恒温育苗箱C程序

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年月日

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年月日

洛阳理工学院毕业设计（论文）

基于单片机的恒温育苗箱设计

摘要

温度在农作物生长的过程当中至关重要，良好的温度控制有利于农作物幼苗

的萌发和生长，可以说温度直接影响着幼苗生长发育的好坏。以STC89C51单片

机为核心设计的恒温箱育苗控制系统，由硬件和软件两大部分构成，硬件方面包

括：单片机的最小系统，数码管显示，光敏电阻白昼判断，温度传感器，按键，

响铃报警的设计;软件方面包括：显示模块程序，温度转换程序，功能切换程序，

以及温度报警程序设计，进行软件的编写将软件硬件结合，使之实现各功能状态

和实时温度在数码管上的显示，当实时温度低于目标温度下限和实时温度高于目

标温上限值后立刻报警，使其可以直接硬件操作实现目标温度的设定。从实用性，

易操作性，经济性三方面考虑，选取DS18B20实时温度采集，单片机STC89c51

为核心控制，显示输出到数码管，通过实时温度的检测和设定的目标温度对比，

实现恒温功能。

关键词：STC89c51单片机，温度采集，功能切换，显示，响铃警报

洛阳理工学院毕业设计（论文）

TheDesignofIncubatorforGrowingSeedlingsBasedon

Single-ChipMicrocomputer

SUMMARY

Temperatureisveryimportantintheprocessofcropgrowth.Suitabletemperature

controlisconducivetothegerminationandgrowthofcropnursery.Itcanbesaidthat

temperaturedirectlyaffectsthegrowthprocessofseedlings.AT89C51microcontroller

asthecoredesignoftheincubatornurserycontrolsystem,composedofhardwareand

software,thetwomajorpartsofthehardwareinclude:single-chipmicrocomputer

system,digitaldisplay,senseofdayornightbyLDR,temperaturesensor,button,and

bellalarmdesign,software,including:displaymoduleprogram,temperatureconversion

program,functionswitchingprogram,andtemperaturealarmprogramdesign,the

softwarewillbethesoftwarehardwarecombination,sothattherealizationofthe

functionalstatusandreal-timetemperatureonthedigitaltubedisplay,Whenthe

real-timetemperatureislowerthanthetargettemperaturelowerlimitandreal-time

temperatureishigherthanthetargettemperaturelimitimmediatelyafterthealarm,so

thatitcanbedirectlyhardwareoperationtoachievethetargettemperaturesettings.

Fromthepractical,easytooperate,theeconomyofthreeconsiderations,selectthe

DS18B20real-timetemperatureacquisition,single-chipSTC89C51asthecorecontrol,

displayoutputtothedigitaltube,throughthetemperaturedetectionandsetthetarget

temperaturecomparison,toachieveconstanttemperaturefunction.

