鸡舍温度控制器设计与实现

摘要：文章简单介绍了基于AD7416鸡舍温度控制器的设计与实现，通过对现代化养鸡舍的需求分析，给出了基于AD7416鸡舍温度控制器的设计与实现方案。生产实践表明，基于AD7416鸡舍温度控制器的设计与实现能够实时准确测量鸡舍温度，并将温度保存起来，从而控制了由于工人的懒惰而造成的经济损失。使温度控制器实现了温度的实时测量、保存、高低温报警。

关键词：AD7416；鸡舍温度控制器；测量；保存；报警

中图分类号： TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-04-0278-2

0 引言

随着科学技术的飞速发展，现代化养鸡对温度控制要求也越来越高。而传统的测温电路，其精度比较低，电路也比较复杂，要求工人工作主动性比较高，智能性较差，同时需要进行温度的校准、补偿，并且体积较大，使用不方便，在很大程度上影响了现代化养鸡现场温度控制的实际需要。为满足现代化养鸡的需要，设计出数字温度测量、保存、控制温度系统已经是很迫切的问题之一。

1 总体方案设计

温度检测系统有其共同的特点：环境复杂、布线分散、现场离监控室较远等。若采用一般温度传感器采集信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。然而，由于鸡舍环境比较复杂，各种因素会造成检测系统较大的偏差；信号传输距离远及各种干扰影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。那么如何解决现代化养鸡舍的这些问题，就成为了本系统设计的难点和重点。

1.1 方案选择

设计方案一：利用DS18B20和单片机完成实时温度检测系统的设计。

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。但是在恶劣的环境下其受到的影响较大，出现检测精度不高，容易受到干扰的毛病。

设计方案二：利用AD7416和单片机完成实时温度检测系统的设计。

在温度测量系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样后进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采取措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片AD7416进行温度测量，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电路。切该芯片的物理化学性质很稳定，能用作工业测温元件。AD7416的最大特点之一，就是采用了I2C总线进行数据传输，由数字温度测量芯片AD7416和AT89C51构成的温度测量装置，直接输出数字信号。这样，测温系统的结构就比较简单，轻松组建传感器网络。

综上所述，选择设计方案二。

2 温度控制器系统硬件设计与实现

2.1 AD7416的概述及应用

AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包括温度传感器和10位模数转换器，可将感应温度转换为0.25℃，量化间隔的数字信号。用数字温度传感器AD7416设计各种控制系统，体积小、功耗低、编程简单操作方便。芯片带有自动比较、可编程控制输出端OTI，另外，AD7416功耗低，可以编程控制工作与休眠状态的切换，在低功耗系统设计中也有广泛应用。

该设计用到的温堪检测芯片为 AD7416。AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包含有带隙温度传感器和10位模数传感器，具有8引脚SO-8和RM-8封装形式。测温分辨率可达0.25℃可以进行高/低温度门限的设置，具有l2C总线接口等特点,是LM75的升级替代产品。

AD7416 可进行该多级联8片芯片，组成多回路温度检测系统。测量温度范围为-55℃～+125℃。现场温度直接以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。

2.2 AD7416接口应用

系统中AD7416部分硬件原理图如图1所示，A2、A1、A0接低电平，在八位地址中，高四位为1001表示选中7416，次三位为A2、A1、A0表示的地址，最低位表示读写，所以应用中AD7416 的写地址为10010010B，读地址为10010011B。本例中仅使用AD7416进行测量温度，OTI悬空，没有利用。串行时钟、数据总线对应连接处理器的时钟、数据总线端口。

2.3 主控电路设计

本系统选用STC89C51，可以代替AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。外型：40个引脚，双列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其他51单片机的，而51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的，所以，教材最多，例子最多。STC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等。

2.4 报警硬件电路设计

任何系统在设计时，都必须考虑到系统不能按照人们预期的模式工作时，怎样才能提醒操作人员。通常情况下设计者会考虑使用蜂鸣器或者发光二极管，该设计采用发光二极管来提示操作人员，系统采集到的实时温度已超出所设定的高低温门限值系统报警电路图。

当系统正常工作时，LED3被点亮，说明AD716采集到的实时温度在高低门限值之间。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时温度超出程序所设定的高温门限时，LEDI被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要开启风机。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时度超出程序所设的低门限值时，LED2被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要给炉子加煤提高鸡舍内温度。

3 温度控制器系统软件设计与实现

单片机的程序设计有其自身的特点.。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。

软件程序的设计是根据硬件电路圈的连接和各个元器件的功能进行设计。编写软件时，可以根据各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。该设计按整体功能可分成多个不同的模块，有主程序、定时器中断服务子程序、温度采样子程序、显示子程序等模块。然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。

3.1 主程序部分

该软件设计的主要思想是首先把温度传感器采集出来的模拟信号转换为数字信号，然后再将该数信号送往8位7段LED 进行显示。根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行系统流程图的设计，首先我们要解决的是系统主流程图的设计，下面就对系统主程序进行详细介绍。系统主流程图如图1所示：

图1

3.2 定时器设计

单片机上电复位后，首先进行系统初始化，如对定时器T0、数字温度芯片AD741进行初始化。初始化完成后，调用显示子程序进行显示；调用键盘扫描子程序判断是否有按键按下；判断10秒定时标志位是否置位，未置位则继续显示当前温度值；置位则调用温度采样子程序进行温段采集和数据处理，同时将10秒定时标志位清零。

STC89S51芯片内含有两个可编程定时器/计数器，分别称为定时器/计数器 0和定时器/计数器1。它们都是16位加法计数器结构，分别由THo(地址8CH)和TLo (8AH)及THI(8DH)和TLI(8DH)两个8位计数器组成。这四个计数器属专业计数器之列。

定时功能是通过计数器的计数来实现的，定时器的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每个机器周期定时器加1，而一个机器周期等于12个振荡脉冲周期。所以，定时器的计数频率为晶振频率的1/12。以l2MHz为例，计数频率为lMHz, 即每微秒计数器加1。

程序如下：

void t0_int() interrupt 1 using 1

{ TH0 = def_th0;

TL0 = def_tl0;

t1ms_cnt1++;

dis_cnt++;

readdata_time++;

………………………….

3.3 用户使用

根据鸡舍温度的环境需要，用户可以通过控制器的按键对一些参数进行调节，如采样时间，高低温报警温度等。鸡舍温度控制器通过设置好的参数实现现场采集温度，保存温度实现了对鸡舍温度的监测，控制。如图2所示。

图2

4 结束语

本课题研究的根本思想是硬件电路的搭建和软件的编程思想，由理论来指导实践.并从实践中完善理论。本次设计以数字温度芯片AD7416和单片机STC89C51构成数字温度测量系统，以数字温度芯片的高集成化来简化系统的复杂性；以单片机较强的处理问题的能力来优化系统的快速性，从而使得其应用领域也在迅速扩大。

通过对系统的深入认识后，可以知道温度测量装置性能的优劣 要取决于采用的传感器元件和处理电路的性能。过去多采用单片的温度传感器，例如Pt100、AD590，这些芯片不仅体积大，而且输出的信号都是模拟信号，必须要经过A/D转换后才可以被处理器识别。而且没有数字通信和网络功能。这使得温度测量系统的硬件结构比较复杂。而AD7416智能数字温度传感器称积小、数字化、精度高、接线简单，可以在多种温度测量场合代替传统的温度传感器，因此采用数字温度传感器AD7416和处理芯片STC89S51具有良好的技术指标，从而实现对鸡舍温度的采样、处理及控制。

参考文献

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