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安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

基于单片机的温度控制器的设计

摘要

温度的检测与控制是工业生产过程中必不可少的程序之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发势在必行，本文设计了一种基于AT89C51的温度检测及报警系统。该系统将温度传感器 DS18B20。通过模拟放大电路接在模数转化器ADC0809的输入端,然后将 ADC0809 的输出端接在控制器的一个端口上，就可以对传感器温度进行采集将采集到的温度值与设定值进行比较,并适当调节其温度。

本文从硬件电路的设计、软件设计两方面介绍了51单片机温度控制系统的设计思路，对硬件原理图和程序框图作了简单的描述，对设计的实现过程和调试过程也做了相应的说明.经实验测试表明,该系统测量精度高、抗干扰能力强、报警及时准确，具有一定的参考价值。

本课题主要对实现了双通道的温度自动控制系统的说明,并且系统设计和布线简单,结构紧凑,体积小,重量轻,抗干扰能力强,性价比高,扩展方便,实现一个主机对多个系统进行控制，解决了单个的主机对各个温控的对象进行控制显得资源浪费现象，有利于节约资源，在大型仓库，工厂，智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。 关键词:ADC0809;AT89C51; DS18B20; 温度控制

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

Design of temperature controller based on MCU

Abstract

Temperature detection and control is one of the indispensable in the process of industrial production process, as the sensor is more widely used in the production and life, using new type single bus digital temperature sensor for temperature test and control, it is imperative to get faster development, this paper designs a temperature detection and alarm system based on AT89C51. The system will be the temperature sensor DS18B20. Through analog amplifying circuit in the input end of the AD converter ADC0809, then to connect the output of the ADC0809 on one port of the controller, temperature sensor for acquisition, will be collected temperature comparing with set point, when less than set the upper limit of temperature, by opening the heating circuit to keep the temperature to cool naturally.

In this paper, from two aspects of the design of hardware circuit, software design, this paper introduces the 51 single chip microcomputer temperature control system design idea, the hardware principle diagram and the program diagram for a simple description of the implementation process of the design and debug process also made the corresponding instructions. Through experimental tests show that the system is high accuracy, strong anti-jamming capability, alarm in time accurately, has a certain reference value.

This topic is mainly to realize the automatic temperature control system of dual channel, and the system design and the wiring simple, compact structure, small volume, light weight, strong anti-interference ability, high cost performance, convenient extension, implement a host to control multiple systems, a single host to solve various temperature control for the controlled object appear waste resources phenomenon, which saves resources, in large warehouses, factories, the multipurpose temperature test of intelligent building and other fields have broad application prospects.

Key words: ADC0809; AT89C51; DS18B20 ; Temperature control

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目录

引言 ............................................................................................................................................ 1 第一章 绪论 .............................................................................................................................. 2 1.1 课题的学术背景及研究意义 .......................................................................................... 2 1.2 课题在国内外的发展状况 .............................................................................................. 2 1.3 课题研究的主要内容 ...................................................................................................... 3 第2 章 温度控制器的设计方案 ............................................................................................. 4 2.1系统整体方案和结构 ....................................................................................................... 4 2.2系统方案的选择与说明 ................................................................................................... 4 2.2.1主机模块 .................................................................................................................... 4 2.2.2 显示模块 ................................................................................................................... 5 2.2.3 温度测量 ................................................................................................................... 5 第 3 章 温度控制器的硬件电路设计 .................................................................................... 6 3.1 51单片机的介绍与选择 .................................................................................................. 6 3.2温度传感器的介绍与选择 ............................................................................................... 8 3.2.1 DS18B20性能 ........................................................................................................... 8 3.2.2 DS18B20外形及引脚说明 ....................................................................................... 8 3.2.3 DS18B20接线原理图 ............................................................................................... 9 3.3 模数转换部分 .................................................................................................................. 9 3.3.1 模数转换技术 ........................................................................................................... 9 3.3.2显示模块电路 .......................................................................................................... 10 3.3.3供电系统电路 .......................................................................................................... 11 3.4报警电路 ......................................................................................................................... 11 3.4.1报警电路原理图 ...................................................................................................... 11 3.4.2报警电路说明 .......................................................................................................... 12 3.5时钟电路 ......................................................................................................................... 12 3.5.1时钟电路原理图 ...................................................................................................... 12 3.5.2时钟电路说明 .......................................................................................................... 13 3.6 复位电路 ........................................................................................................................ 13 3.6.1复位电路原理图 ...................................................................................................... 13 3.6.2复位电路说明 .......................................................................................................... 13 3.7按键电路 ......................................................................................................................... 14 3.7.1按键电路原理图 ...................................................................................................... 14 3.7.2按键电路说明 .......................................................................................................... 14 第4章 软件设计 .................................................................................................................... 15 4.1 软件组成 ........................................................................................................................ 15 4.2 主程序模块 .................................................................................................................... 15 4.3 数据采集模块 ................................................................................................................ 16 4.4 温度设置模块 ................................................................................................................ 19 第5章 结论与展望 ................................................................................................................ 21 致谢 .......................................................................................................................................... 22

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

参考文献 .................................................................................................................................. 23 附录 .......................................................................................................................................... 24 附录A 硬件电路图 ............................................................................................................ 24 附录B 外文文献及翻译 .................................................................................................... 25 附录C 主要参考文献的题录及摘要 ................................................................................ 33 附录D 软件程序 ................................................................................................................ 35

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表格清单

表3-1 P3引脚功能表 ................................................................................................................... 7

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

图表清单

图3-1 最小的单片机原理图 .................................................................................................... 8 图3-2 DS18B20接线原理图 .................................................................................................... 9 图3-3 显示模块电路原理图 .................................................................................................. 10 图3-4 电源电路原理图 .......................................................................................................... 11 图3-5 报警电路原理图 .......................................................................................................... 12 图3-6 时钟电路原理图 .......................................................................................................... 13 图3-7复位电路原理图 ........................................................................................................... 13 图3-8按键电路原理图 ........................................................................................................... 14 图4-1主程序模块的程序流程图 ........................................................................................... 16 图4- 2数据采集模块流程图 .................................................................................................. 17 图4- 3写时序流程图 .............................................................................................................. 18 图4- 4读时序流程 .................................................................................................................. 19 图4- 5选定程序值流程图 ...................................................................................................... 20

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引言

温度在我们日常生活中处处存在，因为温度控制关联着生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题，因此对温度的的检测与控制是在工业生产和日常生活十分重要，如锅炉、温室、养殖场和冷冻室等[1]。在现今社会中,随着单片机和其相关电子技术飞速发展, 应用领域不断延展，利用单片机和温度传感器对温度进行精确测量的同时,可以大大提高了生产的自动化程度, 成本低廉, 应用十分广泛。

本次设计利用单片机通过DS18B20 采集温度，温度信息主要是由传感器进行测量,温度信息主要是由传感器进行测量,并转换成为毫伏级的电压信号,把经过的信号放大电路,就会把弱电压信号逐渐放大到单片机可以处理的范围以内。再经过输入A/O转换器来转换到数字信号,并且输入到主机中去。在单片机对信号进行采集的时候,若要更大程度上的提高测量的精度,则在采样的时候就必须对信号进行数字滤波[1]。这个时候,信号经过数字滤波以后,标度就会被转换出来,并通过LCD把温度显示出来。此外,还可以将该温度值与已经设定的温度值进行比较,根据两者之间存在的偏差值的大小,按照积分分离的算法得出最后的输出控制量值。在通过输出控制量的数值来确定导通的时间以及所需加热的所用的功率,从而来有效的调节温度环境。整个系统设计中,主要的目的就是为了能够使单片机对于温度进行实时的检测和控制,用来解决工业以及日常生活中对温度控制遇到的问题,而且可以运用十进制的数码来显示实际的温度值,便于人们的监视,另外,我们人为的在键盘上输入人工设置的温度范围,可以方便温度控制器在不同的范围查看温度[2]。因为如果当实际的温度不在规定范围内,那么系统将会自动调节温度,以确保温度的稳定性,实现自动控制的目的。并把温度的区分在规定的1℃内,这样当环境温度出现变化的时候,那么温度控制的静态误差就会小于等于0.5℃。在整个系统设计中,主要的目的就是检测和控制温度,使测控的精度更加准确,尽量使整个系统稳定性更好、可靠性更高并且速度较快,具备灵活性[3]。