KEYWORDS:STC89C51microcontroller,temperatureacquisition,functionswitching,

display,ringalarm

in

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目录

前言.....................................................1

第1章恒温育苗箱的系统简述................................3

1.1恒温育苗箱系统的主要功能............................3

1.2系统需达到的技术要求................................4

1.3恒温育苗箱的工作流程................................4

1.4恒温箱育苗箱的运作过程..............................4

第2章恒温育苗箱系统硬件设计..............................7

2.1STC单片机最小系统..................................7

2.1.1STC89C51各引脚功能说明........................7

2.1.2晶振电路与复位电路的设计.......................8

2.2功能模块设计........................................9

2.2.1报警模块的设计.................................9

2.2.2显示模块设计..................................10

2.2.3键盘电路的设计................................12

2.2.4感光模块......................................13

2.2.5补光模块......................................14

2.2.6加热模块......................................14

2.2.7温度采集模块..................................15

第3章恒温育苗箱的软件设计...............................20

3.1工作流程.........................................20

3.2程序模块..........................................20

3.2.1主程序........................................20

3.2.2中断服务程序流逑..............................21

3.2.3DS18B20的温度采集程序.......................21

3.2.4加热补光和报警的驱动程序......................27

3.2.5显示模块的程序................................29

3.2.6键盘扫描处理程序..............................31

第4章育苗箱的软/硬件调试................................34

4.1硬件调试...........................................34

4.2.1硬件调试中遇到的问题..........................34

4.2.2硬件调试结果..................................34

4.1软件调试...........................................34

4.1.1软件调试结果..................................35

4.1.2软件调试中遇到的问题..........................37

4.3实物效果演示.......................................37

IV

洛阳理工学院毕业设计（论文）

结

论38

-

谢

辞40

~

参

文

考献41

附

录

一42

V

洛阳理工学院毕业设计（论文）

*f—1—

刖R

时代发展，人类文明进步，科学技术随之而生，科学技术日新月异，其带来

的改变在人们日常的工作以及生活中随处可见。微型处理器的发展势头更是迅猛,

为了满足生产及其发展需求，超大规模集成电路技术应运而生。其中单片机的应

用更是渗透到各个方面。它的小体积、高性价比、高功能性等一些特点，使得被

应用到智能处理、电器电子、仪表检测、工业自动化、节能减排、武器装备、通

信等众多领域。产品的精巧特性，大大简化了设计，提升了性能，节省成本，技

术的优越性可见一斑。与此同时，它也得到不断地完善和发展。单片机能够取代

先前复杂数字线路或电子电路构成的控制系统，可用软件控制实现，有微处理器

没有的功能，可以独立完成现在工业需求的独立能化控制功能。因此，现在其控

制范畴内无所不在。

温度、光、水、营养物质，作为农作物四大不可或缺的生长因素。其中温度

和光照作为物理因素更容易实现人为控制。对温度的控制，提供足够的光照是这

次设计育苗箱的目的。STC89C51单片机作为育苗箱系统的控制核心，使用

DS18B20温度传感器可以实时检测育苗箱内的温度高低，能够实现控温，补光的

功能。通过这次恒温育苗箱系统的设计，使我增强了对单片机控制系统的认识，

也能够检测自己对专业知识的掌握情况。让我将平时所学的知识运用到实践当中

去。通过人为控制改变外界因素，能够给农作物幼苗一个良好的培育环境。使处

于相对不利的气候条件下的幼苗也能够培育，对于农作物的生长环节有重要的意

义工

本次课题研究的内容包括光照感应、温度采集、温度显示、和温度控制。系

统使用模块化思想设计恒温育苗箱，温度可实现调节，其调节范围在0~99℃之间。

设置好目标温度后，跟采集到实时温度对比，进而实现温控功能。在显示模式中，

可以实现实时温度，目标温度，加热器和补光灯的状态，不同的状态通过一定的

时间间隔反复显示。

论文章节编排内容如下：

前言：简介单片机的发展现状，简述育苗箱的研究意义，概括课题内容。

第一章：育苗箱功能模块的简述及其相关知识的介绍，明确设计目标。

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第二章：恒温育苗箱硬件部分的设计，详细描述各组成电路原件选择以及相

关单元的设计。

第三章：恒温育苗箱的软件功能分析及其设计，编写有关程序。

第四章：软件和硬件的有关调试。

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第1章恒温育苗箱的系统简述

1.1恒温育苗箱系统的主要功能

1.基于STC89C51单片机设计的恒温育苗箱系统系，功能实现提供适宜的温度

和光照，系统包括功能切换，温度采集，超温报警和未设目标温度报警显示温度,

其中功能切换包括：显示模式、设置温度模式、设置补光工作模式。显示模式包

括：实时温度，目标温度，加热和补光的工作状态。设置温度模式即只有设置目

标温度。补光工作模式包括：手动模式和自动模式。

2.育苗箱的主要功能模块如图所示。

S

K

8

9

C

5

1扑九僧地

债

”

