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一.系统功能要求1.能够监测电脑工作温度，并实时显示；2.可以根据需要设定温控范围；3.根据传感器传输的数据实时启动制冷芯片的工作；4.电脑工作温度降到正常工作范围后停止制冷。二.功能分析及主要元器件确定从系统功能要求可知，此系统的难度不大，系统主要任务可以归纳为几项：实时温度检测内容显示，按键设置，制冷单元启动。下面针对各项功能进行分析设计并选定主要元器件。1.单片机选择本设计是一个电脑用只能降温系统，系统运行环境较好，有交流电源，没有强电磁干扰，系统功能对单片机性能要求不高，常见单片机AT89C51/52即可满足要求。2.制冷功能设计利用温度传感器输出信号作为制冷模块的控制信号，当环境温度超出预设温度上限时启动制冷模块，实现对环境温度的控制。3.温度检测功能设计温度检测的原理有模拟检测和精密数字检测。家庭环境温度适宜且范围较窄，采用数字温度传感器更适合。精密数字温度传感器也有多种型号，常用的DS18B20数字温度传感器，采用一线总线，且在一线总线上可以挂接多个传感器，能检测-55～＋125℃范围内温度，在-10～85℃范围内检测精度0.5℃。因而采用DS18B20数字温度传感器。三.主要元器件性能介绍1.AT89C51单片机AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.DS18B20数字温度传感器1）主要特性一线总线，只需要一线与MCU通信。一线总线上可挂接多个芯片构成分布式温度传感器网络。每个芯片都有一个唯一的64位序列号，挂接在一线上的多个芯片依据序列号区别。检测温度范围-55～＋125℃，在-10～85℃范围内检测精度0.5℃。温度转换分辨率9位到12位可编程。12位分辨率A/D转换时间最大750ms。待机模式0功率消耗。电源电压3.0～5.5v2）DS18B20引脚布置如图5所示，各引脚功能名称如下DQ:一线通信线，用于数据输入和输出。Vcc：电源电压。GND:电源地。表5DS18B20的引脚图3）温度检测DS18B20的核心功能是直接到数字的温度传感器，通过向DS18B20发送转换命令[44H],开始一次温度转换，转换需要一定时间才能完成,转换时间的长度与转换分辨率有关。DS18B20的转换分辨率可配置为9～12位，默认值为12位，不同的分辨率对应的转换时间不同。配置寄存器的结构如图6所示，分辨率的位数由R1和R0的组合决定，其余为无关位，分辨率位数及其对应转换时间如表7所示，通过向DS18B20发送设置命令[4EH]，可以设置配置寄存器中R1与R0的值，选择不同的分辨率。0R1R011111表6分辨率配置寄存器结构R1R0分辨率/位最大装换时间/ms00993.750110187.510113751112750表7分辨率与转换时间温度转换结果的数字值，以2字节长度存放在DS18B20的暂存器第一、第二字节内，以12位分辨率为例。其结构如图8所示。温度值以补码形式存放，寄存器第二字节为温度值的高字节，高字节的高5位S表示符号位。S=0表明温度为正值，此时实际温度值就是寄存器的数据值。S=1表明温度为负值，此时实际温度值的绝对值为：按位取反+1.寄存器低字节（第一字节）的低4位，表示温度的小数位。分辨率不同，温度转换时小数位包含的有意义位数不同，9位分辨率小数位只有2的负一次位有意义，其余位为0，精确到0.5C，12位分辨率小数位4位都有意义，精确到0.0625`C.两个字节中的2~6--2~0表示温度的整数部分。由两字节二进制计算温度值的示例如表9所示SSSSS64321684210.50.251/81/16图8温度数据寄存器结构二进制数字值十六进制数字温度值000001111101000007D0H+125`C=1111101.000000000101010100000550D+85`C=1010101.000000000001100100010191H+25.0625`C=0011001.0001000000001010001000A2H+10.125`C=0001010.001000000000000010000008H+0.5`C=0000000.100000000000000000000000H0`C=0000000.00001111111111111000FFF8H-0.5`C=-0000000.10001111111101011110FF5EH-10.125`C=-0001010.00101111111001101111FF6FH-25.0625`C=-0011001.00011111110010010000FC90H-55`C=-0110111.0000表9温度值的计算示例通过向DS18B20发送读温度命令[BEH]，可以读取这两字节的温度值，读取时先读取的一字节为低字节。4）操作命令通过一线总线访问DS18B20的协议包括：初始化、ROM操作命令、内存RAM操作命令。1）初始化：在对DS18B20进行任何操作之前，必须首先初始化DS18B20。初始化序列包括一个发送到DS18B20的复位信号和紧跟着由DS18B20返回的应答信号，表明芯片已准备好接受或发送数据。如果单片机没有接收到来自DS18B20的应答，则不能进行对DS18B20下一步操作。2）ROM操作命令：DS18B20内部有64位8字节ROM，记录着每个DS18B20芯片全球唯一的序列号，依据序列号，就可以对挂接在一线总线山的多个DS18B20进行区分。针对64位ROM的操作命令有5个。读ROM命令[33H]：为区分挂接在一线总线上的多个DS18B20，必须预先知道每个芯片的各自序列号。通过发送读ROM命令，DS18B20返回64位序列号。在读取序列号时，一线总线上只能有一个DS18B20。