家禽孵化器溫度過程控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　家禽孵化器溫度過程控制系統(tǒng)</p><p>　　教 學 系： 信息工程系 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　專業(yè)班級： 自動化1081 </p><p>　　學

2、生姓名： </p><p>　　二〇一一 年 六 月</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p><b>　　鄭 重 聲 明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本

3、人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。</p><p>　　簽 名： 日 期</p><p>　　家禽孵化器溫度過程控制系統(tǒng)設(shè)計</p>&

4、lt;p><b>　　引言</b></p><p>　　孵化設(shè)備應(yīng)用仿生學，模擬自然界的孵化環(huán)境，提供胚胎發(fā)育適宜的條件，用于家禽種蛋的孵化。本文介紹了孵化的相關(guān)知識、國內(nèi)外孵化設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展方向，并且介紹了孵化原理和條件方面的內(nèi)容，并參考孵化行業(yè)的技術(shù)標準確定了本系統(tǒng)有關(guān)溫度的設(shè)計指標。家禽孵化是一個復(fù)雜的生物學過程，合理地控制孵化溫度，不僅能提高出雛率，而且還可以提高雛禽質(zhì)量。溫

5、度的控制在家禽孵化中起著至關(guān)重要的作用，研究孵化箱智能溫度控制系統(tǒng)具有重要意義。</p><p>　　該智能控制系統(tǒng)主要由AT89S52單片機控制、DS18B20溫度傳感器、獨立鍵盤、LED數(shù)碼管和報警系統(tǒng)組成。通過單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較，判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備，從而控制加熱燈的狀態(tài)，實現(xiàn)溫度的控制。系統(tǒng)具有超限自動報警等功能，具有結(jié)構(gòu)新穎、電路簡單和控制方便等優(yōu)點。</

6、p><p>　　關(guān)鍵詞：孵化箱，單片機，溫度控制，溫度傳感器</p><p>　　RESEARCH ON THE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM OF INCUBATOR</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Incubation equipment is an ap

7、plication of bionics to simulate natural incubation environment and provide suitable conditions for embryonic development, for poultry, hatching eggs. This article describes the incubation of the relevant knowledge, incu

8、bation equipment, domestic and international situation and development direction, and introduces the principles and conditions of incubation the content and information technology incubation industry standards set the te

9、mperature of the system design </p><p>　　The intelligent control system is mainly composed of single-chip AT89S52，DS18B20 temperature sensor, an independent keyboard, LED and alarm system. SCM will detect th

10、at the temperature of the input signal and decide whether to activate the relay to open the equipment when environment temperature compare with setted temperature. The system possess of many excellences，including its nov

11、el structure，simple circuit and expedient contro1．</p><p>　　KEY WORD: Incubator, Single Chip Microcomputer，ControlTemperatur，temperature sensor</p><p><b>　　目錄</b></p><p&g

12、t;<b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1 研究孵化器溫度控制系統(tǒng)的意義</p><p>　　智能養(yǎng)殖業(yè)是知識與技術(shù)高度密集的產(chǎn)業(yè)，具有高技術(shù)含量、高投入、高產(chǎn)出、高效益等特點。由于遺傳學、營養(yǎng)學、畜牧工程學的深入研究，以及飼養(yǎng)管理和綜合防疫措施雞場和孵化場衛(wèi)生的不斷改善，孵化率都有很大的提高。智能化是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。因此，研究孵化器

13、溫度控制系統(tǒng)具有重要的意義。家禽孵化是一個復(fù)雜的生物學過程，適當?shù)目刂品趸瘻囟龋粌H能提高出雛率，而且還提高了雛禽質(zhì)量。針對這種實際情況，設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。</p><p>　　1.2 孵化器溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)用到人們生活的各個方面，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。在國