机

报警情境

图1-1模块功能

3.本系统采用功能分模块化的思想设计的恒温育苗箱系统，能够满足低温天气

下的育苗的需求，同时也能够提供适宜的光照补充，让农作物幼苗能实现良好的

光合作用，系统默认温度为0℃,此时不满足预设的目标温度，蜂鸣器会报警。调

到设置温度模式，设置好目标温度时，当箱内温度不满足设置的温度下限时，加

热器工作，工作显示灯亮，当超过预设温度上限时加热器停止工作，报警器响。

设定目标温度后，实时温度会和预设的温度比较，从而决定加热器是否工作，当

3

洛阳理工学院毕业设计（论文）

实时温度在预设温度的范围内，加热器不工作。当实时高于预设温度的上限加热

器停止工作实现自然降温，当实时温度低于预设温度的下限就开启加热设备。补

光灯默认的工作模式为自动工作模式，当光照不足时，可以采用手动模式为幼苗

实现补充光照，当在补光灯工作状态时，补光灯的工作的显示灯亮⑵。

4.通过按键可以实现各种功能的切换，在数码管上能够显示各个当前功能，实

时温度，目标温度加热器工作状态和补光灯工作状态的显示。单片机作为内核是

整个恒温育苗箱的核心，使之实现上述的功能。

1.2系统需达到的技术要求

1.准确地实现温度转换，同时温度显示精确到0.1℃。

2.育苗箱的温度可以直接通过键盘按键实现增设置目标温度，精度为

3.恒温箱系统由电热丝作为加热源。

4.数码管能显示出各种功能状态和相应的温度。

5.育苗箱可以根据外围的光照强度决定是否进行补光照明。

1.3恒温育苗箱的工作流程

恒温箱的工作目的就在于实现温度和光照的控制来满足恒温育苗的需求。为

实现功能，温度传感器将会采集箱子内的实时温度和预设的目标温度进行比较。

在温度未达到设定标准时，加热器不会工作。通过传感器采集来的温度，与上电

后设定的目标温度进行比对，低于设定的目标温度的下限温度时，加热器工作加

热，当高于设定的目标温度时，蜂鸣器报警，加热器停止加热。数码管能够显示

出各项功能状态。光敏电阻能根据光照强度决定是否通过继电器驱动补光灯提供

光照。

1.4恒温箱育苗箱的运作过程

1.单片机复位上电，初始状态，加热器的显示灯和补光灯的显示灯处于熄灭的

状态，只有外围设备真正开始工作时指示灯才会显示其工作状态。操作功能切换

键，切换到设置温度模式，调节到适宜的目标温度后育苗箱真正开始进入工作状

态。然后再操作功能切换键，切换到不同的模式下，可以实现不同状态的功能显

4

洛阳理工学院毕业设计（论文）

示，进而可以根据所需了解的情况进行查询，如：实时温度，目标温度，灯的开

关状态，加热器的工作状态，功能显示模式状态。总的模式切换键操作完之后，

进入分功能状态时，可以操作子功能切换键，实现不同功能的显示。这样的设计

理念即实现了也实现了不同功能的切换也实现了硬件资源的节约。

2.DS18B20温度传感器采集箱子内的实时温度，通过和预设的目标温度进行

比较，将比较之后的结果来判定加热器是否进入工作状态。

3.在黑夜的情况下，补光灯进入工作状态，白天时自动断开，不实现补光功能,

假若，处于阴暗的阴雨天气，外界光照不足是，可以进行手动模式的控制，来为

农作物的幼苗实现补光，促使农作物的光合作用。

言而简之，本设计实现了满足育苗的两大要素的满足，温度和光照，利用

STC89C51单片机以及外围接口实现的温度和补光控制系统设计的育苗箱，该恒温

育苗箱，简易的设计理念，降低了制作成本，简化其中的电路结构，将其制作成

实用的设计。

5

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具体流程如图1-2所示。

N

图1・2系统的工作流程

6

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第2章恒温育苗箱系统硬件设计

