飲水機(jī)溫度智能控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)論文“飲水機(jī)溫度智能控制系統(tǒng)”論文題目： 飲水機(jī)溫度智能控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 張祥 學(xué) 號： 02 學(xué)院專業(yè)： 電信學(xué)院·10電氣工程及其自動化 電子信箱： 指導(dǎo)教師： 鄒云峰 2014年5月摘要本設(shè)計可以實現(xiàn)對水溫監(jiān)控和顯示，經(jīng)過改進(jìn)可以用于飲水機(jī)的溫度控制。本文用AT89C51單片機(jī)與DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)了對水溫的測量，并對數(shù)據(jù)用四位一體數(shù)碼管進(jìn)行顯示，同時在達(dá)到輸入目標(biāo)溫度時候發(fā)出報警。論文主要研究了：1 硬件方面：DS18B20溫度傳感器技術(shù)參數(shù)的檢測以及他的相關(guān)模塊電路；無線紅外遙控電路的原理和信號傳輸；用于顯示溫度的數(shù)碼管顯示模塊；用

2、于目標(biāo)溫度設(shè)定的按鍵輸入模塊；用于執(zhí)行的加熱模塊。2 軟件方面：主要研究溫度傳輸和數(shù)碼管顯示電路。3：電路的仿真和實物的焊接制作。本文的特色在于控制溫度的可設(shè)定，對不同溫度要求的用戶提供了很好的解決方案，對水溫的反饋調(diào)節(jié)使得系統(tǒng)達(dá)到了很好的動態(tài)平衡。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，溫度控制，DS18B20溫度傳感器 ABSTRACTThe design can achieve the water temperature monitoring and shows that the improved can be used for the temperature control of the water cool

3、er. This paper use STC89C52 MCU and DS18B20 temperature sensor for temperature measurement is achieved, and the data integration with four digital tube display, at the same time to enter the target temperature when issued a report to the police.Thesis mainly studied: 1 hardware aspects: DS18B20 temp

4、erature sensor technology parameters detection and his related module circuit; The principle of wireless infrared remote control circuit and signal transmission; Used to display temperature of digital tube display module; For the target temperature setting key input module; Used to perform heating m

5、odule. 2 software aspects: research temperature transmission and digital tube display circuit. 3: circuit simulation and real welding production.Characteristic of this paper is to control temperature can be set, the temperature requirements of different users provides a good solution, the water temp

6、erature feedback control to achieve the good dynamic balance system.KEY WORDS: Single chip computer, temperature control, DS18B20 temperature sensor目 錄一、 緒論1.1 本課題研究的意義隨著人類社會的不斷進(jìn)步，人類飲用水的供給方式也隨其發(fā)生著變化，其過程為：河水井水自來水購買桶裝水自制健康純水。對此已形成了“喝純凈水，用自來水”的現(xiàn)代飲水新觀念。我國現(xiàn)階段的生活飲用水市場，實質(zhì)上是桶裝飲用水、自來水終端制水、管道直飲水三分天下的格局。其中桶裝水以

7、85%的絕對優(yōu)勢占據(jù)著市場的主導(dǎo)地位，但是桶裝水存在著“二次污染”問題以及假冒偽劣等現(xiàn)實問題。管道分質(zhì)供水在美國等發(fā)達(dá)國家的普及率為30%左右，但由于工程浩大，近年內(nèi)難有大的作為。自來水終端制水就產(chǎn)品來分，可以分為對自來水等進(jìn)行初步過濾的凈水器和各種大、中、小型的辦公、家用純水機(jī)，普及率在15%左右。可見現(xiàn)在仍普遍用桶裝水，但是為避免反復(fù)燒開造成的“千滾水”產(chǎn)生的重金屬對身體的危害，因而本文設(shè)計用單片機(jī)來控制水溫使其保持在一個較適合的溫度，以適于用戶的即時飲用。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題目前飲水機(jī)的控制方式可分為普通控制型、智能感應(yīng)型和微電腦控制型三類。普通控制型飲水機(jī)其加熱和制冷均自

8、動恒溫控制，是目前用戶使用最多的機(jī)型，并且其價位適中一般為首選。因而，本文在此基礎(chǔ)上，做了一些改造使其更為人性化，比如說設(shè)置一定的保溫溫度使其一直處在這已設(shè)定溫度左右，可供隨時飲用，不必?fù)?dān)心水溫過燙的問題等1.3 本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)該設(shè)計可以實時檢測飲水機(jī)水箱的水溫，并且可以顯示飲水機(jī)水箱水溫度數(shù)，可以人為設(shè)置水的溫度的保溫值，當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時正常工作，當(dāng)?shù)陀诒販囟葧r控制加熱器加熱；當(dāng)溫度高于水溫保溫溫度時繼電器斷開停止加熱。另外，其溫度檢測范圍為0100，精度±1，并且有一定的時間延遲本設(shè)計以常見的入門級單片機(jī)STC51單片機(jī)為核心，有鍵盤輸入模塊和無線輸入模塊進(jìn)行控制