14、外，隨著60年中期肉用仔雞的發(fā)展，大中型的的孵化設(shè)備向自動化，標準化、配套化的方向發(fā)展。最近十多年國外孵化技術(shù)革新的中心環(huán)節(jié)是逐漸完善孵化器的安全可靠性和自動化程度，研制出改善孵化環(huán)境的設(shè)置和報警裝置。在國內(nèi)，隨著我國家禽業(yè)的迅速發(fā)展，孵化器也產(chǎn)生迅速發(fā)展。從70年代的小規(guī)模、傳統(tǒng)孵化法下出雛和旁出雛立孵化器到80年代初的中小型現(xiàn)代孵化器，發(fā)展到80年代末的大中型孵化器，近年來巷道型孵化器也研制出來，目前國內(nèi)簡易的孵化器控制器多采用單片

15、機控制系統(tǒng)，配一溫度傳感器設(shè)計出孵化箱溫度智能控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 我的設(shè)計任務(wù)</p><p>　　家禽工業(yè)化飼養(yǎng)需要不斷補充大量幼雛，只有通過自動溫控孵化器才能滿足生產(chǎn)要求。對于一次能孵化1000只幼雛的家禽自動孵化器，試設(shè)計它的溫度自動控制系統(tǒng)。完成系統(tǒng)proteus仿真設(shè)計、安裝和調(diào)試等工作。溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、環(huán)境溫度檢測電路、鍵

16、盤輸入電路、聲光報警電路、繼電器控制的排風與加熱控制電路、電源電路及其它輔助電路等組成。單片機是整個系統(tǒng)的核心部分，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的工作。同時要根據(jù)需要設(shè)置控制溫度的上、下限，而且系統(tǒng)具有超限溫度自動報警等功能。</p><p>　　1.4 設(shè)計主要內(nèi)容及特點</p><p>　　本設(shè)計是對溫度進行實時監(jiān)測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能。溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動

17、啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當溫度上升到上限溫度時，停止加溫；若溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)停止加熱，啟動風扇，開始降溫，同時紅燈亮。溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。四個數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點一位，其中有一位用來顯示符號位。這里采用的單片微機溫度控制系統(tǒng)進行溫度控制，對溫度的變化達到了較高的控制精度。</p><p>　　孵化溫度控制的特點：</p><p>

18、　　孵化溫度控制具有階段性，尤以單批次整箱入孵表現(xiàn)明顯。</p><p>　　使整個孵箱內(nèi)部溫度保持均一性。均一的孵化溫度保證了箱內(nèi)同批次人孵種蛋胚胎發(fā)育的同步性，有利于集中出雛，便于孵化操作與經(jīng)營。</p><p>　　通過間斷加熱和進氣量調(diào)整，使孵箱內(nèi)溫度的波動保持在一定的范圍。</p><p>　　要求孵化廳的室溫控制在一定的范圍。</p>&l

19、t;p>　　1.5 方案主要技術(shù)指標</p><p>　　目前，我國關(guān)于家禽給溫有兩種主張，一種提倡變溫孵化；一種采用恒溫孵化。兩種孵化方式，都可以獲得很高的孵化率，為了便于操作，我們采用恒溫孵化。將雞的21天的孵化期孵化溫度分為1~19天要求37.8℃，20~21要求37~37.5℃。一般情況下，必須將孵化室溫度保持在22~26℃.低于此溫度，應(yīng)當有暖氣、熱風或火爐等供暖。高于此溫度，應(yīng)開窗或機械排風降溫

20、。</p><p><b>　　2總體設(shè)計構(gòu)架</b></p><p>　　2.1 測溫電路的方案分析論證</p><p>　　方案一：測溫電路的設(shè)計，可以使用熱敏電阻之類的器件 ，利用感溫效應(yīng)，將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)

21、換電路，感溫電路比較麻煩。</p><p>　　方案二：考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機電路設(shè)計，采用一只溫度傳感器，直接讀取被測溫度值，之后進行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計要求。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計容易實現(xiàn)，故實際設(shè)計中擬采用方案二。</p><p><b>　　2.2 顯示部分</b></p><p>　　顯

22、示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，從P1口送數(shù)，由P0口掃描。</p><p>　　2.3 溫度采集部分</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是一種改進型智能溫度傳感器，在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。溫度范圍在-55℃~+125℃，測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報

23、警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DS18B20的工作原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對

