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1、摘要孵化设备模拟孵化的自然环境，提供胚胎发育的适宜条件，用于家禽种蛋的孵化。本文介绍了孵化的原理和条件、国内外孵化设备的现状及发展方向等方面的内容，并参考了孵化行业的技术标准来确定本系统的设计指标，然后进行以单片机为核心的硬件电路设计。合理地控制孵化温度，不仅能提高出雏机率，而且还可以提高雏禽的健康质量。温度的控制在家禽孵化的过程中起着至关重要的作用，研究孵化箱温度调节器具有重要意义。本系统主要由AT89S52单片机、温度传感器DS18B20、LCD液晶屏、独立键盘、温度控制系统和报警系统组成。通过单片机将由DS18B20检测到的温度与键盘输入的温度上、下限进行比较，然后判断是否启动继电器来开
2、启加热灯，从而实现控制温度的目的。系统具有自动报警的功能，电路结构简单，控制方便。关键词：孵化箱；AT89S52单片机；温度传感器DS18B20；温度控制AbstractHatching equipment simulates the natural incubation environment and provides appropriate conditions for embryonic development, used for poultry breeder eggs hatch. This article describes the principles and condition
3、s for incubation, the domestic and international situation and development and other aspects of hatching equipment. And reference to the hatchery industry technical standards to determine the design specifications of the system. Then hardware design as the core of the microcontroller. Not only can i
4、mprove the chance of hatching, but also can improve the quality of health chicks by control of incubation temperature reasonable. The temperature control plays a vital role in poultry hatching, so process research incubator thermostat is important.This system is mainly composed by AT89S52 microcontr
5、oller, temperature sensor DS18B20, LCD liquid crystal screen, separate keyboard, temperature control system and alarm system. Compare the temperature detected by DS18B20 with the maximum and minimum temperature input by keyboard through the MCU, and then determine whether to activate the relay to tu
6、rn on the heating lamp to achieve the purpose of controlling the temperature. The system can automatically alarm function, and the circuit structure is simple, easy to control.Keywords: Incubator; AT89S52 microcontroller; temperature sensor DS18B2; temperaturecontrol目录1 绪论11.1 选题背景与研究意义11.2 本选题的现状及发
7、展前景21.2.1 本选题国内外现状21.2.2 本选题的发展趋势31.3 设计任务41.3.1 设计目的41.3.2 工作任务41.3.3 设计要求42 系统总体方案设计52.1 模块方案分析52.1.1 温度检测模块方案分析52.1.2 单片机控制模块方案分析52.1.3 显示模块方案分析62.1.4 键盘模块方案分析62.2 系统原理及设计框图73 系统的硬件电路设计83.1 主控制器83.1.1 AT89S52单片机简介83.1.2 AT89S52单片机的引脚图及方框图93.1.3 AT89S52单片机引脚功能说明103.1.4 AT89S52单片机最小系统设计123.2 键盘输入电路
