温室恒温控制系统C51电子系统设计.docx
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温室恒温控制系统C51电子系统设计
电子系统设计与实践
实验报告
实验名称:
实验28:
温室恒温控制系统
班 级:
电气95
姓 名:
陈 硕09041110
宇文熹09041127
一、目的及任务:
1.通过查阅相关资料,深入了解恒温控制系统的工作原理;
2.学习有关电力技术知识;
3.掌握可视化操作界面设计;
4.设计温室恒温控制系统的原理图,构建硬件平台;
5.制作出样机并测试达到功能和技术指标要求。
6.学出设计报告和答辩PPT。
二、具体工作内容:
技术要求:
1.恒温范围20摄氏度,误差正负一度,调节时间5分钟;
2.测量精度0.5度,最多可达到4位有效数字;
3.通过继电器和小灯泡,小风扇的配合,当温度低于预定界限时。
便启动加热装置(用小灯泡模拟),温度升高到预定范围内时,停止加热装置;当温度高于预定界限时,便启动降温装置(用小风扇模拟),温度降低到预定范围后,便停止降温装置;
4.实时显示被测点温度和地点;
5.操作简单,界面友好。
工作要求:
1.组建基于单片机的温室恒温控制系统的总体结构框图;
2.根据设计测量范围和准确度要求,通过理论分析制定显示界面;
3.根据操作功能要求,确定控制功能;
4.按设计要求确定显示位数,指定类型;
5.编写应用程序并测试通过;
6.对系统进行测试和结果分析;
7.撰写设计报告和答辩PPT。
三、系统构架:
本实验利用8位LED管,温度传感器DS18B20,键盘显示控制器7289A,单片机89C52RC实现系统功能。
由2片集成的DS18B20实时采集对应地点温度,并显示在8位LED组成的显示屏上,并显示对应的报警上限温度max,报警下限温度min,风扇开启温度fan,以及灯泡开启温度bulb。
同时,由7289读取键值,向系统输入片选信号,切换显示温度与显示参数模式,并可在选定一个通道后,由键盘读取对应于数字0-9的键值,任意修改参数。
检测到温度超出报警上限温度或者低于报警下限温度时,通报声音报警信号警示温度超限;检测到温度高于风扇开启温度时,开启风扇降温;低于灯泡开启温度时,开启灯泡升温。
藉此动态反馈机制,实现温度的追踪显示和自动调整,以保证温度在理想范围内,实现恒温系统。
该系统的参数可自行调节,具有更大的自由度,并且修改参数后经过少量延时即可刷新警报信号和电扇,灯泡的状态,使监控实时性较为理想。
四.硬件描述:
1.温度传感器DS18B20
由美国DALLAS半导体公司生产的DSl8B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中,例如多路温度测控仪、中央空调、大型冷库、恒温装置等。
DSl8B20的电源电压范围均扩展到+3~+5.5V,DSl8B20还能对温度分辨力进行编程,选择9位~12位模式下工作,在12位模式下的最高分辨力可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出,其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生,多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上,CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。
综上,在本系统中采用温度芯片DS18B20测量温度。
该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,且此元件线形较好。
在0—100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。
该芯片直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。
DS18B20的性能特点:
(1).单线结构,只需一根信号线和CPU相连。
(2).不需要外部元件,直接输出串行数据。
(3).可不需要外部电源,直接通过信号线供电,电源电压范围为3.3V~5V。
(4).测温精度高,测温范围为:
一55℃~+125℃,在-10℃~+85℃范围内,精度为±O.5℃。
(5).测温分辨率高,当选用12位转换位数时,温度分辨率可达0.0625℃。
(6).数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制:
9位精度的转换时间为93.75ms:
10位精度的转换时间187.5ms:
12位精度的转换时间750ms。
(7).具有非易失性上、下限报警设定的功能,用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。
(8).可通过报警搜索命令识别哪片DS18820采集的温度超越上、下限。
DS18B20引脚图
DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式,如图1所示。
:
各脚功能描述如下:
DQ:
数字信号输入/输出端。
GND:
电源地端。
VDD:
外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)
DS18B20内部结构简要介绍:
DS18820的内部结构如图3所示:
主要有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。
1.64位光刻ROM是生产厂家给每一个出厂的DS18820命名的产品序列号,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2所示。
其中,S为符号位,S=1,表示温度为负值;S=0,表示温度为正值。
例如+125℃的数字输出为07D0H,-55℃的数字输出为FC90H。
一些温度值对应的数字输出如图4所示。
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作出响应。
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,其含意如图5所示。
开始两个字节为被测温度的数字量,其含义如图2所示。
第3、4、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、转换时间等,含义如图6所示。
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和51单片机的接口电路及程序设计
DS18B20和单片机AT89C2051的接口电路如处图所示
用单片机AT89C2051的P1.7口线经上拉后接至DS18820的引脚2数据端,引脚1接电源地端,引脚3接+5V电源端。
DSl8B20型单线智能温度传感器典型的测温误差在0~70℃范围内,DSl8B20的上、下限测温误差分别为+0.5℃、-0.5℃,而典型产品的误差仅为±0.25℃。
DS18B20读温度流程:
(1).总线上只有一个器件
复位 发CCHSIPROM命令 发44H开始转换 延时 复位 发CCHSIPROM命令 发读存储器命令 连续读出两个字节数据(温度) 结束
(2)总线上挂有多个器件
复位 发55HMATCHROM命令 发64位地址 发44H开始转换
延时 复位 发55HMATCHROM命令 发64位地址
发0BE读存储器命令 连续读出两个字节数据(温度)
复位 结束
(3)测温电路图
图4 测温电路图
分析:
如图4所示。
本系统多路次采集温度值,故使用两个DS18B20,分别与单片机的P1.4和P1.5管脚相连。
采用集中外部供电的方式。
采集获得的信息由P1.4和P1.5管脚送入单片机。
2.7289工作电路:
7289A是具有SPI串行接口功能、可同时驱动8位共阴式数码管智能显示驱动芯片该芯片同时可连接多达64键键盘矩阵。
单块芯片即可完成LED显示以及键盘接口全部功能7289A内部含有译码器,可直接接收BCD码或16进制码,并同时具有2种译码方式,此外还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等,通过7289A自身所具有片选信号,可以方便地实现多于8位显示或多于64键键盘接口。
7289A特性:
(1).带有串行接口,无需外围元件即可直接驱动LED;
(2).各位可独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性;
(3).具有(循环)左移/(循环)右移指令;
(4).具有段寻址指令,可方便地控制独立LED显示器;
(5).内含64键键盘控制器以及去抖动电路;
引脚功能说明:
●VDD(12) +5v电源
●NC(35)不连接,必须悬空
●VSS(4)接地
●CS(6)片选输入。
此脚为低电平时,可向芯片发送指令及读取键盘数据
●CLK(7)同步时钟输入端。
向芯片发送数据及读取键盘数据时,此引脚电平上升沿表示数据有效
●DATA(8)串行数据输入/输出端。
当芯片接收指令时,此引脚为输入端;当读取键盘数据时,此引脚在读指令最后一个时钟下降沿变为输出端。
●KEY(9)按键有效输出端。
平时为高电平,当检测到有效按键时,此引脚变为低电平
●SG~SA(10~16)段ga驱动输出
●DP(17)小数点驱动输出
●DIG0~DIG7(18~25)数字0~7驱动输出
●Osc2(26)振荡输出端
●Osc1(27)振荡器连接端
●RESET(28)复位端。
低电平有效,当RESET端由低电平变为高电平后,7289A大约经过18~25ms时间才会进入正常工作状态
7289控制指令:
下载数据但不译码
第一字节(90H-97H)
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
0
0
1
0
a2
a1
a0
第二字节(段码,不同字符,段码不同)
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
DP
A
B
C
D
E
F
G
其中,a2,a1,a0为为位地址,A~G和DP为显示数据,分别对应7段LED数码管的各段.当相应的数据位”1”时,该段亮,否则不亮。
闪烁控制
第一字节(88H)
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
0
0
0
1
0
0
0
第二字节(与闪烁的位置,位数相关)
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- 关 键 词:
- 温室 恒温 控制系统 C51 电子 系统 设计