24、低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。原理圖如圖2-所示2：</p><p>　　圖2-2 DS18B20原理圖

25、</p><p>　　綜上，總體設(shè)計方案如圖2-3：</p><p>　　圖2-3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案圖</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　本文所設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由單片機AT89S52最小系統(tǒng)、顯示電路、環(huán)境溫度檢測電路、鍵盤輸入電路、聲光報警電路、繼電器控制的排風與加熱控制電路、電源電路及其它輔助電

26、路等組成。單片機AT89S52是整個系統(tǒng)的核心部分，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的工作。下面對主要電路設(shè)計進行具體介紹。</p><p>　　3.1 單片機外圍電路的設(shè)計</p><p>　　3.1.1 芯片的選擇</p><p>　　AT89S52是一種低功耗，高性能COMS8位微控制器，作為下位機負責采集孵化箱內(nèi)環(huán)境參數(shù)，輸出控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)對孵化箱內(nèi)參數(shù)的實時

27、控制。另外，該單片機自帶8k 可編程flash存儲能夠滿足需求，不需對存儲器進行擴展。</p><p>　　3.1.2 AT89S52芯片的引腳圖及方框圖</p><p>　　AT89S52提供以下表中功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S52可

28、降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作指導(dǎo)下一個硬件復(fù)位。</p><p>　　AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含8個中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線。AT89S5

29、2可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其引腳圖如圖3-1，內(nèi)部方框圖如3-2：</p><p>　　圖3-1 AT89S52引腳圖</p><p>　　圖3-2 AT89S52方框圖</p><p>　　3.1.3 AT89S52芯片主要功能特性：</p><p>　　· 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 

30、3; 8k可反復(fù)擦寫(>1000次</p><p>　　·32個雙向I/O口 ·4.5-5.5V工作電壓</p><p>　　·3個16位可編程定時/計數(shù)器 ·時鐘頻率0-33MHz</p><p>　　·全雙工UART串行中斷口線 ·256x8bit內(nèi)部

31、RAM</p><p>　　·2個外部中斷源 ·低功耗空閑和省電模式</p><p>　　·中斷喚醒省電模式 ·3級加密位</p><p>　　·看門狗（WDT）電路 ·軟件設(shè)置空閑和省電功能</p><p&

32、gt;　　·靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 ·雙數(shù)據(jù)寄存器指針</p><p>　　3.1.4 AT89S52時鐘電路的設(shè)計</p><p>　　時鐘電路可以為單片機提供整個系統(tǒng)工作的時鐘脈沖。每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)

33、上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十，高級的精度更高。AT89S52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，外接電容C1和C2可以增加振蕩器工

34、作的穩(wěn)定性。</p><p>　　在本設(shè)計中XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)部反向放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。所用石英晶體的振蕩頻率為12MHZ，電容C1，C2常為20pF~40pF內(nèi)，如圖3.3：</p><p><b>　　圖3.3 晶振電路</b></p><p>　　3.1.5 復(fù)位電路的設(shè)計</p>&

35、lt;p>　　單片機復(fù)位電路可以對單片機初始化，重新開始工作。也可以在單片機程序跑飛時使系統(tǒng)正常工作。同時也是在程序調(diào)試時必須要用到，來測試所寫的程序和設(shè)計的硬件是否正確哦的重要手段。單片機的復(fù)位操作有兩種方式：上電復(fù)位和上電按鈕復(fù)位。通常因為系統(tǒng)運行需要，常常需要人工按鈕復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-4所示。復(fù)位引腳RST通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連。按下開關(guān)一定時間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機復(fù)位。</p>

36、;<p><b>　　圖3-4 復(fù)位電路</b></p><p>　　3.2 溫度測量顯示電路設(shè)計</p><p>　　溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本次設(shè)計選用的是美國溫度監(jiān)控的實現(xiàn)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DSl8B20，它支持系統(tǒng)工作時先由使用者設(shè)定預(yù)期達到的兩位溫度值。</p><p>　　3.2.1 測