8、133.3 显示电路143.4温度检测电路143.4.1 温度传感器DS18B20简介143.4.2 温度传感器DS18B20的工作原理163.4.3 温度传感器DS18B20的工作时序163.4.4 温度传感器DS18B20与单片机的连接193.5 温度控制电路193.6 报警电路214系统的软件设计224.1程序的总体结构框架224.2 程序流程图224.2.1 主程序工作流程224.2.2 按键控制工作流程234.2.3 温度检测工作流程244.2.4 显示器工作流程264.2.5 报警工作流程274.2.6 温度控制工作流程275 系统调试296 结论32谢辞33参考文献34附录一35
9、附录二36III基于单片机的孵化箱温度调节器的设计与制作1 绪论1.1 选题背景与研究意义随着人们生活水平的不断提高，对于物质生活的要求也越来越高，与之前的几十年相比，在日常饮食方面有了非常明显的改善。鸡蛋和鸡肉以其价便宜的格以及丰厚的营养价值等优点，成为了人们日常生活中必不可少的农产品。为了能够得到高品质的鸡肉，在孵化的过程中对种蛋的选择以及解决各种影响孵化的因素有了更高要求，不仅要保证出雏率，同时也要保证雏禽的健康质量。温度是孵化过程非常重要的条件之一，必须要保证胚胎正常发育所需要的适宜温度，才能获得高的孵化率以及高品质的雏鸡。孵化时如果出现了高温的现象，胚胎的发育就会大大加快，孵化期将会
10、缩短，导致胚胎的死亡率上升，初生的雏鸡品质将会降低。孵化温度超过42的时候，胚胎就会在23个小时内死亡。如果孵化刚开始的两天里温度过高，在孵化的第56天就会出现粘壳现象，雏鸡发育畸形的概率将会增加，在孵化的第38天里如果温度过高的话，尿囊将会提前合拢，雏鸡出壳的时间将会提前，但是破壳的时间会拖长，导致雏鸡死亡率上升且品质下降，若是在短期内出现了强烈的温度偏高的现象，就会出现胚胎干燥、粘壳、尿囊呈暗黑色等情况，导致雏鸡死亡率上升且品质下降的情况出现。如果孵化温度偏低的话，将会延长种蛋的孵化所需要的时间，胚胎的发育会变得很迟缓，气室将会增大，导致死亡率上升，初生雏鸡的品质降低。甚至于在孵化温度低到
11、35.6的时候，大多数的胚胎会死于蛋壳之内。鸡的胚胎的发育对环境温度有很高的要求，当温度在3640.5 ，有一些种蛋能够出雏。但是在孵化箱中，最合适的温度是在37.8 。另外，孵化过程中在不同时期对于孵化的温度要求又有所不同，因此需要进行一些微调。由此可以看出，对孵化箱内的温度实现精确的控制十分重要。智能的养殖业是知识与技术高度密集的产业，具有高技术含量、高投入、高产出、高效益等明显特点。基于单片机的孵化箱温度调节器不仅可以根据实际的需求对控制孵化箱的温度进行控制，而且其温度控制的精度很高，还具有很高可靠性，同时系统也很稳定并且使用的时候也方便。与传统的热炕式的孵化相比，小鸡的出壳率会更高。尤
12、其是这种系统的成本很低，可以有效的大大的减少成本的投入，以获得更高的利润。此外，该系统也可以应用于其他家禽或动物的孵化技术中，有着广泛的实用前景。1.2 本选题的现状及发展前景1.2.1 本选题国内外现状国外孵化设备的机制造起步比较早，随着60年代中期肉用仔鸡行业的发展，大中型的孵化设备向着自动化、标准化、配套化的方向发展。尤其是在最近的十多年里，国外的孵化技术革新，其中心环节就是逐步的完善孵化器的可靠性以及其自动化程度，研制出可以改善孵化环境的设备和能够快速报警装置，其鲜明特点是设计的机型多样化，各个零件都规格标准化，很多部件都能够通用，还能使用计算机自动控制。而且设备制造选用的材料都很考究
13、，制造的工艺很高，操作非常简便，运作的程序完善，非常安全。国内的孵化设备制造相比于国外来说，可以说是起步很晚。在1980年以前，国内只有极少数的鸡场从日本引进一些设备，并且仿制了其中的部分产品。 到了80年代末至90年代初的时候，国内的养禽业出现了极大的发展，这时国内孵化设备对于当时的情况来说，已不能满足人们日益增长的需要，于是就有一些大型的鸡场开始从国外大量的引进一些先进的孵化设备。这对于国内孵化设备的研制也产生了非常深远的影响，许多的厂家从引进的先进设备中吸收技术用来改进自己的设备，很大程度上提高了国内的设计水平，经过这么多年的发展，目前国内己经有了一些具有一定规模设计和制造的专业队伍，这
14、些队伍研制的孵化设备已经基本上能够满足国内养禽业的需要。对比国内外孵化设备的现状，国内在孵化设备研究制造这方面，虽然有了一定的成果，也有一些极具竞争力的产品，但是要与国外的先进设备相比，还是略差一筹。在控制技术的方面，国内的先进的孵化设备的性能已经达到了一个较高的水准，孵化的效果非常良好，对于环境的适应能力也很不错。但是这些产品的安全可靠性与国外的先进水平之间仍然有定的差距。其控制的精度以及稳定性都有待提高，孵化设备中所使用到的电子元器件的质量也需要提高。在生产制造上，国内的生产工艺水平整体上都很欠缺，产品的结构与外观对比于国外先进水平都有较大的差距。在孵化生产管理的辅助设备上，国外那些主要的