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

第一章 绪论

1.1 课题的学术背景及研究意义

不论是对于工业生产还是对于人们的日常生活,温度的变化都会对其产生一定程度的影响。所以,适时和恰当的温度控制对生产生活具有非常重要的作用。在过去的时间中,对温度的控制总是采用常规的模拟调节器,然而,这种调节器存在一些缺点，比如控制精度低,具有滞后、非线性等特点。-本文将采用微电子技术来提高温度控制的精度,因为微电子技术的电路设计简单,控制效果好,具有很强的实用性。众所周知,在现代工业测控领域中,单片机系统的开发和运用给其带来了全新的技术创新和变革。而且,自动化和智能化程度的高低均依赖于是否使用单片机。试想:将单片机的温度控制方法如果能够运用到温度控制系统中的话,那么,就可以在一定程度上缓减和克服温度控制系统中存在的滞后现象,同时在很大程度的上,单片机的使用可以提高温度的控制效果以及控制精度。在工业自动化控制中,温度的控制一直都占有非常特殊的地位。比如说:在正常的钢铁冶炼过程中,就要对刚出炉的钢铁进行特殊的热处理后,才能达到要求的性能指标。再比如说,在塑料的生产过程中,不同的生产工艺中也要求保持不同的温度。随着科学技术的快速发展,各个科研领域对自动控制系统的控制精度、响应的速度、稳定性与自适能力的要求也越来越高。而且,被控对象的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合,或生产过程中偶尔的随机扰动、现场测试手段不完善等各种不确定性的因素,都会使温度控制难以达到一个理想的程度。现代自动控制一直朝着智能化的方向发展,而且很多自动控制系统中都使用了工控机,小型机、甚至是巨型处理机等等。这些处理机都有很多的共性,比如说:运行速度很高,内存很大以及大量的数据存储器。有些小规模的系统,处理机的所用成本为系统总成本的比例高达20%多,因此对于这种一些小型的系统来说,可以不必要配置一个相对高速的处理机,以节约经济支出[4]。所以用成本低廉的单片机控制小型机是非常适合的。随着电子技术的发展,单片机技术也得到了快速的发展,在集成度,速度,低功耗以及性能方面都有着显著的改善。伴随着科学技术的发展,现在已经可以完全运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测,并且还可以做到多点的温度检测,如果对此原理图稍加改进,甚至可以进行远程温度监控,这将会具有更大的实用价值[5]。 1.2 课题在国内外的发展状况

目前，国内外的各种温度采集控制系统的技术已经很成熟，在实际应用中也非常普遍。基于应用目的的不同，有各种类型的温控系统，如：有基于微机的温控系统、有基于 DSP 芯片的温控系统、有基于单片机的温度控制系统[6]。虽然这些系统不尽相同，但它们的基本原理和完成的功能都大致一样。首先，由温度传感器负责采集温度，经过信号放大、滤波等处理后进行转换，把温度数据转换为数字信号；数字信号最后送入控制系统进行相应的处理和显示，系统根据处理结果发出相应的控制信号。 加拿大的CSI集团公司根据声学高温测量原理研究开发出了名为BOILERWATCH的锅炉膛温度场实时监测系统，该系统可以设计成测量8条单一路线上的平均温度或按阵列编排的多达 24 条路线来测量温度的分布。BOILERWATCH 测得的温度数据值可以直接从输入厂内的分散控制系统（DCS）、数据采集系统（DAS）或输入计算机供数据显示和提取。可通过 DCS 来向运行人员提供温度—时间曲线，或在一台装有 CSI 公司的 TMS—WIN 软件的计算机屏幕上显示出来，也可以通过 TMS—WIN 软件令计算机画出空间温度分

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布形态或提供其它的数据显示公式[7]。

温度测量技术：接触式测温、非接触式测温、辐射式测温。温度控制技术：智能温度控制法、PID 线性控温法、定值开关控制法。本论文采用的是接触式测温，定值开关控制温度法。主要目的是实现温度的自动控制，保证水温在所设定温度范围内正常运作，此系统主要由温度采集系统、显示系统、报警系统、加热控制单元、输入设定等部分组成。通过以上系统能够做到设置水温范围以及自动调节水温。如果温度在设定值范围内，则系统正常工作；如果低于设定的下限值，系统显示低温警报信号并保持加热装置为水箱加热；如果超出温度范围上限值，系统发出高温警报并控制系统负载停止工作。 1.3 课题研究的主要内容

本设计的内容是温度测试控制，控制对象就是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如浴室、水池、电源等场所的温度控制。而以往温度控制大多数是由人工完成的,但是对于温度的检测却不够重视，以致于许多的意外发生都是由于对温度的检测的误差所导致的。本文将采用了单片机对温度实现自动控制。主要实现的功能有:对于被测控对象的温度进行实时采集，采用的方法主要是通过一传感器（ DS18B20）将温度转变模拟电信号,然后再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机（AT89C51）中，最后单片机将传感器所采集到的温度和预先设定好的温度进行数值上的对比，当对于小于设定值时将发出信号,并启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，让其自然冷却,从而使得被控温度控制在一定的范围之内,达到实时控制的功能。通过一系列的对温度的改变是其达到可以自动控制温度，满足该设计的要求。

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

第2 章 温度控制器的设计方案

2.1系统整体方案和结构

由于本课题主要要求的是，完成一种基于51单片机和DS18B20温度传感器共同控制的一种自动控制系统，具有温度检测、温度范围设置、温度显示、温控控制信号输出等功能。本文对于温度控制系统硬件部分的研究，按功能大致可以分为以下几个部分：单片机主控模块、数模转换电路、显示电路、电源电路、声光报警电路等。硬件总体结构框图如图2-1所示。由结构框图可见，温度控制系统是以单片机为控制的主机，主控模块由扩展外部存储器构成。被测对象的温度，由DS18B20温度传感器检测温度。转化的数字信号将传输给给单片机让其对其数值进行处理，一方面将测得的温度值通过控制面板上的LCD显示器显示出来；另一方面将该温度值和设定的温度值相比较，根据其偏差值的大小,采用控制算法进行运算，最后通过单片机的输出管脚输出控制信号[8]。进而对被测物体温度进行控制。如果实际测得的温度值超过，或低于系统给定的极限安全温度，保护电路会做出反应，同时报警电路报警响起，从而保护被测对象。单片机快速、准确的进行温度数据采集、然后处理、显示温度和控制主要是时钟电路，提供的时钟频率，使单片机能正常的处理许多任务。其结构方案图如图2-1。

温度控制器DS18B20电源电路报警装置单片机被测对象温度设定显示温度加热制冷继电器

图2-1结构方案图

2.2系统方案的选择与说明 2.2.1主机模块

方案一：

ARM处理器为RISC芯片，是32位的微处理器。具有体积小、功耗低、高性能，

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功能强大等特点，支持16位32位双指令集，能很好的兼容8位/16位器件，共有37个寄存器，是目前应用于嵌入式系统的主流处理器[9]。因此，使用ARM处理器来作为本课题的主控制芯片是可行的，但是其成本相对较高。 方案二：

51内核单片机是典型的微控制器，其广泛应用于工业控制领域。目前应用广泛的单片机类型有51单片机、AVR单片机、PIC单片机等。其中STC12C5A60S2单片机属于增强型单片机，具有高速，宽电压，低功耗，低成本,根据本课题的设计要求可知，使用51单片机实现所有功能。

根据以上说明可知，方案一功能强大，但是由于成本相对较高，而方案二也可以实现课题所有要求，并且成本非常低。因此本课题决定采用方案二，单片机STC12C5A60S2单片机作为主机主控制芯片，而从机控制芯片则选择成本更低的AT89C51单片机作为控制芯片。 2.2.2 显示模块