37、溫電路組成</p><p>　　DS18B20的外形及管腳排列圖如下圖3-5所示。 </p><p>　　（1）GND——地信號。</p><p>　　（2）DQ——數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。用在寄生電源下，可以向器件提供電源。</p><p>　　（3）VDD ——可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。</p>&

38、lt;p>　　圖3-5 DS18B20外形及引腳排列</p><p>　　DS18B20是智能溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)接收主機發(fā)送的命令，根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機。主機按照通信協(xié)議用一個IO口模擬DS18B20的時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊

39、顯示各點的溫度。如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6測溫電路的組成</p><p>　　3.2.2 顯示電路的設(shè)計</p><p>　　鍵盤、顯示電路部分是溫度控制系統(tǒng)與用戶交互的接口。鍵盤可以用于調(diào)節(jié)設(shè)定溫度以及溫度上下限的切換。顯示電路用于顯示控制系統(tǒng)溫度以及一些相關(guān)溫度提示符。</p><p>　　顯示電路主要是通4位共陰數(shù)碼管

40、，單片機中經(jīng)常使用7段LED 來顯示數(shù)字，也就是用7個LED 構(gòu)成字型“8”，并另外用一個圓點LED來顯示小點。</p><p>　　LED的顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示雖然有編程容易、管理簡單等優(yōu)點，但是靜態(tài)顯示所要占的I/O口資源很多，所以在顯示的LED點較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。在多位7段LED顯示中，為了簡化電路，降低成本，則將所有位的段選線并 聯(lián)在一起，剛好由8個I/O口來控制8個

41、段。而公共端（共陽極/共陰極）則分別由相應(yīng)的I/O口控制，以實現(xiàn)各個位的分時選通。將四位7段LED輪流去點亮，使得每位分時顯示該位應(yīng)顯示的字符。由于人眼的視覺暫留時間為0.1秒，當每位顯示的間隔未超過33ms時，并在顯示時保持直到下一位顯示，則由于人眼的視覺暫留效果眼睛看上去就像是 4位7段LED都在點亮。設(shè)計時，要注意每位顯示的間隔時間，由于一位7段LED的熄滅時間不能超過100ms，也就是說點亮其它位所用的時間不能超過100ms。&

42、lt;/p><p>　　在本設(shè)計中，LL3461AS4位數(shù)碼管顯示，顯示電路如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 4位LED顯示電路</p><p>　　3.3 控制部分設(shè)計</p><p>　　3.3.1 鍵盤電路設(shè)計</p><p>　　鍵盤可以分為非編碼（獨立式）鍵盤和編碼（矩陣式）鍵盤。</p>

43、;<p><b>　?。?）矩陣式按鍵</b></p><p>　　單片機系統(tǒng)中，若使用的按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到＋5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。

44、這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。</p><p><b>　?。?）獨立式按鍵</b></p><p>　　單片機控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)。 </p>

45、<p>　　獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。獨立式按鍵軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認該I/O口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的

46、功能處理程序。本設(shè)計所用到的按鍵極少，故采用獨立式鍵盤。</p><p>　　在本設(shè)計中，使用三個獨立按鍵。用來實現(xiàn)溫度上下限的設(shè)置，以便根據(jù)孵化的不同時間段設(shè)置孵化所需的溫度環(huán)境。其獨立按鍵的設(shè)計如圖3-8所示。其中SW1、SW2、SW3分別接P1.5、P1.6、P1.7。</p><p>　　圖3-8 獨立鍵盤設(shè)計</p><p>　　3.3.2 繼電器控制電路

47、設(shè)計</p><p>　　繼電器是一種當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中。它實際上是用較小的電流.較低的電壓去控制較大電流.較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。單片機的Pl.2接DS18820的2號引腳．P1口送數(shù)P0口掃描，P2.4、P2

48、.5控制加熱器和電風扇的繼電器。如附錄1。</p><p>　　繼電器的工作原理：當輸入量(如電壓、電流、溫度等)達到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器。可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。</p><p><

49、b>　　繼電器的選用：</b></p><p>　　1.先了解必要的條件 </p><p>　?、倏刂齐娐返碾娫措妷?，能提供的最大電流； </p><p>　?、诒豢刂齐娐分械碾妷汉碗娏?； </p><p>　?、郾豢仉娐沸枰獛捉M、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供