15、厂家都具有一些辅助设备，可以提高设备的自动化程度以及帮助用户管理控制，在这些辅助设备中最主要的就是孵化设备的集群控制系统，它现在已经非常普遍的应用在国外的孵化场之中。相对而言，在这方面国内可以说是比较落后的，即使有个别的厂家已经推出了该控制系统，也仅仅处于起步的阶段，并且其中的应用也非常少。1.2.2 本选题的发展趋势随着国内的养殖业逐渐与世界接轨，其中的竞争将会越来越激烈。这必定会使养殖业向规模化以及产业化的方向发展，与之相应的是孵化设备将会迎来新的机遇，同时这也是一种挑战。随着各种农产品的价格持续上涨的现状，养鸡业必定会出现一个更为广阔的发展空间。为了满足那些一般的养殖户的需要，节省他们的
16、成本，对孵化设备进行研究，改进其工作性能以及制造成本，这会有很大的社会效益和前景。孵化场向大规模，企业化方向发展已经无可避免。这就对生产的管理和控制提出了更高的要求。因此仅仅是实现了孵化设备的机械化和控制的自动化还不能满足人们的需要。孵化设备发展的新方向应该是朝着设备的智能化和人性化，同时还要网络化与节能化以及更高的可靠性的方向发展。在控制精度方面，随着孵化器容量的不断增加以及人们对胚胎发育过程的深入研究，要求孵化控制器也要有越来越高的控制精度的。新型的传感器要向着智能化和数字化以及标准化的方向发展，使孵化器有着更加精确的温度控制效果。对于网络资源的利用也很重要，一个总公司可能有若干个分散在全
17、国不同的各地的孵化场，并且每个孵化场又会有很多台的孵化设备，所以为了更加方便的管理，可以将每一个孵化场内的每台孵化设备都通过某种网络连接起来，然后用一台计算机来控制他们的运作，这一台计算机可以通过网络与公司总部或者别的孵化场之间进行通讯。公司的管理者只需要在办公室内就可以监视和控制各个地方孵化场的运作情况，甚至他们可以了解到每一台孵化设备的运作情况，还可以在世界各地通过网络对远在其他地方的孵化设备进行实时监控。专家系统的引入也成为影响孵化效果的重要因素，根据在不同的季节以及不同的环境还有种蛋品种的不同，以及这些种蛋保存的时间长短有所不同等因素的影响下，孵化时所需要的参数会有所变化。以目前的条件
18、而言，在生产的过程中这些参数的确定仍然需要孵化管理人员依据自己长期的经验来判断，这也说明孵化管理人员的经验在孵化过程中对孵化的效果仍然起着决定性的因素。所谓的专家系统就是把不同品种的种蛋在环境不同时孵化所需的参数全部组合在一起，必要的时候就会自动调用，同时把在孵化时可能会出现的故障现象和解决的措施全部都集成在里面，在必要的时候能够指导使用者对故障进行处理，它还能对孵化的效果进行准确的评估并且指出其中的不足之处。引入孵化的专家系统能更加有效的减少孵化过程中出现错误，降低孵化过程的难度，减轻孵化管理人员的负担以及改善孵化效果等。1.3 设计任务1.3.1 设计目的设计一个孵化箱温度调节器，温度可以
19、在一定范围内由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调节。利用单片机AT89S52实现温度的智能控制，使温度能够在设定的温度上限、下限间实现恒定温度调节，利用数字温度传感器读出实际温度，通过对加热器的控制，使孵箱内温度的波动保持在一定的范围。并通过液晶屏显示器显示当前温度与设定的温度。1.3.2 工作任务（1） 设计方案；（2） 硬件选项；（3） 硬件电路设计；（4） 软件设计；（5） 系统调试和演示。1.3.3 设计要求（1） 温度传感器能检测出当前孵化箱内温度；（2） 当前温度与设定温度能用LCD液晶屏显示；（3） 可用键盘改变设定温度；（4） 根据设定温度，驱动继电器关闭/打开电热器来控
20、制箱内温度；（5） 温度控制误差0.5。2 系统总体方案设计2.1 模块方案分析本系统分为：温度检测模块、温度控制模块、单片机控制模块、键盘模块、显示模块和报警系统。2.1.1 温度检测模块方案分析方案一：使用热敏电阻之类的器件 ，利用感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二：使用温度传感器DS18B20，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温组件，此组件线性度较好。在1根
21、总线上挂接任意多个DS18B20，这样就可以很方便地构成单线多点温度测量系统。DS18B20的测温范围从-55+125，测量精度可以达到0.0625。比较以上两种方案，本次设计选用方案二，采用温度传感器DS18B20。2.1.2 单片机控制模块方案分析方案一：选择AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可程序设计可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用Atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁内存组合在单个芯片中，Atmel的AT89