方案一：

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶，能够同时显示32个字符（16列2行）。具有微功耗，体质小，显示内容丰富，超薄轻巧，成本低等特点。可以使用其作为本课题的显示模块。 方案二：

LCD12864是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行多种接口方式，其中包含了国际一级，二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其分辨率为 128x64。使用该液晶可以在满足要求的同时还可以显示图像文字。并且具有操作简单，低电压低功耗，功能强大等特点。

根据以上说明可知，由于本课题需要测量显示的数据较多，并且需要根据特定要求进行人机交互设置操作，因此选择方案二中的LCD1602作为主机模块的液晶显示模块可以达到很好的显示效果，且价格低廉。 2.2.3 温度测量

方案一：

使用热敏电阻作为感温器件。音位热敏电阻为半导体材料，且为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化则会造成大的阻值改变，因此本试验中它是最灵敏的温度传感器。热敏电阻具有灵敏度高，工作温度范围宽，体质小使用方便等特点。但是由于热敏电阻的线性度极差，不易控制，因此用来测量温度的精度就相应的降低了。 方案二：

使用DS18B20数字测温传感器作为测温元件。它只用一条线进行输入输出，因而与之接口的微处理器也只需要一条口线与之通信。它不需要任何外围元件即可检测温度，并转换成数字量传给上位机（微处理器）。这种单线传输方式，大大提高了系统的抗干扰性，适合在恶劣环境的现场进行温度测量。并且由于DS18B20本身测温系统简单，测温精度高，连续方便，占用口线少,测温误差小，分辨力高，抗干扰能力较强，能远程传输数据，而且用户可设定温度上、下限，使其具有越限自动报警功能，并且自带串行总线接口，适配各种微控制器，因此本次设计选用DS18B20作为测温元件。

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第 3 章 温度控制器的硬件电路设计

3.1 51单片机的介绍与选择

51单片机系列是将运算器、控制器、存储器和各种输入／输出接口等计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其具备其全部功能，这样就能得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只是一个单个芯片，但它的组成和功能上已经具有了计算机系统的特点，因此称之为单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer)，简称单片机。又因为其体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高，特别适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。因此本次毕业设计所采用的是 AT89C51。以下简述本次毕业设计所用到的与其相关的知识[10]。

1、主要特性：

（1）与MCS-51 兼容，

（2） 4K 字节可编程闪烁存储器，寿命为1000 次写/擦循环，数据可保留时间为10 年 ，

（3）全静态工作：0Hz-24Hz ， （4）三级程序存储器锁定 ， （5）128X8 位内部RAM ，

（6）4 个I/O端口，共32 根可编程口线 ， （7）两个16 位定时器/计数器， （8）5 个中断源， （9）可编程串行通道 ，

（10）低功耗的闲置和掉电模式， （11）片内振荡器和时钟电路 ， 2、管脚说明：

AT89C51的管脚布置如图3-2 所示 VCC：供电电压。 GND：接地。

P0：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。

P1：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。

P2：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL 门电

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流。当P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示:P3口管脚备选功能

P3.0 RXD（串行输入口）； P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断0）； P3.3 /INT1（外部中断1）； P3.4 T0（记时器0 外部输入）； P3.5 T1（记时器1 外部输入）； P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）； P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）；

P3同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入端，当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。

PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现。

EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA 将内部锁定为RESET；当EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP）。见插图3-1 AT89C51管脚,由此单片机构成的最小单片机原理图如图3-1，表3-1为P3引脚功能表。

表3-1 P3引脚功能表 端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD (串行输入口) TXD (串行输出口) INT0 (外部中断0) INT1 (外部中断1) T0（定时器0） T1（定时器1） ER（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 7

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SV1234567891011121314151617181920P11P10P12P13P14P15P16P17RSTP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36/WRP37/RDXTAL2XTAL1GNDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EAALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P204039383736353433323130292827262524232221VCCSVS15V

图3-1 最小的单片机原理图

3.2温度传感器的介绍与选择 3.2.1 DS18B20性能

在传统的模拟信号远距离传送的测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点切换误差问题和放大电路的零点误差问题等技术。另外考虑到一般的测量现场的电磁环境非常的恶劣，各种干扰信号较强，模拟信号很容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力较强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效的方案。在实际的温度测量过程中被广泛应用，同时也取得了良好的测量效果[11]。

3.2.2 DS18B20外形及引脚说明

1、DS18S20 的适应电压范围更宽，其范围为：3.0-5.5V，而且它能够直接由数据线获取电源 (寄生电源)，无需外部工作电源。

2、DS18S20 提供了9-12位摄氏温度测量，具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。

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3、DS18S20 通过1-Wire 总线与中央微处理器通信，仅需要单根数据线(或地线)。同时，在使用过程中，它不需要任何的外围的元件，全部的传感元件和转换电路集成在形状如一只三极管的集成电路内。

4、DS18S20 具有-55°C 至+125°C 的工作温度范围，在-10°C 至+85°C 温度范围内精度为±0.5°C。

5、每片 DS18B20 具有唯一的 64 位序列码，这些序列码允许多片 DS18B20 在同一条 1-Wire 总线上工作，因而，可方便地使用单个微处理器控制分布在大范围内的多片DS18S20 器件。

6、DS18S20 的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，同时还可以传送给CRC 校验码，它具有极强的抗干扰纠错的能力。

7、DS18S20 具有负载特性，当电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但是不能正常的工作。 3.2.3 DS18B20接线原理图

由上DS18B20原理,画出DS18B20接线原理图如图3-2

存储器与控制逻辑VD1CGNB内部VDDVD264位ROM和单总线接口高速缓存电源检测温度传感器高温触发器低温触发器配置寄存器8位CRG发生器 图3-2 DS18B20接线原理图

3.3 模数转换部分

模数转换是将模拟输入信号转换为 N 位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便地实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越 来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。与之相应的是，作为模拟系统和数字系 统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接[12]。 3.3.1 模数转换技术

本次设计还涉及到数模转换技术，而模数转换技术包括采样、保持、量化和编码四 个过程。

1．采样就是将一个连续变化的模拟信号 x(t)转换成时间上离散的采样信号 x(n)。

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根据奈奎斯特采样定理，如果采样频率 fs 大于或等于 2fmax(fmax 为 x(t) 对于采样信号 x(t)， 最高频率成分)，则可以无失真地重建恢复原始信号 x(t)。实际上，由于模数转换器器 件的非线性失真、量化噪声及接收机噪声等因素的影响采样速率一般取 fs=2.5fmax。通常采样脉冲的宽度 tw 是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。

2．要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。

3．量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问 题就是量化误差。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化 间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。

4．编码是将量化后的信号编码.成二进制代码输出，这些过程有些是合并进行的，例如采集样本和保持就是利用同一个电路完成的，量化和编码也是在转换的过程中同时进行的，所用掉的时间是保持时间的组成成分[13]。 3.3.2显示模块电路 显示模块电路原理图如图3-3

1R1VCC2GNDVCC34VORESVRP25P26P27P00P01P02P03RS567DB0RWE8910DB1DB2DB3DB4P04P05P06P071112DB513DB6141516DB7BG VCCVCCBG GND

图3-3 显示模块电路原理图

显示模块电路说明

本课题主要使用1602液晶屏进行采集数据的显示，电路原理图如图4-4所示，根据1602液晶屏的特征，本系统中采用并行数据传输方式。因此，LCD1602的引脚7到引脚14直接接到单片机的P0口用于并行数据传输，电位器用于液晶屏对比度的设置。管脚2、15、16为电源供电接入