50、足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 </p><p>　　2.查閱有關(guān)資料確定使用條件后，可查找相關(guān)資料，找出需要的繼電器的型號和規(guī)格號。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。 </p><p>　　為了安全起見，在本設(shè)計中選用的型號是omron 的MY4NJ型號的繼電器，如圖3-9所示。</p><p><b>　　

51、圖3-9 繼電器</b></p><p>　　驅(qū)動電路采用繼電器驅(qū)動方式。通過控制繼電器在控制周期內(nèi)通斷的時間，實現(xiàn)對加熱器的開關(guān)控制。由單片機I／O口輸出的控制信號，經(jīng)NPN晶體管放大，驅(qū)動繼電器工作。繼電器控制模塊的硬件設(shè)計如圖3-10，3-11所示。當用戶下限設(shè)置溫度大于實時檢測溫度時，P2.4端口變?yōu)楦唠娖綍r，三極管導(dǎo)通，則三極管Q2的c極的電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器RL1線圈得電，常開觸點閉合，

52、加溫設(shè)備工作；當用戶設(shè)置溫度小于實時檢測溫度時，P2.5端口變?yōu)楦唠娖?，三極管Q1的c極的電平變?yōu)楦唠娖?，繼電器K2線圈得電，常開觸點閉合，降溫設(shè)備工作。 </p><p>　　加熱電路部分的主要思路是通過單片機的端口控制電磁閥的通斷從而控制加熱燈以達到控制溫度的目的。</p><p>　　圖3-10 加熱部分</p><p>　　圖3-11 散熱部分</p&

53、gt;<p>　　3.3.3 指示電路的設(shè)計</p><p>　　報警控制電路用于當系統(tǒng)斷電等特殊情況下提醒用戶。在這里報警電路中未采用蜂鳴器，因為當未達到設(shè)定溫度時，將會產(chǎn)生連續(xù)報警，影響工作環(huán)境。因此，這里采用紅綠燈進行指示孵化箱中的環(huán)境狀態(tài)。當溫度偏差較大時，可以人工使系統(tǒng)脫離危險狀態(tài)，以維護生產(chǎn)的安全可靠。</p><p>　　這里當溫度低于設(shè)定溫度是，綠燈亮，當溫度

54、高于設(shè)定溫度上限時，紅燈亮。</p><p>　　圖3-11 指示電路設(shè)計</p><p>　　3.4電源電路的設(shè)計</p><p>　　電源電路的功能是為整個單片機系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V,輸入電壓選擇9V直流電源，經(jīng)過三端穩(wěn)壓管LM7805，最后輸出電壓保持恒定為5V。本設(shè)計中除了市電AC220V外，均采用DC5V電源，因此只需要設(shè)計5V電源即可。繼電器和單片機均需要

55、5V電壓供電。電源電路的設(shè)計電源電路雖然簡單，但需要功能可靠，要有CBB電容和高品質(zhì)的ELNA電容。電路如圖3-12所示。電路中的電容起穩(wěn)壓作用。</p><p>　　圖3-12電源電路設(shè)計</p><p>　　3.5 通信電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用串行的方式進行通信 硬件電氣連接簡單，成本低廉．通用性強可以在較遠的距離間進行，且在PC機上針對串13編

56、程方便 。本次設(shè)計對傳輸率要求不高，故采用RS一232串行異步通信即可。</p><p>　　MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 MAX232芯片 </p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸接口

57、是數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布A(chǔ)，也是數(shù)據(jù)通信，計算機網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。單片機本身的數(shù)據(jù)傳輸接口主要為8位或16位并行數(shù)據(jù)接口，全雙工串行通信接口，許多新的數(shù)據(jù)傳輸接口標準不斷涌現(xiàn)，大多數(shù)單片機并沒有在硬件中集成這些新的數(shù)據(jù)傳輸接口。</p><p>　　本設(shè)計RS232C接口選用9芯接頭，電平轉(zhuǎn)換芯片選用MAX232A，用來實現(xiàn)232電平．與TTL電平的轉(zhuǎn)換。電路圖如圖3-14所示，采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的