22、C51是一种高效微控制器。方案二：选择AT89S52单片机AT89S52和8051系列单片机是完全兼容的，其芯片引脚和51单片机是一样的，可直接进行替换。S52比C51,定时器多一个T2，RAM多128B，ROM多4K，中断多2个，多一个看门狗,在掉电、数据指针等方面还有一些改进。AT89S52的最高外接晶振可以达到33MHz，C51只有24MHz。89系列单片机内含Flash内存，因此在系统的开发过程可以十分容易的进行程序修改，反复进行试验，大大缩短了系统的开发周期，同时可以保证用户系统设计达到最优，两者价格接近。比较以上两种方案，本次设计选用方案二，采用AT89S52单片机控制。2.1.3
23、 显示模块方案分析方案一：选择LED显示采用八段数码管显示时，数码管中的每一段相当于一个发光二极管。对于共阳极的数码管，内部每个发光二极管的阳极被连在一起，成为该各段的公共选通线，发光二极管的阴极则成为段选线。而共阴极数码管，则正好相反，内部发光二极管的阴极接在一起，阳极成为段选线。这两种数码管的驱动方式是不同的。当需要点亮共阳极数码管的一段时，公共段需要接高电平，该段的段选线接低电平。从而该段被点亮。当需要点亮共阴极数码管的一段时，公共段需要接低电平，该段的段选线接高电平，该段被点亮。其工作电压低，功耗低，单色性好，响应速度快，体积小，抗振性能和抗冲击性能好。方案二：选择LCD显示LCD是利
24、用液晶分子的物理结构和光学特性进行显示的一种技术。液晶分子是介于固体和液体之间的一种棒状结构的大分子物质，在自然形态，具有光学各向异性的特点，在电(磁)场作用下，呈各向同性特点。显示可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口。所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块，可以和文字画面混和显示。其特点是显示内容丰富，采用数字接口，体积小、重量轻、功率消耗小，但程序设计复杂。比较以上两种方案，本次设计选用方案二，采用LCD显示。2.1.4
25、 键盘模块方案分析方案一：选择独立式键盘 独立式键盘中，各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每根输入在线的按键工作状态不会影响其它输入在线的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态就可以很容易的判断按键是否被按下了。独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单。但每个按键需占用一根输入线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂，故此种按键适用于按键较少或操作速度较高的场合。方案二：选择矩阵式键盘矩阵式键盘由行线与列线组成，按键位于行、列的交叉点上，分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到VCC上。平时无按键动作时，行线处于低电平状态，而当有按键按下时，列线电平为低，行线电平为高。
26、这一点是识别矩阵式是否被按下的关键所在。因此，各按键彼此将相互影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适合的处理，才能确定闭合键的位置。很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口。由于本系统只有四个按键，故选择方案一，采用独立式键盘。2.2 系统原理及设计框图温度传感器从设备环境采集温度，单片机获取采集的温度值，与键盘输入的温度上限、下限进行比较，判断是否启动继电器以开启加热灯，通过对加热器的控制来对当前温度进行调整。综上所述，系统结构框图如图2.1所示。加热灯AT89S52报警装置LCD液晶屏温度传感器继电器键盘图2.1 系统总体设计框图3 系统的硬件电路
27、设计本文所设计的温度调节器的硬件主要由单片机AT89S52最小系统、温度检测电路、LCD显示电路、键盘输入电路、继电器控制的加热灯控制电路及报警电路等组成。单片机AT89S52是整个控制系统的核心，协调系统各部分电路的工作，下面对主要的电路设计进行具体介绍。孵化箱温度控制系统电路如图3.1所示。图3.1 孵化箱温度控制系统电路图3.1 主控制器3.1.1 AT89S52单片机简介AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可程序设计的Flash内存，能够满足设计需求，不需要对内存进行扩展。使用Atmel公司的高密度非易失性内存技术制造，和工业80C51产品的指令与引