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3.3.3供电系统电路

（1）电源电路原理图如图3-4

RBVCCRes21K Header1p2121PBHeader78l0523VCC123SSSSWSPST

图3-4 电源电路原理图

电源电路说明在本系统中提供了两种供电方式，方便系统在不同的环境中使用。供电系统原理图上图所示。其中一种供电方式为外部电源供电方式，一种为电源线供电方式。外部电源供电在电路设计中通过插针引出两个引脚负责外接其他电源，而电源要求供电必须在5V，因为此时接入的电路并没有相应的保护电路。电源线电源供电使用了三端稳压芯片7805进行稳压后再输入到系统，使整个系统的工作电压稳定在5V左右。因为稳压芯片7805的输入极限值最大为36V。因此，按照理论值通过外部电源供电时，可输入引脚最大电压为36V。因为单片机的工作电压是3.3V至5.5V，因此输入小于4.8V时单片机一样能工作，只要7805芯片的输出电压在3.3V至5V之间，单片机均可正常工作。另外需要说明的是电源线接口不具备数据传输功能，只是单纯的供电输入[14] 3.4报警电路 3.4.1报警电路原理图 报警电路原理图如图3-5

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VCCR4Res21kLS1LEDD1Res2BELLR2500Res2R3LED2500

图3-5 报警电路原理图

3.4.2报警电路说明

说明本课题采用的报警电路主要分为两个部分：一个部分是使用三极管作为开关作用，用于驱动蜂鸣器报警；第二不是是LED报警指示灯。设计中采用PNP三级管作为驱动电路的组成，其发射极接上高电平，集电极对接上蜂鸣器的正极，通过对基极电流和电压的输出，来控制三级管的截止、放大、饱和状态。当其处于饱和状态的瞬间，将驱动蜂鸣器报警，集电极输出一个高电平给蜂鸣器。此时对应的LED1和LED2分别为两路温控系统的报警指示灯。当蜂鸣器响时，相应的报警指示灯将会根据程序的要求进行闪烁，从而达到报警的状态。三极管的基极上接有个1K的偏置电阻，用以提供相应的偏置电压，控制三极管的工作状态。单片机的P1.0管脚接的是三级管的基极。P2.2、P2.3分别是的是两路温控通道的LED1和LED2报警指示灯。 3.5时钟电路 3.5.1时钟电路原理图

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XTAL1XTAL2YIRSTP3.7(RD)C112MC2P3.6(WR)

图3-6 时钟电路原理图

3.5.2时钟电路说明

实时时钟模块主要用于实时时间显示以及测量数据时间的记录。电路原理图如图4-5所示。根据51系列单片机的芯片说明，在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振的取值范围一般为0~24MHz，常用的晶振频率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的单片机还可以选择更高的频率。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用20~30pF的瓷片电容。而本设计采用12MHZ晶振和30PF的电路。 3.6 复位电路 3.6.1复位电路原理图

SW-PBRCS2VCCC3图3-7复位电路原理图

R5

3.6.2复位电路说明

单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大，需要的复位时间越短。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。单片机的复位条件：必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。按键复位电路中，当

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按键没有按下时，电路同上电复位电路。如在单片机运行过程中，按下RESET键，已经充好电的电容会快速通过200Ω电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。 3.7按键电路 3.7.1按键电路原理图

SW-PBSW-PBSW-PBSW-PBVCCP3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.4(T0)P3.5(T1)EA/VPP在

图3-8按键电路原理图

3.7.2按键电路说明

键盘电路设计是用四个控制键盘组成，它具有单片机最简单的输入设备通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话，本设计由于单片机I/O口资源丰富，故采用独立键盘的形式，而不需要采用矩阵键盘，使用矩阵键盘能大量的节约单片机的I/O资源，方便快捷独立键盘虽然占用了I/O资源，但是运用灵活，很适用键盘少的电路。将以上各模块按照要求进行组线连接绘制成总电路图，总电路图见附录A。

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第4章 软件设计

在微机测控系统中，软件与硬件都是非常重要。系统的躯体是硬件，灵魂则是软件，硬件电路在系统中设计好之后，软件是系统功能实现的主要方式，而且测控系统的性能的主要方式，测控系统的性能.很大程度上是由软件设计实现的。为了达到系统的要求，编制软件时一般要符合以下基本要求[15]：

一、易理解性、易维护性要达到易理解和易维护等指标；在软件的设计方法中，结构化设计是最好的一种设计方法，这种设计方法是由整体到局部，然后再由局部到细节，先考虑整个系统所要实现的功能，确定整体目标，然后把这个目标分成一个个的任务，任务中可以分成若干个子任务，这样逐层细分，逐个实现。

二、实时性是电子测量系统的普遍要求；即要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。近年来，由于硬件的集成度与运算速度的提高，配合相应的软件，实时性比较容易满足设计要求。

三、准确性对整个系统具有重要意义，尤其是测量系统，系统要进行一定量的运算，算法的正确性和准确性对结果有着直接的影响，因此在算法的选择、计算的精度等方面都要符合设计的要求。

四、可靠性；是系统软件最重要的指标之一，作为能够稳定运行的系统，抗干扰技术的应用是必不可少的，最起码的要求是在软件受到干扰出现异常时，系统还能恢复正常工作。

系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。 4.1 软件组成

由于整个系统软件相对比较庞大，为了便于编写、调试、修改和增删，系统软件的编制采用了模块化的设计。即整个控制软件由许多独立的小模块组成，它们之间通过软件接口连接，遵循模块内部数据关系紧凑，模块之间数据关系松散的原则，按功能形成模块化结构。系统的软件主要由主程序模块、数据采集模块、数据处理模块、控制算法模块等组成。主模块的功能是为其余几个模块构建整体框架及初始化工作数据采集模块的作用是将转换的数字量采集并储存到存储器中数据处理模块是将采集到的数据进行一系列的处理，介绍本系统几个主要的程序模块。 4.2 主程序模块

主程序模块要做的主要工作是上电后对系统初始化和构建系统整体软件框架，其中初始化包括对单片机的初始化、LCD1602液晶屏初始化，DS18B20初始化，以及对各器件初始化等。然后等待温度设定，刚开始会给液晶屏的温度由程序已经设定好初始化数据，然后对键盘进行扫描，检测判断系统运行键是否按下，若检测到相关的键盘有按下，则相当于给单片机一个输入指令，说明系统运行，则依次调用各个相关模块，并执行相应的程序指令，循环控制直到系统停止运行。如图4-1所示：主程序模块的程序流程图。

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开始液晶、温度采集等各部分的程序初始化采集当前温度液晶显示当前温度比设定温度高温输出控制信号维持现状低温输出控制信号YES设定温度键盘扫描NO

图4-1主程序模块的程序流程图

4.3 数据采集模块

数据采集模块的任务是负责温度信号的采集以及将采集到的模拟量通过A/D转换器转化为相应的数字量提供给单片机。DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括：初始化时序，写时序以及读时序[16]。

(1)初始化的步骤：

1、先将数据线置高电平“1”；

2、延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）； 3、数据线拉到低电平“0”；

4、延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）； 5、数据线拉到高电平“1”；

6、延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）；

7、若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒；

8、将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。如图4-2所示：数据采集模块的程序流程图；

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开始将数据线拉高,延时6微秒将数据线拉低,延时600微秒释放数据线(拉高),延时30微秒主机从数据线采集延时数微秒,返回采样值 图4- 2数据采集模块流程图

(2)写时序具体步骤：

1、数据线先置低电平“0”； 2、延时确定的时间为15微秒；

3、按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）； 4、延时时间为45微秒； 5、将数据线拉到高电平；

6、重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止； 7、最后将数据线拉高。 写时序流程图如图4-3

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开始将数据线拉高,延时1微秒将数据线拉低,(启动写功能)将数据最低位写入数据线,延时30微秒释放数据线,延时数微秒写完8位数据数据右移延时数微秒结束

图4- 3写时序流程图

（3）读时序步骤

1、将数据线拉高“1”； 2、延时2微秒；

3、将数据线拉低“0”； 4、延时15微秒； 5、将数据线拉高“1”； 6、延时15微秒；

7、读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理； 8、延时30微秒； 读时序流程图4-4

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开始将数据线拉,延高时1微秒将数据线拉,延低时1微秒将数据线拉,延时高6微秒数据右移如果数据线=1,data为80H，否则data为00H读完8位数据延时数微秒