9、信號輸入，溫度傳感器進(jìn)行溫度信號反饋，數(shù)碼管顯示電路對溫度進(jìn)行顯示，以及蜂鳴器電路進(jìn)行報警。通過相關(guān)硬件電路模塊搭建一個平臺。用c語言編寫相關(guān)程序，從而實現(xiàn)設(shè)計的要求。研究的溫控系統(tǒng)能用于簡易家用飲水機(jī)的改造，實現(xiàn)飲水機(jī)的人性化智能管理，提高用電效率;實現(xiàn)自動、手動控制相兼容，以降低成本;通過反復(fù)試驗和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實用性、推廣性較好的目標(biāo)。1.4 本課題擬解決的關(guān)鍵問題1、溫度檢測與傳輸問題；2、人機(jī)交互問題（包括鍵盤、遙控和顯示）；3、光耦繼電器的控制原理問題；二、系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2.1 系統(tǒng)簡介飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)飲水機(jī)溫度為目的，其輸入?yún)?shù)主要是水溫信號和設(shè)置的設(shè)定溫度。

10、輸出信號主要是溫度顯示、聲光報警和執(zhí)行加熱。工作時傳感器將溫度傳給單片機(jī)，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度時，單片機(jī)控制加熱模塊加熱，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度，繼電器斷開，加熱停止。從而實現(xiàn)溫度控制的目標(biāo)。2.2 系統(tǒng)功能方框圖 圖2.2.2 系統(tǒng)功能原理圖2.3 各模塊功能的介紹 1、溫度傳輸：以溫度傳感器實時反饋溫度給中央處理器。2、人機(jī)交互：3.1 遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程設(shè)置飲水機(jī)設(shè)定溫度。3.2 按鍵控制：按鍵設(shè)置飲水機(jī)設(shè)定溫度。3.3 顯示輸出：顯示系統(tǒng)設(shè)定溫度和水溫。4、中央控制：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的集中控制。5、執(zhí)行加熱：控制繼電器開合，從而控制加熱器加熱。2.4 硬件方案的選擇2.4,1 Cpu方案的選擇按MCU內(nèi)

11、核可分為： MSP、ARM、MCS51等等。MSP430單片機(jī)功耗低，速度快，內(nèi)置硬件乘法器，乘除法運算都為單周期指令，片內(nèi)集成資源豐富，但是學(xué)習(xí)起來比較復(fù)雜。ARM單片機(jī)控制能力強，速度快，價格比較適中，但比51要貴些，可以加操作系統(tǒng)，但是對ARM接觸較少，應(yīng)用起來較為困難。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CP

12、U和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。本設(shè)計選擇AT89C51 單片機(jī)作為主控部分。2.4,2 溫度傳感器方案的選擇常用的溫度傳感器芯片有pt100、AD590、DS18B20等等。pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號的儀表。主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。帶傳感器的變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號轉(zhuǎn)換器。傳感器主要是熱電偶或熱電阻；信號轉(zhuǎn)換器主要由測量單元、信號處理和轉(zhuǎn)換單元組成（由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表

13、是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此信號轉(zhuǎn)換器作為獨立產(chǎn)品時也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場總線功能。但溫度電阻曲線為非線性，易干擾，且存在延時溫度累計現(xiàn)象。AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 µA/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K (25°C)時輸出298.2 µA電流。AD590適用于150°C以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用。低成本的單芯片集成

14、電路及無需支持電路的特點，成為許多溫度測量應(yīng)用的備選方案。應(yīng)用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補償。屬于特種環(huán)境的傳感器。DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器，全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出，先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信，小體積,低硬件開消，干擾能力強，精度高，DS18B20優(yōu)勢明顯。封裝后的DS18B20可用于各種非極限溫度場合，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫。綜合考慮電路設(shè)計、測量精度、測量范圍以及性價比，本設(shè)計采用DS81B20芯片。2.4,3 顯示模塊方案的選擇一般的顯示有LED8位數(shù)碼管顯示、LCD1602、lcd12864等等LED8位數(shù)碼管顯示，