匹配ROM命令[55H]：在对同一总线上多个DS18B20的某个特定进行RAM操作时，必须首先发送该芯片的64位序列号，只有序列号完全一致的芯片才能接受后续的RAM操作。应用此命令时首先发送匹配命令，接着发送特定的4位序列号。跳过ROM命令[CCH]：当一线总线上只有一个DS18B20时，由于不可能产生混淆就没有必要再发送匹配ROM命令，为省时就发送一个跳过序列号匹配命令。当总线挂接多个芯片，不能跳过序列号匹配过程，即必须先选择特定的芯片。搜索ROM命令[F0H]：此命令搜索总线上挂接芯片的数量并获取各个芯片的序列号。当总线上只有一个芯片时，用读ROM命令来获取其64位序列号，当总线上有多个芯片时，必须用搜索命令。但此命令的执行过程非常繁琐，最好应用读ROM命令分别读取序列号。3）RAM操作指令DS18B20内部有9字节暂存器RAM，记录着当前转换的温度值，对芯片的配置设置等内容，如表10为暂存器分布结构。其中重要的第一字节和第二字节，存放转换的温度值，第三、四、五存放用户对芯片的设置值。针对RAM的操作命令有6个，其中重要的有3个。写暂存器命令[4EH]：该命令用来写用户的配置参数到DS18B20中，用户配置参数为3字节，执行此命令时必须完整写入3字节内容。字节序号内容0温度值低字节1温度值高字节2TH/用户字节13TL/用户字节24配置5保留6保留7保留8CRC校验值表10暂存器分布结构读暂存器命令[BEH]：读命令用来读取温度值，温度值存放在2字节内存中，读取时第一次读取的是温度低字节，第二次读取的是温度高字节。也可以连续读出暂存器的所有9字节，通常，只读出存放温度值的头两字节。温度转换命令[44H]：转换命令用来启动一次温度转换，将当前的物理温度转换位数字值。根据配置的分辨率不用，转换一次所需要的转换时间不同，在读取温度钱，要等待本次温度转换结束，才能读出正确的当前温度值。因此在编程时，要首先调用温度转换命令启动温度转换，然后延时相应于分辨率的转换时间再来读温度值。3.制冷芯片热电制冷又称温差电制冷，由于目前热电制冷采用的材料都是半导体材料，因此热电制冷也被称为半导体制冷。它是塞贝克效应的逆效应帕尔帖效应在制冷技术方面的应用，是一种新型制冷方式。如图1所示，其原理是通过半导体材料的温差效应，使直流电通过由两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶对的两端将吸收或放出热量。如果在放热端安装散热装置，吸热端就能通过热量输送制成简单方便的新型制冷器；当改变直流电方向时，又能达到制热的效果。热电制冷系统仅包括冷端、热端、电源、电路等，即它不需要制冷剂。其次其工质是在固体中传导的电子，无工质泄漏，且无机械运动，无噪声，体积小，可靠性强。半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。第三，其冷量调节范围宽，冷热转换快。因此，在某些地方，有着压缩式制冷机无法替代的作用。第四，半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。第五，半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。目前，半导体热电堆制冷、发电技术已经在国防、医疗、科研、通讯、航海、农业、动力以及工业生产等各领域得到了广泛的应用。在日常生活方面也应用于空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。在实验室装置方面应用于冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。在医疗方面应用于冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。在军事方面应用于导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导航系统。在专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。但是，由于半导体材料，电源和热端散热等方面的影响，热电制冷与常规的压缩制冷相比，仍然存在着制冷效率低等问题。四.硬件设计依据以上主要元件原理，以及各元件对数据总线，I/O口、外部中断、内存等资源的占用，合理分配资源。原理图见附录一。五，程序设计所有的程序都已在keil系统中编写，调试编写，调试通过，利用开发板将程序下载到AT89C51中，经过电路板的运行，证明系统能够运行并能实现预期的功能。(程序见附录二）参考文献：[1]《模拟电子技术基础》，童诗白，华成英著，北京：高等教育出版社，2000年；[2]《C程序设计》，谭浩强著，北京：清华大学出版社，2005年；[3]《数字电子技术基础》，阎石著，北京：高等教育出版社，2005年；[4]《电子电路设计》，刘征宇著，福建：福建科学技术出版社，2004年；[5]《单片机C语言入门》，孙春亮著，北京：人民邮电出版社，2008年；[6]《单片机原理及应用》，李建忠著，西安：西安电子科技大学，2002年；[7]《KeilCx51V7.0单片机高级语言编程与uVision2应用实践》徐爱钧彭秀华编著，北京：电子工业出版社，2006年；附录一：附录二：#includeat89x51.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar//宏定义#defineSETP3_1//定义调整键#defineDECP3_2//定义减少键#defineADDP3_3//定义增加键#defineBEEPP3_6//定义蜂鸣器#defineALAMP1_2//定义灯光报警#defineDQP3_7//定义DS18B20总线I/Obitshanshuo_st;//闪烁间隔标志bitbeep_st;//蜂鸣器间隔标志sbitDIAN=P0^5;//