恒温育苗箱系统的构成：(l)STC89c52单片机最小系统⑵外围信息采集系统⑶

功能模式切换系统(4)温度控制模块(5)显示模块(6)报警模块。

2.1STC单片机最小系统

能够让STC89C51单片机正常运行的最低配置就是51单片机的最小系统：

1.晶振的选择依据：系统的需求，单片机的时钟周期。

2.复位电路用于复位，程序就会从头开始运行。

3.电源Vcc和接地引脚,单片机的供电电压为4-5.5Vo

2.1.1STC89C51各引脚功能说明

总的来说，STC89C51在其结构相对简单，对于初学者来说，其功能也能够满

足简单的设计的需要。如图2-1所示。

U4

140

P1.0VCC

239

PLIP0.0(AD0)

338

Pl.2PO.KADI)

437

PL3PO.2(AD2)

536

Pl.4PO.3(AD3)

635

PL5P0.4(ADh

734

Pl.6P0.5(AD5)

833

PI.7P0.6(AD6)

932

RSTP0.7(AE>7)

1031

P3.0(RXD)EA(VPP)

II30

P3.1(TXD)ALE(PROG)

1229

E3.2(INTO)PSEN

13P3.3(lNfT)P2.7(AI5)28

1427

E3.4(TO)P2.6(AI4)

1526

P3.5(T1)P2.5(A13)

1625

E3.6(\VR)El4(Al2)

1724

P3.7(RO)P2.3(AII)

1823

XTAL2P2.2(AI0)

1922

XTAL1P2.UA9)

2()2!

GNDP2.(XA8)

STC89C5I

图2-1STC89C51的外型图

VCC：提供电压。

Vdd：引脚接地。

POn：双向8位三态漏极开路双向I/O口，每个管脚可以单独控制。无上拉

电阻，高阻态，使用的时候必须外接上拉电阻。

PI口：内部带有上拉电阻的8位双向I/O口可以作为数据的输入输出接口，

是一个准双向输入输出口。

P2□：内部拥有上拉电阻的8位双向I/O口，和P1类同。

7

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P3口：准双向且8个带内部上拉电阻的双向I/O口，拥有独立定义第一功能

的输入/输出或第二功能。

RST：复位输入。

PSEN：当需要外部扩展ROM时，读取外部存储器时，低电平有效。

EA/Vpp：单片机内部有ROM,引脚始终接高电平。

XTAL1：接收来自片内振荡的输入端。

XTAL2：作为片内振荡的输出端⑶。

2.1.2晶振电路与复位电路的设计

因为单片机内部自带时钟电路，通过XTAL1、XTAL2引脚接入晶体振荡和电

容，就组合成了稳定的振荡器。两个电容Cl、C2的作用是为了帮助振荡器起振以

及对振荡器的频率进行微调。它们的工作频率在1.2至12MHz之间不等，为保证

速度和实时性，频率越高越好。大多定时控制元件采用石英晶振，也可用电感代

替晶振，前提对晶振要求不高。脉冲信号也有可能外部引入。电容的大小相对随

意，电容值的大小影响的是振荡器的稳定度以及起振的速度。大多数情况下选择

的大小在10~30pF左右。晶振频率选用11.0592HZ,这样可以实现更精确的时间。

为了减小分布电容，确保振荡器振荡的稳定性，电容尽量靠近芯片。

复位功能的实现通过按键来完成，在复位端口保持2个机器周期及以上的高

电平就可以复位。电源连接复位键再和一个电阻相连接到复位端口就可以了。功

能就是让单片机恢复到最初始的状态。它们的电路结构原理如图2-2所示。

8

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C330pF.XTAL1

GND,ll-,IlYl

丁11.0592MHZ

____C4J1XTAL2

|30pF

(b)