28、脚完全兼容。片上Flash允许程序内存在系统可程序设计，也适用于常规程序设计器。在单芯片上，由于拥有8位CPU和在系统可程序设计Flash，让AT89S52单片机为众多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高并且价格便宜的解决方案。3.1.2 AT89S52单片机的引脚图及方框图AT89S52单片机具有以下标准功能：与MCS-51单片机产品兼容，8k字节在系统可程序设计Flash内存，32个可程序设计I/O口线，看门狗定时器，1000次擦写周期，8个中断源，两个数据指针，三个16位定时器/计数器，全双工串行通道，具有片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，空闲模式下，CPU停
29、止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52单片机有40个引脚。其引脚如图3.2所示。 图3.2 AT89S52单片机引脚图AT89S52单片机的内部方框结构如图3.3所示。图3.3 AT89S52单片机方框图3.1.3 AT89S52单片机引脚功能说明VCC（引脚40）：电源。接4.05.0V,正常工作时的电压为+5V。GND（引脚20）：接地。XTAL1（引脚19）：内部时钟振荡器电路的输入端。XTAL2（引脚18）：内部时钟振荡器电路的输出端。P0口：P0.0P0.7
30、(引脚3932)，是一组8位并行I/O口，也可作为地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL电路，是准双向口，需要外接上拉电阻。对其写“1”可作为高阻抗输入口。在访问外部内存时，这组口线可以定义为地址总线或数据总线的低8位。在Flash程序设计时，P0口接收指令字节代码，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要外接上拉电阻。P1口：P1.0P1.7(引脚18)，是自带内部上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口可驱动4个TTL电路。当需要先输入再输出时，应该在输入前先置“1”。在Flash程序设计和校验时，P1接收低8位地址。P1口的部分引脚还具有第二功能，如表3.1所示。表3
31、.1 P1口引脚第二功能引脚第二功能P1.0T2的外部计数输入P1.1T2再装入触发及方向控制P1.5MOSIP1.6MISOP1.7SCKP2口：P2.0P2.7(引脚2128)，是一组带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口可驱动4个TTL电路。在运行中由输出转输入时要在输出前先置“1”。在访问外部数据存储器时，P2接收高8位地址。在只要8位地址时，P2输出锁存器中的内容。P3口：P3.0P3.7(引脚1017)，是一组带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口，P3口可驱动4个TTL电路。P3口除了作为一般的I/O口线外。更重要的用途是它的第二功能，如表3.2所示。表3.2 P3口引脚第二
32、功能引脚功能名称第二功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外中断0P3.3INT1外中断1P3.4T0定时/计数器0外部输入P3.5T1定时/计数器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通RST (引脚9)：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平使单片机复位。ALE/PROG(引脚30)：程序设计时的脉冲输入端和地址锁存使能端。当访问外部程序内存时，ALE将用于锁存地址的低8位地址。不是访问内部存储内存时，ALE有一个时钟振荡频率的1/6的正脉冲信号，它可以用在外部计数或者是时钟信号，需要注意的是，如果访问
33、外部数据存储器的时候，ALE将跳过一个脉冲。PSEN（引脚29）：外部程序内存的读选通。当AT89S52单片机读取外部程序内存指令时，每个机器周期将会产生两次PSEN有效信号，也就是输出两个用于选通的负脉冲。在读取片内程序内存指令和读写片外数据指令时，不产生该脉冲。EA/VPP（引脚31）：外部或内部程序内存访问允许。欲使CPU访问外部程序内存，EA端必须是低电平（接地）。EA端是高电平的时候，CPU访问的是内部程序内存。应当注意的是，在对flash程序设计的时候，该引脚用于输入电压，如果单片机保密位被程序设计，那么复位的时候，EA端状态将被锁存。 3.1.4 AT89S52单片机最小系统设计