返回读到数据

图4- 4读时序流程

4.4 温度设置模块

对于不同的的环境，我们所设定的温度范围不一样，所以我们必须能重设置温度范

围。而温度设置主要是通过对对键盘的扫描实现的。首先在主程序中进行键盘扫描，检测选择通道按键是否有被按下的，按键按下则选择对应的通道，并且用一个变量来记录按下的次数，不同的变量值选择的通道不一样，样就实现了一个循扫描键盘的工作。选定相应的上下限温度值后，此时继续扫描控制数值按键是否被按下，若有数值设计键按下，则执行相应的数值加、减操作，从而实现对温度上下限温度值的设定。如图4-5选定程序值流程图

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开始否按键是否按下是计数a++按键是否按下是是A>=5否1低温限1高温限2低温限2高温限退出

图4- 5选定程序值流程图

按照各部分流程图编写代码，将各子程序根据逻辑编写成总程序图，总程序图见附录D。

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结论与展望

毕业设计对于本科阶段的学习来说，是一次难得的理论与实际相结合的机会，这次毕业设计我比较系统的对单片机实现温度自动控制系统深入了解，使我摆脱了完全依赖于纯理论的学习状态，巩固了自己所学的专业基础知识，提高了解决实际工程问题的能力，同时也增强了自己查阅相关文献资料、设计项目构架及运用电脑进行辅助设计等各方面的能力。

本次论文完成，主要由以下几个步骤：

规划设计：查阅相关资料，对单片机实现自动温度控制系统进行全面的分析，根据温度控制需求，制定设计任务，然后，初步确定控制系统的设计方案。

单片机选型：在本科阶段主要接触的AD89C51单片机,并且它的引脚性能完全能满足我的设计要求，综合考虑自己的学习能力和单片机的市场情况选择了AD89C51单片机。

硬件设计：主要包括主机电路设计、报警电路、温度数据采集电路设计和控制电路设计。其中主要有单片机的各个引脚的功能，温度传感器的功能了解。

软件设计：本设计主要实现数据处理与数据采集，以及显示板块的设计。

本次毕业设计顺利如期的完成，和之前的计划任务书的进度基本一致，通过本次毕业设计不仅深入的巩固了大学四年所学的专业知识，也让我对本专业有了更多的了解，对本专业的未来前景更充满了信心。关于单片机实现自动温度控制系统，有着很多独特的优越性：它成本低、容易维护、C语言编程简单、能耗低、可靠性高，和传统高成本、效率低的控制器件相比较，它有着无可替代的优越性，正是这些优越性为我们更好的研究、更好的创造提供了强大的动力。本次毕业设计让我受益匪浅，从中学到了许多东西。它不仅是运用大学四年所学的知识，更是培养了自己独立思考，发现问题，分析问题，解决问题的能力。但是在设计论文的同时还发现本设计还存在着一些不足，例如：系统的硬件设计方面有待完善，可以增加外围的模拟控制模块电路和故障检测功能等。编写的软件程序应该可以更简洁明了,更加方便实际的应用,真正培养的是一种思维模式，我想这更是我们当代大学毕业生应该具备的能力，拥有这样的能力，使我们以后步入工作岗位后创造更多的社会价值。服务于社会发展，贡献自己一份力量。

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致谢

本论文得以顺利完成，得益于大学四年各学科老师所传授的知识，使我有了完成论文所要求的知识积累，更得要感谢黄老师从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注的大量心血，在此对黄老师表示感谢！同时还要感谢同组同学给与我的帮助给我的设计提供一些参考,但由于时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！

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参考文献

[1]于秀娜,张茜铭。 基于单片机的温度及水位控制系统[J]。 科技资讯,2014,27:25。 [2]孙杰,张学军,刘云,鄢金山,史曾录,靳伟,李超新,刘立果。 基于单片机的温度控制系统设计及仿真[J]。农机化研究,2015,04:219-222。

[3]林曌。基于单片机的温度湿度监控系统[J]。科技视界,2015,04:182-183。 [4]王雪丽。基于单片机温度控制系统的研究[J]。 电子技术与软件工程,2014,24:264。 [5]宋慧,王智檀。基于单片机的温度控制系统研究[J]. 电子制作,2014,04:150。

[6]苏宝林. 基于单片机的水温控制系统设计[J]。高师理科学刊,2014,04:40-42+54。 [7]方双莲,李小力。基于ARM单片机的温度控制系统的设计与实现[J]。无线互联科技,2014,05:66。

[8]朱智鹏。 基于单片机温度采集控制系统的设计[J]。 硅谷,2014,17:28+27。 [9]胡汉才。单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社，1996。

[10]沈红卫。单片机应用系统设计实例与分析[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003。

[11]张永枫。单片机应用实训教程[M].西安:西安电子科技大学出版社，2005。

[12]何立民主编。 单片机应用文集. 第一版. 北京航空航天大学出版社, 1993: 123-131

[13]韩志军, 沈晋源等。单片机应用系统设计. 机械工业出版社, 2005: 265-269。 [14]王晓明主编。电动机的单片机控制. 北京航空航天大学出版社, 2002: 217-219 [15]YAN Jian-min, JIA Hong. The Control System of Fast Water Heater. The news of Techical Communication. 2005, 19(6): 36-39。

[16]Sha zhanyou. The Application of Intelligent Temperature Sensor in protect circuit of dispersing of the Computer. ICEMI. 2003, 17(11): 62-66。

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RBVCCRes21K R1RESVR12123VCCP25P26P27123SSSVCCSWSPST田丰：基于单片机的温度控制器的设计

P00P01P02P03P04P05P06Header附录A 硬件电路图

GNDI/OVDDGNDI/OVDD

LS1BELLVCCLED11kR4Res2Res22423222124

P1LED2R3R2RES2123456789101112131415161718192012P27P26P25P13P14P15P16P17RSTP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36/WRP37/RDXTAL2XTAL1GNDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EAALEPSENP27P26P25P10P23P22P21P2040VCC3938373635343332315V302928272625P071GND2VCC3VO4RS5RW6E7DB08DB19DB210DB311DB412DB513DB614DB715BG VCC16BG GND附录

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附录B 外文文献及翻译

外文文献：

Temperature Monitoring System Based on AT89C51 Microcontroller

Abstract

To the problems of online real-time temperature inspecting of the electric cable interface, this paper designs an inspecting and alarming system based on AT89C51 microcontroller. The hardware circuit of this system is composed of collector, host control machine and PC. Through the key courses of collection, storage, conversion and transmission, the temperature data of electric cable interface is sent to real-time show and alarm, achieves inspecting and alarming for the interface of electric cable and avoids the happenings of fire effectively. 1、Introduction

In the actual process of power transmission, at the point of every 100 meters or so in the long- distance electric cable line equips an electric cable interface. Cable fires caused by both the internal and the exterior breakdown easily happening in numerous electric cable interface approximately account for more than 50% in the total numbers of electric cable accidents. In fact, the electric cable interface breakdown’s development is an evolutionary process. To avoid occurrences of the electric hazards effectively, a method of monitoring the real-time temperature of electric cable interface, aiming for understanding the working condition of each interface accurately and comprehensively and determining the service plan, may ensure safety of the power transmission.

This temperature inspecting and alarming system to the cable connector takes a monitoring plan at the core of which is AT89C51 microcontroller. Three major part composing the whole system are respectively: gathering and transformation of temperature parameter, data transmission of temperature, and data’s central demonstration and processing. 2. system design

This system is composed of superior PC machine, the host control machine and the temperature collector. Structurally, the whole system can be divided into three layers: one of user’s monitoring of superior machine constituted by the microcomputer system, one controlling level of master control machine composed of AT89C51 and one measuring level at the collector. Superior PC exchanges data with the host control machine through GPRS. The system is a kind of principal and subordinate structure made up of one PC and several collectors, through the RS-485 communication network, they can transmit data of long distance.