图2-2(a)复位电路(b)时钟电路

2.2功能模块设计

2.2.1报警模块的设计

使用有源蜂鸣器作为恒温育苗箱系统中的报警模块，并采用最为简便的设计

电路，让PNP型三极管与之相连，连接如下图所示。根据单片机I/O口输出信号

就可以驱动蜂鸣器工作，不同的信号状态决定了蜂鸣器是否会报警。如图2-3所示。

9

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图2-3蜂鸣报警图

2.2.2显示模块设计

采用七段数码管作为系统的显示模块，且设计中采用共阴极数码管。之所以

取名共阴极，就是所有的二极管的阴极都连接到了一块。通过不同的控制信号，

就可以让它显示出不同的内容，当输出的电平为1,点亮数码管，当输出的电平为

0,数码管不亮，控制高低电平组合就可以让它呈现出不同的显示内容，达到显示

功能状态以及温度的要求。由于二极管的道通只需要很小的电流，因此需加上电

阻提供限流保护。七段数码管的控制信号，包括段选信号还有位选信号，段选信

号是为了控制显示内容，位选信号是决定哪一只数码管显示，通过二者合理的信

号传输配合，通过软件进行控制，就可以达到显示内容的目的。共阳极数码管的

功能和功能相同，但显示原理恰好相反，这里不作介绍⑷。其中的原理连接如图

2-4所示。

10

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D1

Res2

LED10K

D匕2

券Res2

LED1OK

8R3_八

Res2

LED1OK

D4

u%j

券Res2

LED1OK

事一

Res2

LED1OK

D6R6「

U___________「"1___Lo

iZVRes2

LED10K

D7

u%i

Res2

LEDJOK

D8

I.