34、单片机开发系统的应用一般是以基本的最小系统为基础的，最小系统虽然简单，但是却是大多数控制系统所必不可少的关键部分。所以熟悉单片机的最小应用系统至关重要。所谓的单片机最小系统，是指一个独立可用的单片机最小配置系统。对于AT89S52芯片来说，其内部已经包含了一定数量的程序存储器和数据存储器，在外部只需要增加时钟电路和复位电路即可构成单片机最小系统。晶振电路：晶振电路用于为单片机提供使整个系统正常工作的时钟信号。在单片机系统里，晶振电路的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机工作所必须的时钟频率，单片机执行一切指令都建立在这个基础上，晶振所提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。A
35、T89S52内部有一个高增益反相放大器可以用于构成内部振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出埠。只需要在这两个引脚之间外接一个片外石英晶体振荡器，再外接两个电容C1和C2就可以构成稳定的内部时钟模式。本次设计所用石英晶体的振荡频率为12MHZ，电容C1，C2常选为20pF40pF之间，本次选用30pF。复位电路：由电容串联电阻构成，可以对单片机初始化，使单片机重新开始运行，也可以在单片机程序出错时使系统正常工作。是在程序调试的时候必须要用到的，用来测试程序与硬件是否正确。当系统上电,RST脚将会出现一个高电平,这个高电平持续的时间由电路所选的电阻电容值决定。本次选用10
36、k电阻与10uF电容。最小系统电路如图3.4所示。图3.4 单片机最小系统3.2 键盘输入电路在单片机控制系统中，有时候往往只需要几个功能键，就可以实现需要的功能，此时，可采用独立式按键结构。 独立式按键就是直接用I/O口线构成的单个按键电路，每个按键都单独占用一根线，每个按键工作是时不会影响到其它I/O口的状态。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。在本次设计中，只使用了四个独立按键。sw1（set）用来进行移位,sw2(up)，sw3(down)进行加减控制，用来实现温度上下限的设置，sw4(out)在温度设置完成后进行确定。独立按键电路如图3.5所示。图3.5 按键电路图3.3 显示电
37、路本次设计中的显示电路，采用的是型号为M1602的LCD液晶屏，可以显示设置的温度的上下限与当前温度。其电路如图3.6所示。图3.6 LCD显示电路图3.4温度检测电路3.4.1 温度传感器DS18B20简介本次设计选用的是数字式温度传感器DS18B20，该芯片是美国的DALLAS公司生产的单总线式可程序设计数字温度传感器。它具有微型化、抗干扰能力强、低功耗、高性能、容易配置处理器等优点，可以直接将温度转化成数字信号传递给单片机进行处理，并且在同一根总线上面可以接多个传感器，它具有三引脚TO-92小体积的封装形式，测量的温度范围是55125，可程序设计为912位的A/D转换精度，测温分辨率可以
38、达到0.0625。综上，在本次设计中采用温度传感器DS18B20来测量温度。该芯片的物理化学性能都很稳定，且该组件线形比较好。在测量温度为0100摄氏度时，最大的线形偏差小于1。该芯片可以直接向单片机传输数字信号，更加便于单片机的处理和及时控制。其外形及管脚如图3.7所示。图3.7 温度芯片DS18B20外形及管脚DS18B20 引脚定义：（1）GND接地端；（2）DQ数据输入/输出端。用于寄生电源下，可以向芯片提供电源；（3）VDD 可选择的电源引脚。当工作于寄生电源下，此引脚必须接地。DS18B20温度传感器是一种改进型智能温度传感器，在使用的时候不需要任何外围组件，全部的传感组件以及转换
39、电路都集成在一个形如三极管的集成电路中。其内部结构主要由四个部分组成：64位光刻ROM、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器、温度传感器。芯片的内部结构如图3.8所示。图3.8 温度芯片DS18B20内部结构图3.4.2 温度传感器DS18B20的工作原理温度传感器DS18B20的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，然后传送给计数器1。高温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很明显，其产生的信号用来作为计数器2的输入脉冲信号。预置计数器1和温度寄存器在温度55所对应的基数值。计数器1对低温系数晶振所产生的脉冲进行减法计数。当计数器1的预置被减到0时，温度
40、寄存器的值将会加1。计数器1的预置将被重新装入并且开始对低温系数晶振所产生的脉冲进行重新计数。如此循环下去，直到计数器2计数到0的时候，停止温度寄存器里值的累加，此时温度寄存器的数值就是所测温度。图中所示的斜率累加器作用是修正和补偿测温过程中出现的非线性，其输出是用来修正计数器1预置的值。测温原理如图3.9所示。 图3.9 温度传感器DS18B20的工作原理图3.4.3 温度传感器DS18B20的工作时序DS18b20数字温度传感器单线通讯功能是分时完成的，对时序的要求十分严格，因此读写时序很重要，其延时大多是us级的，DS18B20有六条控制命令：温度转换44H，启动DS18B20进行温度测