In this system, superior PC machine regularly sends out to the host control machine the commands of reading the temperature data. After receiving these orders, the host machine will send back the preceding data read from collectors and saved in SRAM. After finishing the transmission, the host control machine also sent out orders of reading the temperature to each collector. Once the collector receiving them, the data saved in the collector SRAM will be send back to the host control machine that will receive and renew original data at the relevant position. During this correspondence gap collectors constantly read the newest temperature

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value to prepare for the real-time reading command of the host machine. All orders and transmission of the data have formulated the strict communication protocols, and adopted the different check-up ways, greatly enhanced reliability in the process of transmission. 2.1 Temperature collector

The collector consists of mainly six parts including the microcontroller AT89C51, select electric circuit of the temperature measurement port, the communication circuit, registering and booking circuit of the DS18B20 sensor, electric circuit of the memory and the temperature sensor

Through select electric circuit of the temperature measurement port ,the microcontroller may control the temperature sensor DS18B20 gathering the temperature. The temperature data being saved first in the exterior memory SRAM will be sent back to the host control machine when requested at any moment.

The temperature sensor uses digital DS18B20 temperature collector. DS18B20 may provide temperature value of 9 to 12 rank number and has a warning function of users’ programmable bound of temperature without non-volatility. The information can be send in or out from DS18B20 through the single bus connection, therefore only connecting a line can meet the need. The power source in the course of writing and reading and completion of the temperature change can be provided by the data line itself without need of outer power supply. Because each DS18B20 has the only series number, many DS18B20 may exist on the single bus. In the course of design, each electric cable parallel several dozens temperature sampling point, constituting a working form of serial line. For the temperature signal sent out by this microcontroller is the digital signal, it simplifies A/D transformation, and improves efficiency and the precision of the measurement.

The temperature measurement port select electric circuit uses idirectional analog switch CMOS component CD4051 as the multi-channel gathering cut switch. The CD4051 has 8 groups in total one of which is responsible for controlling one single bus while 3-8 decoder coordinated by microcontroller’s address line is responsible to select channels of the CD4051. In the design, each collector use 2 pieces of CD4051 that can control 16 groups of single bus. In addition, each collector has the channel extended socket, may expand the channel to 64 groups, meeting the actual needs fully.

The DS18B20 registration port electric circuit completes registration and book of new temperature sensors. Before turning on system and working, Each DS18B20 must be registered or booked first make the microcontroller record its 64 bit series code, in order to be recognized when measuring temperature. Therefore, a registration book port that first is turned on by the DS 18B20teperature sensor is designed in each collector to meet to the microcontroller. Establishing a logical address through the keyboard, the microcontroller can read out its serial codes, then store them in relevant unit of SRAM in preparation for its use when the sensor is read or wrote.

Meanwhile in the collector a piece of 32K non-volatility SRAM DCM0256 is also expanded as the data storage used for storing up 64 bit serial codes of DS18B20 and gathering multi-spot temperature figures. This memory is characterized with a quick access speed, not losing its data in a case of power failure, realizing actual requirements of the system.

The communication module is a key for the system to realize the long-distance transmission and correspondence among many machines. Because the required distance of

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data transmission of cable connectors’ temperature measurement is commonly more than several kilometers, the communication module usually uses the RS-485 communication interface having an ability of suppressing disturbance after making use of the balanced transmission and the difference receive. In addition that the receiver has the Authorized licensed use limited to: Huaiyin Institute of Technology. Downloaded on April 15,2010 at 06:40:58 UTC from IEEE Xplore. Restrictions apply. high sensitivity, it can examine voltage of 200MV-Minimum, therefore the transmission signal can obtain the restoration outside several kilometers.

2.2 Host control machine

The Figure 3 is a structure diagram of the host control machine mainly including the communication circuit, electric circuit of the memory and the display circuit.

The primary mission of the host control machine is to read and save temperature data of the collectors, then send them to the superior computer, in convenience of analysis, demonstration and users’ inquiry. Therefore, the host control machine actually is a processor with function of memory and correspondence. Because the host control machine can exchange data both with collectors and with superior computer, the communication selecting circuit can be used to change work of serial in microcontroller of the host control machine.

The data transmission between the host control machine and collectors selects the RS-485 communication method. A host control machine can connect at most 256 collectors, therefore, the application of the RS-485 bus is able to realize a distributional system constituted by many linking collectors. Host control machine corresponds with the superior PC machine by means of GPRS (general grouping wireless service). Transmitting the data at a high speed and online at all time, the GPRS correspondence , a high-technology system integrating technology of modern wireless communication and the signal gathering as well as the computer network , is inexpensive, highly effective and applied in widespread fields. What’s more, it can provide for users highly effective, economical, safe and real-time monitoring methods .When IP data packet based on GPRS communications network is transmitting the data, host control machine through RS-485 bus connects to GPRS Modem that’s also corresponding with GSM base. But being different from circuit exchange or the data call, the GPRS data groups are transmitted to the SGSN node from the base, not connected in the speech network, SGSN and gateway support node GGSN through mobile service switching center M SC to carry on the correspondence. Between GGSN and between superior PC machine, Internet can directly be used to complete transmission. 2.3 Management system of superior machine

This system's management software is developed and completed in the VB language under the environment of Windows XP. Because of its rich graphical interface, a good integration rate of controlling parts, short-period of the development cycle and high efficiency, the VB language is quite suitable for this system software's development. Function

In the course of data transmission, the use of the technology of asynchronous serial communication, coordinated with the hardware, can realize transmission of control command as well as of the data between superior PC machine and the host control machine. System's online monitor function may dispose configuration off-line, and has the good man-machine contact surface. In the online observation system the map of cable tunnel condition and temperature measurement distribution is designed to directly demonstrate each collector's

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

position and the current temperature value, under the normal condition, the color of connector is green. When the temperature of one collector surpasses the setting value, the color will turn red, it will turn yellow when its temperature figure is close to the setting value, which can be referred to a warning on exceeding temperature. From this, the graph dynamic description for the electric cable movement's actual scene can be provided.

The online observation system may also demonstrate or print the temperature data with a form.

From the concrete temperature figures of all cable connectors, the surface temperature and the three-phase temperature value of each cable connector at the corresponding time can be checked out only by means of inputting the date and the time. Besides, the temperature value and temperature trend of each cable connector can be observed clearly though its temperature curve,Because the diagram of curves may respectively use the year line, the month line, the date line and time line to draw out curves of any connector, this chart not only may monitor the real-time temperature of connectors, but may also analyze joint's temperature trend. This effect is very good.

The online observation system may carry on the real-time monitor to system's running status, including operational aspect of each collector and network and so on. In the case of exception, it can discover and take the measure promptly to carry on the maintenance or the repair. Moreover, monitor parameter may be revised momentarily online, like upper limit setting value of temperature, the cycle of tour examination and so on. According to the temperature change of the electric cable’s working condition, the system not may only set up automatically demonstration of cable connectors’ warning temperature and warning temperature’s change gradient, but may also the automatically track ambient temperature. With the help of service platform, administrators are also provided more functions such as monitoring online system's running status, alerting the breakdown, picture-switching, printing forms, analyzing historical data, storing data and online revising parameter 3.concluding remarks

The innovation of this paper are mainly indicated as follows.This system take the computer and the microcontroller serial communication theories as a foundation, using formidable data-handling capacity of the microcomputer, the technology of the serial communication and the GPRS communication, the data-gathering and data-monitoring function of the microcontroller, designing the bus system of bearing low temperature and the anti-strong electric field, and suitable to apply in the long-distance monitor to the surface and the ambient temperature of cable connector . Through a series of the real-time monitor to the electric cable connectors, analysis of the characteristics of overheating fault in the cable ,analysis and forecast of its ambient temperature , it may prevent effectively fires resulted from the overheating fault and environment due to decrease of the power connector’s insulation. The design of hardware has taken both the traditional AT89C51 microcontroller, the RS-458 bus, and the current popular GPRS data transmission module, to complete system's temperature examination and the temperature data transmission together cheaply and reliably. Moreover, the use of VB in the design of correspondence procedure between superior PC machine and host control machine as well as of the online observation system to cable connector’s temperature, creates friendly man-machine contact surface and makes operation easy. Countless tests and experiments were carried on in the course of the design.