Res2

LED10K

GND

图2-4共阴极接线图

图2-57seg具体接线的原理图

这里列只举共阴极数码管显示列表，数码管段选的信号显示的组合对应的数

值内容显示如表2-1所示。

11

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表2-1共阴极数码管字模显示表

数字16进值

0Ox3f

10x06

20x5b

30x4f

40x66

50x7d

60x7d

70x07

80x7f

90x6f

A0x77

B0x7c

C0x39

D0x5e

E0x79

F0x71

S0x6d

N0x37

T0x03

字模关闭0x00

H0x76

L0x38

U0x3e

2.2.3键盘电路的设计

键盘电路分为复位键盘电路和功能键盘电路。其中复位键盘电路在前面最小

系统的复位电路图中已展示出。功能切换键盘电路的连接方式类似于数码管的连

接方式，将其中的一端共同接地，另一端分别接入单片机的控制I/O口，通过按键

是否按下产色不同的电平信号。其工作原理接线按图2-6所示。

图2-6键盘电路

在键盘当中我们要小心的键盘会有一个延时抖动，必须解决这个问题否则,

12

洛阳理工学院毕业设计（论文）

将会出现键盘控制无法满足需求。解决的方案有两种可供选择。一是软件解决，

而靠硬件解决。此次采用的是软件解决的办法，下一章节介绍。其原因如图2-7

zj\0

按下释放

理想按键电压波形

实际按键电压波形

前沿稳定闭合后沿

抖动抖动

图2-7按键抖动说明

2.2.4感光模块

其中的工作原理就是利用光敏电阻在感受不同的光照强度时，产生的不同电

阻值其数值测试得3K-400K之间。感光信号输入到P1.4口，当处于阴暗的光照时,

其电阻值很大，A点的电压为0,三极管无法导通，DB4对应的I/O口为高电平，

继电器驱动补光灯工作，进入补光模式。当光照充足，A点电压大小为Vcc的电

压，三极管导通，DB4接通到地，对应的I/O口电压为0,这时候补光灯不工作。

光照感应电路接线按图2-8所示。

VCC

VCC

GND

图2-8光照感应电路

13

洛阳理工学院毕业设计（论文）

2.2.5补光模块

补光模块就是为了满足幼苗培育过程光照的补充，从而满足育苗的光合作用

的需求。补光设置从两种模式考虑，一种是自动模式，另一种是手动模式。自动

模式会根据外界光照强弱进而决定是否驱补光灯补光。在黑夜时，补光灯工作，

白天停止，接收外界的光照。当处于相对阴暗的天气情况时为了不影响育苗正常

的光合作用，就可以选择补光的工作模式给幼苗补光。电路中Vcc接一个限流电

阻再连接一个发光二极管，作为补光灯是否工作的指示灯。欲驱动大功率的开关

电路，驱动电路部分采用达林顿接法，目的是为了提高电流的驱动能力，两个NPN

型的三极管S8050相连，放大的倍数为两者放大倍数的乘积，这样就能够实现放

大微小的信号。当DB2控制电路中的三极管导通时，电路形成通路状态，指示灯

亮，继电器吸合，补光灯电路导通，补光灯开始补光。补光灯驱动电路如图2-9

所示。

图2-9驱动补光灯电路图

2.2.6加热模块

加热模块是幼苗培育过程温度的保障，从而满足育苗的温度需求。设计满足

当育苗箱的实时温度补低于设置的目标温度的下限时，加热器开始工作，一旦箱

子的实时温度高于设置的目标温度的上限，加热器就停止加热。当加热器处于加

热的状态时，加热器的指示灯也会变亮。其驱动部分的电路和补光部分一样，电

路也是采用达林顿接法。Vcc接一个限流电阻再连接一个发光二极管，用作判断加

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

热是否工作的指示灯，其工作原理和补光灯模块原理相同⑸。其接线原理图如图

2-10所示。

图2-10驱动加热的电路图

2.2.7温度采集模块

使用DS18B20作为实时温度采集的传感器，这是一种数字化的温度传感器，

它和单片机相连时只有占用一个I/O口，不会占用过多的硬件资源，所以连线就相

对简单，也就是不同于其他通信协议的一种连接方式。这种简单的连接方式也决

定了它对于时序性的严格要求。关于这一点，将在下一章程序设计部分当中讲到。

在一些远距测温系统中，对于误差要求很高，在设计当中必须解决这一问题。在

一些环境下，测量环境相对恶劣，周围充满了各种不同的强度的干扰信号。因此,

温度模拟信号在产生的过程中很有可能受到干扰，并且对测量产生误差，无法满

足人们对数据的准确性的需求。采用Dallas半导体公司的DS18B20温度传感器刚

好可以满足上述要求。以为这款传感器拥有诸多优点：低耗、性能优良、抗干扰

能力不俗，可以作为解决上述问题的有效方案选择。DS18B20温度传感器具兼具

外形小巧、高精度、采用特殊的单总线形式、温度的测量范围也相对较广，零下

55摄氏度到125摄氏度之间，也可以进行组网，在众多设计当中得到了很多应用。

Dallas公司的温度传感器DS1820,它的"一线总线”接口形式，开创了特殊类

型数据传输的先河。DS18B20中运用了ON-BOARD特殊技术，将所有的转换电

15

洛阳理工学院毕业设计（论文）

路以及相关的传感器高度集成在一个小部件当中。这个小部件形如普通的三极管,

单凭外观无从辨别，需看部件上面的文字型号。它的体积小巧，应用范围广泛，

形式多样。单总线的特殊形式可以节约制作产品成本的投入，可以凭借自己的设

计意图创建传感器网络，我们可以充分利用它的优点来设计应用以达到我们的目

的。DS18B20相较其他传感器，价格相对低廉，因此可以作为设计的原件选择。

在传统的模拟信号长距离温度测量系统，读取错误校正等来解决多点测量切

换误差问题和放大电路零点漂移误差问题的问题，有必要能够实现高质量的测量

精度。实现对电磁环境场景的总体监控，若有各种非常强大的不利的干扰信号，

系统易受干扰，测量误差模拟温度信号会影响到测量精度。因此，在温度测量系

统中，正是利用了新的数字温度传感器的抗干扰能力强的特点，组网络形式可以

是最有效地解决这些问题的。更小、更精确的新数字温度传感器DS18B20,兼有

宽电压，良好的温度测量结果的应用。DS18B20的管脚排列方法及外形参见图

2-llo

DS18B20

GNDDQVm

BOTTOMVIEW

TO92

(DS18B20)