15、顯示分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示，雖然價格比較便宜，但是其外部電路比較復(fù)雜。LCD液晶顯示器在單片機(jī)中應(yīng)用一般有LCD1602液晶顯示和LCD12864液晶顯示。LCD1602液晶顯示沒有中文字庫，而且顯示的內(nèi)容也較少。LCD12864液晶顯示分為兩種，帶字庫的和不帶字庫的，不帶字庫的液晶顯示漢字的時候可以選擇自己喜歡的字體。而帶字庫的液晶，只能顯示GB2312字體，當(dāng)然也可以顯示其他的字體，不過是用圖片的形式顯示。考慮本設(shè)計顯示內(nèi)容較少，不需要顯示圖形，故選用LCD1602液晶顯示作為顯示部分。2.4,4 按鍵輸入方案選擇微機(jī)鍵盤主要有兩種：一種是全編碼鍵盤，另一種是非編碼鍵盤。全編碼鍵盤，其鍵碼

16、全由硬件提供，但是這種方式硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。典型的編碼矩陣式鍵盤接口設(shè)計。將I/O口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點上，這就構(gòu)成了矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤中按鍵的數(shù)量可達(dá)行線數(shù)n乘以列線數(shù)m，如4行、4列的矩陣鍵盤的按鍵數(shù)可以達(dá)到4×4=16個。此類鍵盤在按鍵較多時，可以節(jié)省IO口線。非編碼鍵盤，這種鍵盤多采用矩陣方式，利用軟件識別鍵碼及完成各種鍵功能處理。實現(xiàn)起來簡單，典型的獨立式按鍵是各按鍵相互獨立的接通一條輸入數(shù)據(jù)線，每個鍵的工作不會影響其它的I/0口。但占用I/O口多。考慮簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，本系統(tǒng)中多采用非編碼的獨立式按鍵。2.4,5 電

17、源模塊方案的選擇電源供電部分可采取三端穩(wěn)壓電路進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換、多節(jié)干電池串聯(lián)供電。用市電220V，50Hz電源轉(zhuǎn)換供電，而單片機(jī)以及其它芯片均采用直流5V和12V電壓供電。故需要設(shè)計降壓電路。三端穩(wěn)壓電路使用了由LM7805和LM7812構(gòu)成的橋式穩(wěn)壓整流電路。該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強、波紋電壓和輸出電流小的特點。但是，由于調(diào)整管始終工作在放大狀態(tài)，自身功耗比較大，故三端穩(wěn)壓器的效率比較低，甚至僅為3040。為了解決散熱問題，必須安裝散熱器，這必然增大整個電源設(shè)備的體積、重量和成本。干電池串聯(lián)供電，由于單片機(jī)機(jī)芯片的工作電壓都是5V，但是干電池一般都是每節(jié)1.5V，若想得到

18、要求的工作電壓，需要幾節(jié)干電池串聯(lián)進(jìn)行供電。所以還需再加上一個穩(wěn)壓集成電路就可達(dá)到要求的5V電壓，穩(wěn)壓芯片選擇LM7805芯片。 由于本設(shè)計使用需220v供電，綜合考慮最終選電源轉(zhuǎn)換作為電源供電部分。2.4,6 紅外遙控方案的選擇市場上紅外芯片種類繁瑣，BC7210、TC9012、ht6122等等BC7210比高公司擁有版權(quán)的紅外遙控解碼專用芯片。BC7210 可以完成目前國內(nèi)市場上最常用的飛利浦RC5和NEC兩種紅外編碼信號的解碼。(支持的編碼芯片包括：SAA3010, KS51900, uPD6121, uPD6122, TC9012, KS5410, MN6010, LC7426, PT

19、2210, PT2221, PT2222, SC6121, SC6122, SC9012等等) BC7210的輸出可以設(shè)置為并行輸出或者串行輸出，串行輸出方式兼容SPI和UART兩種接口，可以輕松完成與各種MCU、PC機(jī)的接口?？梢匀〈鶶AA3049等芯片。TC9012是一塊用于東芝系列紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路，采用CMOS工藝制造。它可外接32個按鍵， 提供8種用戶編碼，另外還具有3種雙重按鍵功能。TC9012的管腳設(shè)置和外圍應(yīng)用線路都進(jìn)行了高度優(yōu)化，以配合PCB的布圖和低成本的要求ht6122 芯片是通用紅外遙控發(fā)射集成電路,采用CMOS 工藝制造,最多可外接64個按鍵,并有三組雙

20、重按鍵。封裝形式為SOP-24和SOP-20。考慮應(yīng)用方便，本設(shè)計用此方案。三、主要元器件介紹3.1 AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51的主要特點：與MCS-51 兼容、4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 、壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年、全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz、三級程序存儲器鎖定、128×8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源 、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。(a) (b)圖3.1.1 單片機(jī)芯片實物引腳圖管腳說明：VCC：供電電壓、GND：接地。P0,P1,P2,P3：輸入/輸出端口。P3.0/RXD

