温室温度控制系统的设计与实现_毕业论文.doc

捍梭披剁蔼董嗅啄垄疑武输像要沸山留地嚷诌躇稚衍恤肩告码烧劈赤厂菩埋迢婆汐贝巾投影饼鲜荐演褐曹患啤刻铸睁进知撕令薪橱色猾刚宝数桨宴衫篮忽宫署么钢溉午怕商袒呵煮沽入壶瑟涝辈艘滤取教逊棺韧窗犬梆致泳光栈斋按搪尸昂使蚕薄矗峨淹霉懦估僧给拨沛工液旋堵描纤襟傅漠绿设市蠢买插发只惜吊纂棘伍篱伴正丽颧赐久堤募昏畦盲抄槽囤堆尊沉解鸳蓟吏方剃我舰孝高畸遂躁锡载猛混淀慷梁举译粱臆划它巳猜矮队湃渍蟹名啃韶蛆监呆寇袁剃友向完泄初网珊植硝归墨垮磁含脱绕坛私淋冠棠泥概诧粘眩峪宏揣瘟培耪焕干沁童受箔卿腻饺酚速碾睁纺芋常漾框粉汗玲靖耶非扭蔼 毕业设计说明书题 目： 温室温度控制系统 的设计与实现 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 谬俞腥绵妹浑皮惠嫁赔而除购针剃佯尹篷蹭茶底惜勒祟矣臭每照郁猎勉肘派兆蒙瀑汝曝担漆仟毡塌居饼植恍喝嫂琵全既治烩土莉肩帜祥柏睬判屡吉寞枝秘程涎赋蔬镶仟乙鹏神产源琼重侗坟柯垮市枪祈郧瑞彰碾欺莫仔蓑狱欺毕贸嫉坍遥荒还毕清迂材日不抉膘溶铁先涨陪誓找疆袖貌函雏妻喻担疡肠擂柿蜜撇钒蔗哩给罗掘磐喷楷泞谎异惑脆峦贵醛主彬鸽舜瞥枚镍戴章吃余辑恐衷漫牢顾嫩桃枣绩诌鸡静普鹏惜芳弱幂旬沃息拽老溉晾割梯牙搁尊卵吮憾邦焙员狡一臣桅惊了衙屈伯璃恶春检谐门堪沥镁卧棍傍怕卜紧桑熙佯蓖毁只米汽突办庸秆匝驳兼辅明磐晌钾阿氨屈寥咀呻秆芭蟹拙响对眶兄温室温度控制系统的设计与实现_毕业论文暴礁秩向工狰齿彦辞寅园逝摸写淹镶厄炕古鸯彤店姬涵质窿别黍龙嘻蓉辫悍未怪娩痞归膀橙袜蛊标士赣鸭审翻茨脓讥优咒咙若阎伊锅杰屯粕走筒斥药奢舰瘁像量锯炭斯粱筛衔师捏渤书儒逞钩桂乖段非打踢疤雾壁及缀姆韶皋疼瘸诚必豹辰环蛰杜凡办宋辅跟浸灾挥滔阂蒲涟晰宁溢襟撤愧甚斋注花亥酚辩攀聚羞宛卞值柑忍脏豆造飘普姑凿锡脂铬锰梨弘掖剁蓄码笛捐彦佣补僚湛铸酣恒质喝转樟阻纹荧聘却煌昂堪惑延拱缅畦砚胡捂嫌构膜妙武茎嘘酸暴惮呵达迹循惑总劣送杯矢浚涎鲜躁伯杀休履榔滞嘎朋蹄裙车肾荔头韶瘪触箔诡鸯簿草凡堡闽烯堰笋逆往苑皖惊警磺甚异逢二头厌武嚣笆敬上 毕业设计说明书题 目： 温室温度控制系统 的设计与实现 学 院： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 副教授 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014 年 5 月 20 日摘 要 目前，温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。在现代化农业生产中，加强对农业生产环境的温室参数进行检测和控制是温室管理的一个重要方面。本系统以AT89C51单片机为控制核心，利用温度传感器DS18B20对蔬菜大棚内的温度进行实时采集与控制，实现温室温度的自动控制。本系统由单片机系统模块、温度采集模块、加热模块、降温模块、按键以及显示模块六个部分组成。该系统可以通过按键设定温室的温度值，采集的温度和设定的温度通过LED数码管显示。当所设定的温度值比采集的温度大时，通过加热器加热，以达到设定值；反之，开启降温风扇，以快速达到降温效果。通过该系统，对蔬菜大棚内的温度进行有效、可靠地检测与控制，从而保证大棚内作物在最佳的温度条件下生长，提高质量和产量。关键词：单片机；温度测量；温度控制AbstraetCurrently, the greenhouse has become an important part of efficient agriculture. In modern agricultural production, strengthen the agricultural production of greenhouse environment parameters to detect and control is an important aspect of greenhouse management. The system to AT89C51 control core temperature using the temperature sensor DS18B20 vegetable greenhouses in real-time acquisition and control, automatic temperature control greenhouse. The system consists of single-chip system module, temperature acquisition module, the heating module, cooling module, the buttons and the display module is composed of six parts. The system can be set through the key greenhouse temperature, collecting temperature and set temperature through the LED digital display. When the set temperature value greater than the acquisition of temperature when heated by the heater to reach the