58、9針串口只連接其中的3根線：第5腳的G＼D、第2腳的RXD、第3腳的TXD。MAX232的第10腳和單片機的17腳連接，第9腳和單片機的18腳連接，第15腳和地線連接。</p><p>　　圖3-14 通信電路設(shè)計</p><p>　　3.6 整體電路設(shè)計</p><p>　　由單元電路的各個設(shè)計可知，整體電路包括（1）用于溫度設(shè)定的鍵盤電路：由獨立鍵盤組成。（2）

59、用于測量溫度的DS18B20傳感器，用于實時采集水箱的溫度。（3）用于顯示溫度的顯示電路：采用四位七段數(shù)碼管組成的顯示電路用于本次設(shè)計中IO設(shè)備較少，故有充足的IO口可以利用；（5）用于報警的報警電路：采用指示燈進行報警，所以使用起來更加方便；（6）用于加熱的繼電器輔助加熱電路，使其在強-弱電接口獲得廣泛應(yīng)用。整體電路圖原理圖設(shè)計見附錄2，PCB版設(shè)計見附錄3。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件

60、設(shè)計</b></p><p>　　一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，這里采用51系列單片機進行程序設(shè)計并進行軟件編程。<

61、;/p><p>　　程序設(shè)計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機器語言的程序（成為目標程序），計算機才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能指令系統(tǒng)，而且語句的功能強，常常一個語句已翻譯成很多條計算機指令，于是用高級語言編

62、制程序的速度比較快，也便于學習和交流。這里采用C語言進行程序設(shè)計。</p><p>　　4.1 主程序流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)采用AT89S52作為核心處理器件，把經(jīng)過DSl8B20現(xiàn)場實時采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入AT89S52的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送液晶顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進行比較，然后由單片機輸出信號去控制加熱器。進行溫度控制程序的設(shè)計應(yīng)考慮如下幾個問題：(1)實時采集溫度；(2)

63、溫度顯示：采用4位LED顯示當前溫度；(3)按鍵處理；(4)與上位PC機通信程序；(5)越限報警和處理：將采集到的溫度值與預(yù)先設(shè)置值進行比較，若當前溫度值越限，則產(chǎn)生報警信號。軟件設(shè)計主要有：主程序、初值設(shè)定子程序、溫度讀取子程序、液晶顯示子程序和輸出控制子程序等。初值設(shè)定子程序完成對溫度初值的設(shè)定；溫度讀取子程序完成對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取，并通過液晶顯示子程序顯示溫度值；輸出控制子程序則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對輸出口的控制。AT89S52

64、的具體軟件程序流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　主控程序系統(tǒng)上電后，AT89S52對內(nèi)部RAM及接口電路初始化，然后便一直在循環(huán)查詢鍵盤入口是否有鍵按下，若有則轉(zhuǎn)向各功能子程序，相應(yīng)的任務(wù)完成后，再返回主控程序。同時單片機系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設(shè)定、超溫報警等程序的處理，將處理的溫度信號與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制加熱，散熱兩種工作狀態(tài)。</p><p>　　該孵化

65、箱溫度控制系統(tǒng)的工作流程是：開機實時顯示當前環(huán)境溫度，并在數(shù)碼管上進行顯示，同時可根據(jù)需求進行溫度上下限控制。然后通過實時溫度與設(shè)定溫度進行比較，如果當前溫度低于設(shè)定溫度的話，進行加熱，并且綠燈亮；如果當前溫度高于設(shè)定溫度的，紅燈亮，風扇啟動用以降溫。接下來通過DS18B20采集到實際溫度和設(shè)定的溫度進行比較，當實際溫度小于設(shè)定的水溫的時候，進行加熱，直至溫度達到設(shè)定值。</p><p>　　圖4-1 程序主流程

66、圖</p><p>　　其主程序的部分程序如下：</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dm=0x00; //初始化端口</p><p><b>　　w0=0;</b></p><p>