图2-11温度传感器DS18B20外部结构和引脚的排列

简要介绍一下DS18B20内部结构：、温度传感器原件、独有的64位光刻ROM

地址、不会轻易丢失的温度告警触发器TH和TL、高速暂存器。

（1）特殊的数据通讯方式：一条接口就完全可以实现双向通讯，是简易设计

的不二选择。

（2）数据线可以直接给其供电，压带范围：+3.0伏〜+5.5伏。

（3）无需接其他的外围元件就可以投入到设计使用当中。

（4）可以实现9〜12分辨率的编程，分辨达到的温度0.5摄氏度、0.25摄氏

16

洛阳理工学院毕业设计（论文）

度、01215摄氏度、以及0.0625摄氏度。一位一位的读数数据的方式。

（5）使用者可以自行设置不易丢失的温度上下限值。

（6）测量的温度范围：-55摄氏度〜125摄氏度。精度为0.5摄氏度。

（7）可以在一条线上接很多个这样的传感器，采集多个点的温度，实现强大

的组网功能。

（8）具有安全特性的负压特性，电源的极性互相颠倒时，传感器的芯片不会

电路导致它发热而烧掉，但是温度采集的功能无法实现了。DS18B20的具体的内

部结构图如图2-12所示。

存储血控悔

64位

和

电

源接口

检

测

图2-12温度传感器DS18B20内部结构简图

温度传感器DS18B20使用的供电方式是外部电源供电方式，该温度传感器的

各个引脚和AT89C51的引脚接线方法如图所示，让AT89C51单片机的P1.6口和

温度传感器DS18B20建立起通讯桥梁，Vdd接+5V,然后在接一个lOMpf的电容,

目的是为了过滤电源的额波动，小波动被当成交流，直接通过电容引入地端。这

样供电方式，提高稳定性。具体接法如图2-13所示。

17

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VCC

|R7

J5K

———GND

<DB6>-----------------------------DQ

VCC|-------1----------------------VEO

ClDS18b20

----II--------'