41、量；复制暂存器48H，把暂存器中的内容写到EEPROM中；读暂存器BEH，读暂存器9位二进制数字；写暂存器4EH，将数据写入暂存器的TH、TL字节；重新调EEPROMB8H，把EEROM中的内容重新写到暂存器中；读电源B4H，读取DS18B20电源的供电方式。DS18B20初始化：（1）将数据线拉到低电平“0”；（2）延时600us（时间范围为480960us）；（3）将数据线拉到高电平“1”，DS18B20检测到上升沿后会发送存在脉冲；（4）延时45us（如果初始化成功，那么在1560us之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”）；（5）读取存在的信号；（6）延时（450us），让d
42、s18b20释放总线，避免影响到下一步的操作；（7）将数据线再次拉高到高电平“1” 释放总线后结束。初始化时序如图3.10所示。图3.10DS18b20初始化时序图DS18B20的读操作：（1）将数据线拉到高电平“1”;（2）延时1us。（3）将数据线拉到底电平 “0”;（4）延时4us（115us内）;（5）将数据线拉到高电平“1”;（6）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理;（7）延时75us(60us以上)。读时序如图3.11所示。图3.11 DS18b20读时序图DS18B20的写操作：（1）将数据线拉到底电平 “0”；（2）延时60us；（3）按从低位到高位的顺序一次发送一位
43、的形式发送字节；（4）延时75us；（5）将数据线拉到高电平“1”；（6）重复上（1）到（5），直到所有的字节全部发送完为止；（7）将数据线拉到高电平“1”。写时序如图3.12所示。 图3.12 DS18b20写时序图3.4.4 温度传感器DS18B20与单片机的连接本次设计的系统采用了3脚封装的DS18B20，选用加外部电源的工作方式。这种运用方式能加强DS18B20的抗干扰能力，保证它在工作时的稳定性。温度检测电路如图3.13所示。图3.13 DS18B20温度检测电路图3.5 温度控制电路这个部分通过对继电器通断的控制从而控制加热灯，以实现对孵化箱中温度的控制，当前温度低于温度下限的时候
44、，单片机的引脚为低电平，使光耦合导通，驱动三极管继而驱动继电器实现加热灯的导通控制，当温度高于温度上限时，单片机的引脚为高电平，光耦合截止使继电器关断，从而实现对孵化箱内温度的控制。即对被控对象在死循环控制系统中实施控制。为了防止强电对弱电的影响，在单片机与继电器之间加了光耦合进行隔离。光耦合是一种以光为媒介，传输电信号的电一光电的转换器件。对输入、输出电信号有良好的隔离作用。在光耦合输入端加上电信号使发光二极管发光，光的强弱取决于电流的大小，当光线被光探测器介绍到以后，因光电效应而产生光电流，经过进一步放大后输出，这样就实现了电一光电的转换。由于光耦合输入与输出之间互相隔离，而且电信号的传输
45、具有单向性等特点，所以其具备良好的电绝缘性和抗干扰的能力。本次选用光耦合TLP5211，其外形如图3.14所示。图3.14 光耦合TLP5211 继电器是一种当输入量达到一定值时，输出量将会发生跳跃式变化的电控制器件。它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）之间互动关系的能力，一般运用在自动控制的电路中。它实际上就是一种用较小的电流和较低的电压去控制大电流与较高的电压的运作的 “自动开关”，在电路中起着自动调节、转换电路、安全保护等作用。继电器工作只要在线圈的两端加上一定的电压，线圈中就会流过电流，从而产生电磁效应，继电器中衔铁就会在电磁力的吸引下吸向铁芯，从而带动常开触点吸合。当线
46、圈断电后，电磁力消失，衔铁就在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使常闭触点释放。这样吸合与释放，达到了在电路中导通与切断的目的。本次选用松乐SRD-05VDC-SL-C继电器，其外形如图3.15所示。图3.15 松乐SRD-05VDC-SL-C继电器加热灯控制电路如图3.16所示。图3.16 加热灯控制电路三极管是继电器的驱动电路，二极管是用于保护驱动继电器的三极管，避免三极管由导通变为截止时，继电器产生的自感电动势将三极管击穿。3.6 报警电路本次设计的报警系统采用的是压电式蜂鸣器，当温度高于温度上限或者低于温度下限的时候，单片机引脚为低电平，三极管导通，从而使蜂鸣器工作，当温度在设定的温度范围内时，单片机引脚为高电平，三极管截止，蜂鸣器停