67、<b>　　w1=0;</b></p><p><b>　　w2=0;</b></p><p><b>　　w3=0;</b></p><p>　　for(h=0;h<4;h++) //開機顯示"0000"</p><p><b>　　{&l

68、t;/b></p><p>　　display[h]=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ow_reset(); //開機先轉(zhuǎn)換一次</p><p>　　write_byte(0xcc); //Skip ROM</p><p>　　write_byte(0x44

69、); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　for(h=0;h<50;h++) //開機顯示"0000"</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　scan(); }</b></p><p><b>　　while(1)</b>

70、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (temp1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　read_temp();</p><p>　　work_temp(); //處理溫度數(shù)據(jù)</p><p&g

71、t;<b>　　scan();</b></p><p>　　CONTROL();</p><p>　　keyscan();</p><p>　　work_temp();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b>

72、</p><p><b>　　temp1=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2 溫度傳感器DS18B20初始化與溫度采集流程圖</p><p>　　由于DS18B20單線通訊功能是分時完成的，它有嚴格的時序概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各

73、種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。其流程圖如圖4-2。</p><p>　　圖4-2 DS18B20初始化與溫度采集流程圖</p><p>　　4.3 溫度處理及顯示</p><p>　　由附錄1的整體電路圖知，DS18B20的DQ端接P1.2，當溫度傳感器完成采集后，應(yīng)對溫度進行相應(yīng)

74、的處理，獲得的溫度才送顯示器顯示。在程序中將二進制高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié),這個字節(jié)的二進制轉(zhuǎn)換為十進制后,就是溫度值的百、十、個位值,而剩下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進制后,就是溫度值的小數(shù)部分。然后送到顯示器進行顯示。流程圖如4-3所示?！?lt;/p><p>　　圖4-3 溫度處理及顯示流程圖</p><p>　　4.4 溫度上下限設(shè)置</p><

75、p>　　由于孵化溫度控制具有階段性，不同階段需要控制溫度在不同的范圍，因此該設(shè)計中需要加入溫度上下限控制。同時增加該系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性，并能適應(yīng)于其它溫度控制系統(tǒng)中。溫度上下限設(shè)置的流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 溫度上下限設(shè)置</p><p><b>　　4.5 報警控制</b></p><p>　　為了嚴格控制孵化

76、箱的溫度，設(shè)定了上限溫度和下限溫度。當因某種原因使箱內(nèi)溫度超過上限溫度或低于下限溫度時．計算機系統(tǒng)發(fā)出報警信號，這里用紅綠燈進行指示。當溫度高于設(shè)定溫度時，從而點亮紅燈，并且給單片機接口發(fā)送信號。當溫度低于設(shè)定溫度時，從而點亮旅燈，并且給單片機接口發(fā)送信號。其報警控制的流程圖如圖4-5所示。</p><p><b>　　4-5 報警流程圖</b></p><p>　　

77、4.6 升溫及降溫過程流程圖</p><p>　　該部分軟件實現(xiàn)的功能是判定溫度是否在設(shè)定溫度上下限之間，若溫度過高，則啟動風扇降溫；若溫度過低，則啟動燈泡加熱升溫；這樣可以是溫度始終處于設(shè)定溫度之間，滿足雞蛋孵化溫度。這部分是該設(shè)計的核心部分。其流程圖如圖4-6所示。</p><p>　　4-6 升溫及降溫過程流程圖</p><p>　　4.7 系統(tǒng)工作原理<

78、;/p><p>　　前面系統(tǒng)的介紹了本次設(shè)計的大致內(nèi)容，下面概括的介紹系統(tǒng)的工作原理，開機時顯示當前環(huán)境溫度，并在數(shù)碼管上進行顯示，同時可根據(jù)需求進行溫度上下限控制。然后通過實時溫度與設(shè)定溫度進行比較，如果當前溫度低于設(shè)定溫度的話，進行加熱，并且綠燈亮；如果當前溫度高于設(shè)定溫度的，紅燈亮，風扇啟動用以降溫。接下來通過DS18B20采集到實際溫度和設(shè)定的溫度進行比較，當實際溫度小于設(shè)定的水溫的時候，進行加熱，直至溫度達

