形式而且功能比较简单。例如仙童公司生产的F8单片机,只包括了8位CPU,64个字节的RAM,和两个并行口,需要加一块具有1KBROM、定时器/计数器和两个并行口的3851芯片才能组成一台完整的计算机。第二阶段(1976-1978年):低性能单片机阶段。此阶段的单片机已成为一台完整的计算机,但内部资源不够丰富,以Intel公司生产的MCS48系列为代表,片内集成了8位CPU、8位定时器/计数器、RAM和ROM等,但无串行口,中断系统也比较简单,片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。

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