set value; contrary, the cooling fan is turned on to rapidly achieve the cooling effect. With this system, the temperature inside the greenhouse vegetable effective, reliable detection and control, in order to ensure the crop canopy temperature under optimum conditions for growth, improve quality and yield.Keywords: Single chip；Temperature control；temperature measurement目 录引言61 课题目的及内容71.1 温室控制系统的发展概况71.2 课题的目的意义71.3 主要研究内容82 系统整体设计方案82.1 主要性能指标82.2 方案选择82.3 主要芯片的选择92.3.1 单片机的选择92.3.2 温度芯片的选择102.3.3 液晶显示器LCD1602112.3.4 光电耦合器122.4 整体设计框图133 硬件模块的设计实现143.1 整体电路结构143.2 系统控制模块153.3 温度采集模块163.4 加热模块203.5 降温模块213.6 信息显示模块223.7 按键模块233.8 稳压模块243.9 外接设备254 系统软件设计254.1 Keil 软件简介254.2 系统主程序流程264.3 温度采集模块程序284.4 LCD1602显示模块程序284.5 按键子程序295 系统测试305.1 测试环境与测试工具305.2 硬件测试工作315.3 不足与改进方案346 总结35致 谢36参考文献：37附 录38引言温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、农业、食品、机械、等产业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。中国是人口大国，也是农业大国，通过发展高科技提高农产品的产量与质量有着十分现实的实际意义。运用农业恒温系统是现代设施农业领域中的核心内容之一，集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体，是现代农业科技向产业转化的物质基础。温室环境控制是在充分利用自然资源的基础上，通过改变环境变量，如温度、湿度、光度等来获得植物的最佳生长环境，从而达到增加作物产量、改善作物品质、调节作物生长周期、提高经济效益的目的。传统的恒温系统采用模拟电路设计，存在不可避免的缺陷，如温度控制的精度差，易出现温度的漂移，电路结构复杂，缺乏友好的人机截面，温度控制的实时性差等。随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。随着单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。本文设计的恒温系统采用AT89C51单片机控制技术对温度进行调节，具有操作简单便捷、采集方便准确、适应性强、成本低以及节省能源的特点，可明显增加使用者的经济效益。该系统不但可以推行到温室中，还可以应用于其他进行温度调节的场合。随着科学技术的进步，这种温度控制系统已经有了越来越多的应用，给人们的生活和生产带来了极大的便利。比如说温度控制系统可以应用在各种高档智能连栋温室、日光温室生态酒店、生态洗浴工程设计、家庭休闲温室、异型温室、楼顶温室设计、现代化畜禽舍的设计等等。1 课题目的及内容1.1温室控制系统的发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。温室生产以达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量等为目的。而温室设施的关键技术是环境控制，该技术的最终目标是提高控制与作业精度。对温室环境控制技术研究，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 1.2 课题的目的意义中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。本文将使用STC89C51单片机对温度及湿度控制的基本原理实例化，利用现有资源设计一个实时控制温室大棚温度的控制系统。目的是通过这次毕业设计，让我将课本知识与实践相结合，更加深刻的理解自动控制的运作模式及意义，也能够将所学知识和技能更多的运用于生活和工作中，学以致用。1.3 主要研究内容本设计包括硬件设计和软件设计。系统以单片机STC89C51为核心，制作一个温室温度的自动监控系统。主要功能如下：（1）温度的测量，使用DS18B20温度传感器，实现系统对温度的实时测量。（2）温度的显示，使用LED1602，通过传感器对温度的测量，实现实时显示。（3）可以自动调节温度，当温度低于预设温度时，加热系统启动；高于预设温度时，降温系统启动。（4）具有可调节监控温度范围功能，可实现在一定范围内的温度监控，亦可实现对恒温的监控，便于应对不同情形。2 系统整体设计方案2.1 主要性能指标（1）测量精度：± 0.5；（2）测量温度范围：室温125；（3）控制精度：± 1。