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The results have revealed that this system is more reasonable, the technology is quite advanced, the transmitting and processing of the correspondence data are accurate. It has gained high praise of the user because it can promptly provide the position of the fault and the overhaul instructions, and can effectively avoid the occurrence of serious accidents which generally has achieved the expectancy. This system can be applied in enterprises such as electric power, metallurgy, coal mine and harbor, to realizing online monitoring to power connectors’ temperature. Moreover, only being transformed slightly, it may substitute those systems used to monitor and control the temperature in the grain storage, the archive office, the library, the large vegetables awning

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

中文翻译:

基于AT89C51单片机的温度监测系统

摘要

对在线实时电力电缆接头的温度监测问题，本文设计了一种基于AT89C51单片机的检测与报警系统。该系统的硬件电路由集热器，控制主机和PC机通过采集的关键课程，存储，转换和传输，电缆接头温度数据实时显示和报警，达到检测报警的电缆接口，避免发生火灾，据有很强的实用性。 1、介绍

在电力传输的实际过程，在每100米左右的长距离电缆线路安装电缆接口点。电缆火灾所造成的内部和外部故障容易发生在众多的电缆接口约占电缆事故超过总数50%。事实上，电缆接口故障的发展是一个渐进的过程。为了避免电气灾害发生地，一个电缆接头温度实时监测的方法，对每个接口的准确和全面的服务计划和确定的工作条件，可以保证电力传输的安全。

该温度检测报警系统的电缆连接器，以其核心的监测方案以AT89C51单片机。三个主要部分组成整个系统分别是：收集和温度参数转换，温度数据传输，数据处理中心示范。

2、系统的设计

本系统由上位PC机，上位控制机和温度采集器。在结构上，整个系统可以分为三层：一个上位机由微机系统构成的用户的监控，一个控制水平的主控机由单片机

AT89C51和一个测量的集电极电平。上位机的数据交换与控制主机通过GPRS。该系统是一种主从结构，由一台PC机与多台集热器，通过RS-485通信网络，他们可以远距离数据传输。在此系统中,PC机定期发送主机控制机读取温度数据的命令。在收到这些命令后,主机将发回原有的和保存在存储器读取数据。完成传输后,主机控制机也发出订单的阅读每个收集器的温度。一旦收集器接收它们,保存在收集器存储器的数据将被发送回主机控制机将接收和更新原始数据在相应的位置。储存在此栈中差距并准备实时读取主机的命令。所有命令和传输的数据制定严格的通信协议,并采用了不同的检查方法,极大地增强了可靠性传输的过程中。 2．1温度采集器

集热器主要由六个部分包括单片机AT89C51，选择温度测量接口电路，通信电路，登记和预订的DS18B20传感器电路，该存储器电路和温度传感器。通过选择温度测量接口电路，单片机控制温度传感器DS18B20采集温度。温度数据被保存在外部存储器SRAM将被发送回控制主机的时候随时调用。温度传感器采用DS18B20数字温度采集器。DS18B20可以提供12阶数9温度值和无波动有一个用户可编程的上限温度报警功能。信息可以发送或从DS18B20通过单总线连接，因此只需连接线可以满足需要。在读写过程和完成过程温度变化的电源可以由数据线本身不提供外部电源的需要。因为每一个DS18B20都有唯一的序列号，可以在许多DS18B20单总线的存在。在设计过程中，每个电缆并行几十温度采样点，构成一个串行口的工作线。对于温度发出信号，单片机是数字信号，它简化了A/D转换，提高了测量的效率和精度。温度测量通道选择电路采用双向模拟开关CD4051多路采集CMOS器件作为切断开关。CD4051共8个组，负责控制一个单总线在3-8译码器的单片机的地址线协调负责选择的CD4051通道。在设计中，每个集热器的使用2片CD4051，可控制16组单总线。此外，每个收集器的通道扩展插座，可扩大通道64组，完全满足实际需要。DS18B20完成注册端口电路的新型温度传感器。在打开的系统和工作，每一个DS18B20必须注册或预定首先使单片机记录

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的64位编码，以识别测量温度时。因此，传感器把在各集到微控制器设计。通过键盘建立逻辑地址，微控制器可以读取串行码，然后将它们存储在相应的单元的SRAM时，传感器的读或写同时在集电极一个SRAM非波动dcm0256也扩展为应用储存存储了64位串行码DS18B20的多点温度数据和集聚。这记忆是特征是快速存取速度，要求在不丢失数据的前提下，实现电流对该系统的要求。通信模块是系统实现多机远程传输和通信的关键。因为要求的电缆接头温度测量数据传输距离通常超过几公里，通信模块通常采用RS-485通信接口具有干扰抑制能力后，利用平衡传输和差分接收。此外，接收器具有授权许可使用限制：淮阴工学院。下载于四月152010 UTC从IEEE Xplore 06:40:58。限制适用。灵敏度高，可检测的最小电压200mV，因此传输信号可以获得恢复。 2．2控制主机

一个主控机主要包括通信电路结构图，电路分为存储电路和显示电路。控制主机的主要任务是读取和保存该集热器的温度数据，然后将它们发送到上位机，以便于分析，演示和用户查询。因此，主控机是具有存储和通信功能的处理器。由于控制主机可以与收集器和上位机的数据交换，选择电路的通信可以用来改变在上位控制机单片机串行工作。之间的数据传输，控制主机和收藏家选择RS-485通信方法。一个控制主机最多可连接256个收集器，因此，对RS-485总线的应用能够实现一个由许多连接构成分布式系统的收集器。控制主机与上位PC机通过GPRS（通用分组无线服务）。传输数据速度高和在线的所有时间，对GPRS通信技术，系统集成技术的现代无线通信和信号的采集以及计算机网络，是廉价的，在广泛的领域和应用的有效高度。更重要的是，它可以为用户提供高效，经济，安全和实时监控的方法。在基于GPRS通信网络的IP数据包传输数据，控制主机通过RS-485总线连接到GPRS调制解调器的GSM基础也相应。但不同于电路交换或数据呼叫，该GPRS数据组传输的SGSN节点，没有连接在语音网络的网关支持节点GGSN，SGSN，通过移动业务交换中心M SC进行通信。在GGSN和上位PC机之间的网络，可以直接用来完成传输。 2．3上位机管理系统

本系统的管理软件的开发和在VB语言环境下完成了Windows XP。由于其丰富的图形界面，一个很好的控制部件的集成度，开发周期的效率高，周期短，VB语言是非常适合本系统的开发。系统软件功能结构图如在数据传输过程中，异步串行通信技术的使用，与硬件的协调，可以实现控制命令的传输以及上位PC机与控制主机之间的数据。系统的在线监测功能可配置脱机处理，并具有良好的人机界面。在在线监测系统电缆隧道条件和温度分布的测量是直接展示每个收集器的位置和当前的温度值的地图，正常情况下，连接器的颜色是绿色。当一个集热器温度超过设定值时，颜色会变红，它会变成黄色，当其温度图接近设定值，这可以被称为授权许可使用限制适用。在超温报警。由此，对电缆运动的实际场景图可以提供动态描述。在线监测系统可同时显示或打印温度数据的一种形式，从所有的电缆接头混凝土表面温度和温度数据，在相应的时间每个电缆接头三相温度值只能通过输入日期和时间的方法进行检查。此外，每个电缆接头温度值和温度的趋势可以清楚地观察到，在线监测系统可以对系统的运行状态进行实时监测，包括各集、网络运营等方面。在例外情况下，它可以发现并及时采取措施进行维修或修复。此外，监控参数的修改可能随时在线，如设定上限值温度，巡回检查和周期等等。根据电缆的工作环境温度的变化，系统不可能只建立电缆连接器温度警告和报警温度的变化梯度自动演示，还可以自动跟踪环境温度。与帮助的服务平台，管理员还提供如在线监测系统运行状态的更多功能，故障报警，画面切换，印刷形式，分析历史数据，数据存储和在线修改参数。