79、到設(shè)定值。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　文利用AT89S52單片機控制、DS18B20溫度傳感器、獨立鍵盤、LED數(shù)碼管和報警系統(tǒng)，搭建了一個孵化箱溫度智能控制系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)可根據(jù)需要設(shè)置控制溫度的上、下限，系統(tǒng)具有超過設(shè)置上、下限溫度自動報警等功能。</p><p>　　本設(shè)計主要取得了以下成果：</

80、p><p>　?。?）根據(jù)課題需要，確定了系統(tǒng)的各功能模塊，確定了總體設(shè)計方案——通過單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較，判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備，從而控制加熱燈的狀態(tài)，實現(xiàn)溫度的控制。</p><p>　?。?）確定了系統(tǒng)的硬件部分，并根據(jù)功能要求設(shè)計了相應(yīng)的軟件，加入了數(shù)碼管顯示及狀態(tài)顯示燈電路，使得整個設(shè)計更加完整、靈活。</p><p>

81、　　（3）調(diào)試焊接完成的電路板，能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能。數(shù)碼管顯示環(huán)境溫度。當溫度過高時，紅燈亮，加熱燈工作；過低時，綠燈亮，電風扇工作。 </p><p>　　本設(shè)計主要是實現(xiàn)溫度控制，同時也能應(yīng)用于其它一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。該設(shè)計還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短信息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能隨時對溫度進行監(jiān)控。</p><p><b>　

82、　參考文獻</b></p><p>　　[1]鄒伯敏. 自動控制理論（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社 ,2007.12.</p><p>　　[2]陳夕松. 過程控制系統(tǒng). 北京：科學出版社, 2006.4.</p><p>　　[3]劉文定等. 過程控制系統(tǒng)的MATLABfzh仿真. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.2.</p><

83、p>　　[4]戴焯.傳感器原理與應(yīng)用. 北京：北京理工大學出版社，2010.7.</p><p>　　[5]程安宇．基于DS18B20 的單片機溫度測量控制系統(tǒng)[J] ．自動測量與控制． 2007．</p><p>　　[6]姚志樹，朱恩亮．基于DS18B20的智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J] ．鹽城工學院學報．2006.</p><p>　　17]范風強．單片機語

84、言C51應(yīng)用實戰(zhàn)集錦[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2005．</p><p>　　[8]Dadebo S A.Bell M L，McLellan P J，etal．Temperature control of industrial gas phase polyethylene reactors[J]．Journal of Process Control，1997，7(2)：83-95．</p>&l

85、t;p>　　[9]王幸之，鐘愛琴，王雷，王閃．AT89系列單片機原理與接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2005.</p><p>　　[10]閻石．數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)[M] ． 北京:高等教育出版社．1989．</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這四年的大學學習生活中，無論在學習上還是

86、生活中，都得到了老師們無微不至的指導(dǎo)與幫助。在畢業(yè)設(shè)計過程中，徐彥偉老師對設(shè)計、實施和論文的寫作等進行了細致的指導(dǎo)，傾注了大量的心血。在這里，我由衷的感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師徐老師嚴謹治學的態(tài)度，使我掌握了通用的研究方法還明白了許多為人處事的道理，受益匪淺，終身難忘，對我以后的學習和工作必將產(chǎn)生深遠的影響。</p><p>　　同時還感謝測儀所有的老師所授予我的專業(yè)知識，使我為以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)，祝愿老師

87、們身體健康，家庭幸福，事業(yè)順利。感謝所有同學在畢業(yè)設(shè)計中給與我的幫助；感謝四年來我們相伴的母校，我會在今后的生活中努力完善自己，提高自己，為母校爭光；特別感謝我的家人給我的關(guān)懷和照顧，正是他們一直以來的默默支持和鼓勵，才使得我能夠安心學習，順利地完成學業(yè)。</p><p>　　最后，衷心地感謝百忙之中審閱我的學位論文，xx老師，在此表示深深的謝意!同時祝愿母校蒸蒸日上，越辦越好。</p><p

88、><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　protus仿真圖</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　原理圖設(shè)計</b></