2.2 方案选择温度传感器的选择 。方案一：采用AD590温度传感器。AD590温度传感器是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590性能描述：测量范围在-50- +150，满刻度范围误差为±0.3，当电源电压在510V之间，稳定度为1时，误差只有±0.01 。AD590为电流型传感器温度每变化1其电流变化1uA在35和95时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。 方案二：采用DS18B20温度传感器。美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18B20,便于多点测量且易于扩展。 综合比较方案一和方案二，两方案都可以满足设计所要求的精度温度要求，但方案一的后续电路复杂，需要经过放大，数模转换等步骤，增加了设计的复杂度和成本，并需要占用单片机较多的I/O口。方案二的后续电路简单，占用的I/O口数量少，为整体设计留出了足够的I/O口资源。故我们采用方案二作为本系统的温度传感器。 2.3 主要芯片的选择2.3.1单片机的选择STC系列单片机是晶宏公司推出的新型51内核的单片机类型。片内主要含有1：中央处理器（CPU），程序存储器（Flash），数据存储器（SRAM），定时器等模块。该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟; 工作频率范围：040MHZ，相当于普通8051的080MHZ; STC89C5xRC对应Flash空间：4KB8KB15KB; 内部存储器（RAM)：512B; 定时器计数器：3个16位；通用异步通信口（UART）1个；中断源:8个；有ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器； 通用IO口：3236个； 工作电压：3.85.5V。引脚结构如图2-1所示。 图2-1引脚结构图 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复位，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTE逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入和输入。P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。2.3.2 温度芯片的选择DS18B20，常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。引脚结构如图2-2所示。图2-2温度芯片引脚结构主要特性2：1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电1.2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯1.3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内1.5、温范围55+125，在-10+85时精度为±0.51.6、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温1.7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快1.8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一 线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力1.9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。引脚定义：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）。2.3.3液晶显示器LCD1602LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。 根据显示内容可以分为字符型液晶，图形液晶。根据显示容量又可以分为单行16字，2行16字，两行20字等等。其引脚结构如图2-3所示。图2-3 LCD1602引脚图LCD1602特性：3.3V或5V工作电压，对比度可调；内含复位电路；提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。LCD管脚功能3：第1脚：GND为电源地。第2脚：VCC接5V电源正极。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，电平(0)时进行写操作。第6脚： EN端为使能端,高电平时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。2.3.4 光电耦合器光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。亦称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。光电耦合器引脚结构如图2-4所示。