104-----_J_

GND

图2-13DS18B20与AT89C51单片机的接口电路

(1)GND为温度传感器的接地端口；

(2)DQ是作为数字信号的输入/输出端口；

(3)VDD接外部电源，让其为之供电；

编译好程序之后，加载到单片机里，系统上电后程序开始运行，DS18B20进

行的第一步就是初始化，跳过ROM地址的搜索指令后，传感器接受到温度的转化

指令，经过严格的时序要求转换得到的温度值是以二字节补码形式，被存入到温

度传感器DS18B20的高速暂存器里，分别存储在第零个和第一个字节地址里面，

它的存储从低位的字节开始。然后单片机就可以通过通讯桥梁读取到存储在寄存

器当中的内容，因为它的存储方式，所以它的读取形式也是从低位先开始，然后

才是进行高位的读取。

数据读取完毕之后，要对其进行处理，将得到的0和1,进行转换才能够得到

我们所需的温度。S=0时代表的值温度的正值，S代表的是符号位，这样就可以立

即把二进制位的数值转换成十进制数来表示；S=1时表示的是负的温度，这时候就

不能立即转换了，得先将表示温度的补码变为原码，然后才能转换成十进数值。8

的字节地址，也就是寄存器里的第九个字节作为冗余校验字节。温度传感器

DS18B20的暂存寄存器分布内容的字节地址分别是：温度的小数部分和整数部分

的滴4位，分布在第0字节地址，温度的高3位和高五位的符号位1分布在第1

字节里，温度的高上限TH2,温度的低下限在TL3当中，4为配置，5、6、7分别

作为保留，8的字节地址则为CRC校验。

单片机连接DS18B20实现温度的转化得分3步进行：对温度传感器进行复位

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

是对对DS18B20进行每一次读写之前至关重要的一步，每当复位完成之后都要发

送一条ROM指令，紧接着发送RAM指令，如此便能够对DS18B20进行所谓的

预处理操作。具体的操作过程得参考DS18B20的时序图，具体过程得靠软件的合

理编写才能够得以实现。这部分在软件部分详细介绍，因为温度转换的软件的依

据时序来编写。

参见传感器的RAM指令表，44H作为温度转换的指令，一旦发送完成后，

DS1820就开始了温度转换，如果是12位精度的话，转换耗时约750ms。精度的

位数越低耗时越短，不需要大量的数据转化，节省了时间。得到的结果将其存入

传感器内部的9字节RAM当中。BEH指令读取暂存器当中转换得到的温度，也

就是RAM里面的9字节的数据值。依据以上的操过步骤就可以编写相关程序⑹。

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

第3章恒温育苗箱的软件设计

育苗箱控制系统的软件设计也是这次设计的重中之重和硬件部分的设计同样

重要。让软硬件很好的结合在一起，实现良好的控制关系。因此，有必要先进行

分析各个硬件部分的软件控制流程，这样有利于明确接下来的设计方向，最优化

地实现编程控制。让恒温育苗箱的目的功能能够得以实现。

3.1工作流程

当系统开始上电复位运行时，先暂时不加热，而且工作的指示灯是处于熄灭

的状态，等到目标温度设置好以后，满足条件的情况下，系统开始运行工作，指

示灯会根据各部件的工作状态决定是否亮灭。可以通过观察数码管上的温度显示,

以及功能。系统运行过程中，不断检测育苗箱内的实时温度，然后让显示器显示

超过预设值的上限后停止加热；一旦温度低于温度的下限时立即再启动加热。周

而复始，系统不断间断地重复，以确保温度控制保持在设置的目标温度范围之内。

目标温度的设定不是一成不变的，可以直接通过按键控制增减，具体功能的实现

可以通过软件设计达到这个目的。

3.2程序模块

组成系统软件部分的有：主程序、功能切换程序、设定温度程序、温度检测

程序、温度控制程序和显示程序。

3.2.1主程序

系统软件主程序就是完成初始化，然后等待中断。其流程图如图3-1所示。

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

3.2.2中断服务程序流程

为了培养时序性的思想，软件的设计使用定时中断，将任务程序分配到不同

的时间内，初始化的完成在主程序当中进行，调用中断程序，编程能够实现不同

时间执行不同的任务调度，在某一个时刻，有不同的任务都处于准备就绪的状态

时，就由不同的任务顺序决定让哪一个任务先执行，进而能够达到程序模块分时

控制的目标。程序一旦初始化之后，就不断显示，并且检测按键是否有被按下，

准备功能的切换，采集温度，等待相应程序的运行。中断服务程序的流程如图3-2

所示。

图3-2中断服务程序流程

3.2.3DS18B20的温度采集程序

因为DS18B20的特殊通讯协议，单片机若要控制其实现测温的目的，将测到

的温度转换出来，分三个具体的步骤实行：每当要对DS18B20读写之前，都必须对

它实现复位设置，每当复位完成之后，立即发送一条ROM指令，随后发送RAM

指令，如此便可完成对DS18B20进行的预操作。复位要求单片机将数据线下拉，

保持低电平至少480us,其范围可在480us到960us之间，然后释放总线，也就是

把总线拉高（通过软件拉高）因为P0口没有上拉电阻。DS18B2O接收到拉高的信

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