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3、结束语

本文的创新之处主要体现为如下。本系统以计算机与单片机的串行通信理论为基础，利用强大的数据处理能力的计算机，串行通信技术和GPRS通信，数据采集和数据单片机的监控功能，轴承温度低和抗强电场的总线系统设计，适合于远程监控应用于表面和电缆接头温度。通过一系列的实时监测电缆接头，对电缆过热故障的特征分析，分析和预测的环境温度，可有效防止火灾造成的过热故障，由于电力连接器的绝缘降低环境。硬件设计上都采取了传统的单片机AT89C51，RS-458总线的，和目前流行的GPRS数据传输模块，完成系统的温度检测和温度数据传输一起廉价和可靠。此外，VB通信程序的上位PC机和主控机之间使用的设计以及在线观测系统对电缆接头温度，创造了友好的人机界面，使操作简便。无数的试验和实验是在设计过程中进行。结果表明，该系统更加合理，技术比较先进，传输和通信数据的处理是正确的。它得到了用户的好评是因为它能及时提供故障的位置和检修的指令，并能有效避免重大事故，基本实现了预期的发生。该系统可应用于企业，如电力，冶金，煤炭，港口，实现在线监测的电源连接器的温度。此外，只是稍加改造，可用来监视和控制储粮温度的系统，档案室，图书馆，大型的蔬菜大棚。

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附录C 主要参考文献的题录及摘要

[1]于秀娜,张茜铭。 基于单片机的温度及水位控制系统[J]。 科技资讯,2014,27:25。 摘 要：当前，单片机是设计开发温度控制系统的常用芯片，用以实现温度控制的目的。不过，因单片机中的ROM和RAM存在空间小的局限，所以调试较大的程序具有一定的困难，且还存在其他诸多不足之处，于是，为了完善温度控制系统的不足，本文将提出基于ARM单片机的温度控制系统的设计，在设计过程中运用32位RISC微处理器AT9IRM9200，极限环法自整定PID参数等来进行系统的设计开发。

[2]孙杰,张学军,刘云,鄢金山,史曾录,靳伟,李超新,刘立果。 基于单片机的温度控制系统设计及仿真[J]。农机化研究,2015,04:219-222。

摘 要: 针对电阻炉类烘干设备温度控制系统滞后严重\能源浪费等问题，设计了一种以 单片机为核心，数字温度传感器采集温度信息显示和执行模块为一体的温度控制系统!根据设定干燥的温度范围，主加热系统主要进行加热干燥，控温部分采用较小功率的加热管，辅助加热同时调节干燥温度,系统在软件上仿真，能够实现低温加热高温报警降温，同时可以显示当前温度，随时调整温度范围等功能,该系统具有简单方便适应性强电能利用率高等优点!

[3]林曌。基于单片机的温度湿度监控系统[J]。科技视界,2015,04:182-183。

摘 要：随着单片机技术的快速发展越来越多的控制系统需要单片机完成针对单片机的温度与湿度的监控保证系统的有效实现完成设备可以对进行系统的温度和湿度的检测测量数据分析和检测可以对单片机的温度与湿度进行数据设定当温度或湿度超过系统监控的最大限度的时候系统可以对系统进行有效的室内调节保证整个系统的温度与湿度维持在设定的基础范围内单片机的温度与湿度控制系统需要具有较高的静度具有较低的使用成本较小的体积和重量耗电量较低功能性较强却具有较强的控制能力通过生活中的系统设计解决人们在日常生活中可能遇到的问题从而利用单片记得温度控制和湿度控制保证系统的有效控制本文将针对AT89C51单片机进行温度的监控和湿度的监控认识单片机的温度与湿度控制系统的实际原理。

[4]王雪丽。基于单片机温度控制系统的研究[J]。 电子技术与软件工程,2014,24:264。 摘 要：很多行业中都会用到大量的用电加热设备和温度控制设备。单片机技术具有操作使用方便、结构简单便于维护、灵活性大并且具有一定的智能性等特点，可以精确的进行技术控制，提高产品的质量和性能。

[5]宋慧,王智檀。基于单片机的温度控制系统研究[J]. 电子制作,2014,04:150。 摘 要：本文首先介绍了目前市场上实现温度控制的几种常见办法。最后在重点介绍了采用单片机温度控制系统的硬件电路和软件设计方法。

[6]苏宝林. 基于单片机的水温控制系统设计[J]。高师理科学刊,2014,04:40-42+54。 摘 要：设计以 AT89S51 单片机为核心控制器件，实现了对 1 L 水在 10~70 ℃量程范围内每一点温度的自动控制，并确保设定的温度值在一定时间内保持不变．水的温度由多个数字化温度传感器采集并直接送入单片机进行处理，再由单片机将数据通过液晶实时显示采样的多个温度值，同时求出其平均值并描绘出温度随时间变化的曲线．在温度调整阶段采用单片机控制固态继电器的开合来控制一级、二级制冷系统以及加热系统的启动与关闭，实现对水温的控制，并保证水温的精度为 0.1 ℃．测试表明，本系统功能完善，很好地实现了各项设计指标。

[7]方双莲,李小力。基于ARM单片机的温度控制系统的设计与实现[J]。无线互联科技,2014,05:66。

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田丰：基于单片机的温度控制器的设计

摘 要：鉴于目前温度控制系统中使用的单片机存在诸多不足之处,为了完善温度控制系统的功能,本文将提出一种基于ARM单片机的温度控制系统的设计与实现。基于ARM单片机的温度控制系统具有AT9lRM9200微处理器、Red Hat Linux9.0平台、Qt/Embedded版本等的支持,因而可以确保基于ARM单片机的温度控制系统达到高可靠性、高动态性、高稳定性、高控制性的效果。

[8]朱智鹏。 基于单片机温度采集控制系统的设计[J]。 硅谷,2014,17:28+27。 摘 要:在现实生活中，电器或者实验中很多地方都要将温度显示出来，因此温度的采集和显示应用越来越广泛。本设计是事物或者周围环境温度的采集和显示，系统的核心控制器件是 AT89S52 单片机，温度的采集器件是 DS18B20，它可以采集温度值并将信号传递给单片机，可以设置预设值，由按键控制，如果超过预设值则由蜂鸣器报警，再由数码管或者液晶显示器显示输出。

[9]胡汉才。单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社，1996。

摘 要：本文以51单片机作为研究对象，以此来实现对温度系统的控制，单片机温度控制系统不仅具有操作简单、灵活性高等优点，同时还可以有效提高被控温度下的相关技术指标。在本文中对单片机温度控制系统中软件设计、硬件组成以及接口电路的设计进行了详细的阐述，并分析了在对温度系统进行控制的过程中单片机控制的应用，从而提出了针对单片机温度控制系统实现可行性和有效性。

[10]沈红卫。单片机应用系统设计实例与分析[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003。

摘 要：本文论述了单片机温度控制系统的硬件电路设计其中对系统的总体结构工作原理转换和转换电路单片机及扩展接口电路键盘及显示等硬件电路作了详细的说明。

[11]张永枫。单片机应用实训教程[M].西安:西安电子科技大学出版社，2005。

[12]何立民主编. 单片机应用文集. 第一版. 北京航空航天大学出版社, 1993: 123-131

[13]韩志军, 沈晋源等. 单片机应用系统设计. 机械工业出版社, 2005: 265-269。 [14]王晓明主编。电动机的单片机控制. 北京航空航天大学出版社, 2002: 217-219 [15]YAN Jian-min, JIA Hong.The Control System of Fast Water Heater. The news of Techical Communication. 2005, 19(6): 36-39。

[16]Sha zhanyou. The Application of Intelligent Temperature Sensor in protect circuit of dispersing of the Computer. ICEMI. 2003, 17(11): 62-66。

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