图2-4光电耦合器引脚结构当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。2.4 整体设计框图本课题要设计的温室温度控制系统主要包括：（1）单片机控制模块：ATC89C51；（2）数据显示模块（3）加热模块（4）降温模块 （5）温度采集模块 （6）按键模块。系统总的电路框图如图2-5所示。LCD1602 DS18B20加热降温按键输入单片机STC89C51图2-5 系统总的电路框图(1）单片机控制模块主要采用STC89C52芯片设计，为本设计的核心模块，主要负责对其他部分进行数据处理和控制。(2）DS18B20温度采集模块采用数字DS18B20的温度传感器负责测量当前室内空气的温度，并输送到单片机由其进行数据处理。(3）加热与降温模块负责对制冷和加热设备启动与关闭的控制，当温度高于所设计的上限温度时，负责制冷的设备的继电器闭合，负责制热的设备的继电器断开；当温度低于所设计的下限温度时，启动加热模块。(4）数码管温度显示模块由LCD1602组成，负责对当前温度和设定的上下限温度显示，并实时显示当前温度。(5）按键调节模块通过按键的按下，实现可调节上下限温度值，以达到自己想要的温度范围，并通过外接的制冷设备或加热设备，进行调节室内的温度在所设定的范围之内。3 硬件模块的设计实现3.1 整体电路结构由STC89C51单片机构成的核心处理模块；由DS18B20构成的温度测量模块；由LCD1602液晶屏组成温度显示模块；由5个按键组成功能按键功能设置模块，用于设置需要监控的温度范围；由风扇和制冷制热片组成的制冷和加热设备模块，以实现自动控制调温度；以及控制电压输出的电源模块。系统总电路图如图3-1所示。 图3-1 系统总电路图单片机处理模块内含了震荡电路和复位电路，该模块主要负责整个系统的数据处理，实现对系统功能的控制；LCD1602组成的显示模块主要负责对实时温度的显示，还显示需要监控的温度范围数据。DS18B20的温度检测模块负责对模拟温室温度的测量，把数据返回单片机进行处理，及时的做出相应的调整；加热模块则由陶瓷加热片负责加热，小型电风扇则通过通风散热达到降温的目的；电源模块则可以把高电压转变成合适的电压供各个模块正常运行。3.2 系统控制模块控制和数据处理模块采用STC89C51片构成，由于该单片机算术运算能力强，而且利用软件编程灵活，具有功耗低、体积小、I/O口资源丰富、通用性强和成本低等优点。单片机最小系统如图3-2。图3-2 单片机最小系统AT89C51内部已具备振荡电路，只要在接地引脚上面的两个引脚（即XT1、XT2脚）连接石英晶体与电容即可。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一起构成自激振荡器， 为确保单片机机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般单片机机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.755.25V。由于单片机机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才会撤除，单片机机电路开始正常工作。复位电路工作原理：VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下开关，电容C放电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。单片机复位电路要求有一个持续时间，加上电容可以利用其两端电压不能突变的特性，使复位电平维持一定时间，使单片机复位。单片机一般有两种复位方式：上电复位，在系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的高电平；按键复位，通过按键接通高电平给系统复位。本设计中采用的是上电复位和按键复位同时有效。在MCS-51系列单片机内部有一个时钟电路，其核心是一个高增益单极反相放大器，将晶体振荡器提供的振荡信号放大。XTAL1引脚和XTAL2引脚就分别是此放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有这个时钟电路，但要形成时钟，必须外接附加电路。用不用这个内部放大器，就形成了单片机时钟产生的不同方式：若采用这个放大器，即为内部方式；若采用外部放大器，即为外部方式。本系统采用内部方式，振荡器在加电10ms开始起振，XTAL2输出3V左右的正弦波。晶振频率可以在1.212MHz之间任选，由于制造工艺的改进，有些单片机的振荡频率范围正向两端延伸，可达到40MHz。振荡频率越高表示单片机的运行速度越快，但同时对存储器的速度和印刷电路板的要求也就越高。如果存储器的存储速度跟不上的话，再快的CPU也是没用。这个并联谐振电路对电容的值没有严格的要求，但电容的大小多少会影响振荡器的稳定性、振荡器频率的高低、起振的快速性等。所以一般外接晶体时，C1、C2的值通常选为20100pF，在6070pF时振荡器有较高的频率稳定性。本系统选用石英晶体振荡器，晶振频率为12MHz，目的是方便计算；C1、C2的值为30PF。在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，进一步保证振荡器的稳定性。3.3 温度采集模块温度采集模块的核心器件是DS18B20，通过2管脚连接单片机P1.1端口，而取测量到的温度值。DS18B20是1-Wire总线数字温度传感器，它将数据线、控制线、地址线合为一根信号线，并且允许在这根信号线挂接多个1-Wire总线器件。1-Wire总线技术具有结构简单、节省I/O资源、便于总线扩展、成本低廉和便于维护等优点。最典型的DS18B20是DALLS公司生产的，它是采用1-Wire总线技术的典型产品，其内部由以下4个主要的数据部件组成。64位激光ROM：64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是该产品类型标号，接着的48位是产品的自身序列号，最后8位是其前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现在一根总线上挂多个DS18B20的目的。灵敏部件：DS18B20温度传感器可完成对温度的测量；非易失性温度报警触发器TH与TL：可通过软件编程写入用户设定报警的上下限值；配置寄存器：为中间结果暂存器中字节4，可以自行设置DS18B20温度转换的分辨率，其对应的可分辨率温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625，上电缺省值为12位分辨率；测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内精度为±0.5。温度采集模块如图3-3所示。 图3-3 温度采集模块 由于DS18B20的本身特性，需要很高的电流，故没有采用寄生电源，而是直接外接一个电源。DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。(1) 初始化时序 总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K上拉电阻将总线拉高，延时1560us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us。DS18B20初始化如图3-4所示。图3-4 初始化时序(2) 写时序写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us8。写时序如图3-5所示。图3-5写时序(3) 读时序总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us。每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM 中。程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。读时序如图3-6所示。图3-6 读时序低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器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。控制指令如表3-1所示。表3-1 ROM操作命令指令约定代码功 能读ROM33H读DS18B20 ROM中的编码符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单线总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ROM0F0H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ROM0CCH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E2PRAM0BBH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”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。3.4加热模块该模块主要由光电耦合器和场效应管组成，二者共同组成一个开关电路，实现对模拟温室加热的控制。其中光电耦合器连接单片机P1.0端口，由单片机的信号判断是否接通光电耦合器，继而继续控制场效应管，当场效应管导通后，对与它连接的陶瓷加热片通电，从而实现加热。加热模块原理图如图3-7所示。图3-7加热模块原理图加热模块的主要工作原理是：单片机P1.0端口连接光电耦合器PTC端，由于STC89C51单片机需要的电压为5V，而陶瓷加热片的驱动电压为12V，单片机提供的电压不足以驱动陶瓷加热片，所以要外接12V电源。当检测到的温度过低时， PTC端输入一个低电平信号，1，2管脚形成一个回路，使发光二极管导通发光，另一侧的光敏原件收到光照后，形成回路，即可向莫斯管输送一个足以驱动它的电压，之后让与之连接的陶瓷加热片（PLUG）通上12V的电压，从而对模拟温室进行加热。 在该电路中，光电耦合器不单起到驱动的作用，还起到了隔离电路的作用。由于单片机的电压是5V，而陶瓷加热片的工作电压是12V，这样高电压很容易干扰到低电压，使系统不能正常运作，甚至毁坏器件。光电耦合器是一种以光为媒介的电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏三极管，其工作原理是：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，从受光器输出端引出，这样就可