21、：串行輸入口、P3.1/TXD：串行輸出口、P3.2 /INT0：外部中斷0、P3.3 /INT1：外部中斷1、P3.4/T0：計時器0外部輸入、P3.5 T1：計時器1外部輸入、P3.6 /WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通、P3.7 /RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通、P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可

22、用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RES

23、ET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入、XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。3.2 LCD1602液晶顯示介紹工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶

24、模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。3.3V或5V工作電壓，對比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM，內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM，8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。表3.2.1 引腳說明引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使

25、用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，寫操作時，下降沿使能。讀操作時，E高電平有效7-14DB0雙向數(shù)據(jù)總線15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負(fù)極表3.2.2寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)表3.2.3相關(guān)控制命令表控制命令

26、表 1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平） 指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，

27、低電平時移動光標(biāo)。 指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。 指令8：DDRAM地址設(shè)置。 指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù)。 指令11：讀數(shù)據(jù)。表3.2.4 芯片時序表LCD1602液晶顯示實物引腳圖：(a) (b)圖3.2.1 LCD1602液晶顯示實物圖3.3 DS18B20溫度傳感器介紹1: 技術(shù)性能描述、 獨特的單線

28、接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。、測溫范圍 55+125，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）1。、支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。、工作電源: 3.05.5V/DC （可以數(shù)據(jù)線寄生電源）、在使用中不需要任何外圍元件、 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送、不銹鋼保護(hù)管直徑 6、適用于DN1525, DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫、 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X

29、1.5, G1/2”任選、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。2、結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器 儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20的電源也可以從外部3V-5 .5V的電壓得到。DS18B20采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）讀ROM， 2 ）ROM匹配， 3 ）搜索ROM，

30、4 ）跳過ROM， 5 ）報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置

31、字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。3特點一線接口，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 ° C至+125 ，精度為±0.5 ° C。溫度傳感器可編程的分辨率為912位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費電子產(chǎn)品溫度計、或任何熱敏感系統(tǒng)。描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù))。由于DS18B20是一條口線通信，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。因

32、為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。4.工作原理：DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3-5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，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 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器

33、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(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，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。圖3中的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。圖3.3.1 DS18B20測溫原理圖DS81B20芯片實物引腳圖： (a) (b)圖3.3.2 DS81B20芯片實物引腳圖表3-4：ROM指令表指 令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合 ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 RO

34、M 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備。搜索 ROM0FOH用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。表3-5：RAM指令表指 令約定代碼功 能溫度變換44H啟動DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RA

35、M中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中第3 、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。重調(diào) EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第2、3字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時DS1820發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 DS1820發(fā)送“ 1 ”。3.4 HT6221遙控器芯片介紹特征工作電壓: 1.8V3.5V、Dout 輸出 38KHz、最小發(fā)射字: 一個字、一個 455KHz 的陶瓷或晶體、16 位地址碼、8 位數(shù)據(jù)碼、ppm代碼方式、最大活動鍵 HT

36、6221: 32 鍵表3.4.1 引腳說明代碼的特征1： HT6221 鍵碼的形成當(dāng)一個鍵按下超過36ms 振蕩器使芯片激活如果這個鍵按下且延遲大約108ms,這 108ms 發(fā)射代碼由一個起始碼9ms ,一個結(jié)果碼4.5ms ,低 8 位地址碼9ms18ms ,高 8 位地址碼9ms18ms ,8 位數(shù)據(jù)碼9ms18ms 和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼 9ms18ms 組成 如果鍵按下超過108ms 仍未松開接下來發(fā)射的代碼 連發(fā)代碼將僅由起始碼9ms 和結(jié)束碼2.5ms 組成2 ：代碼格式以接收代碼為準(zhǔn)接收代碼與發(fā)射代碼反向位定義圖3.4.1 紅外高低位定義(a) 單發(fā)代碼格式 (b)連發(fā)代碼格式

37、圖3.4.2 代碼格式解碼方法及軟件說明解碼的關(guān)鍵是如何識別0 和 1 從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)0 1 均以 0.56ms的低電平開始不同的是高電平的寬度不同0 為 0.56ms, 1 為 1.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別0 和 1 如果從 0.56ms 低電平過后開始延時0.56ms 以后 若讀到的電平為低說明該位為0 反之則為1 為了可靠起見 延時必須比0.56ms 長些 但又不能超過1.12ms,否則如果該位為0 讀到的已是下一位的高電平因此取1.12ms+0.56ms /2=0.84ms 最為可靠一般取0.84ms左右均可根據(jù)碼的格式應(yīng)該等待9ms 的起始碼和4.5ms 的結(jié)果

38、碼完成后才能讀碼四、 硬件電路設(shè)計4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)芯片工作時，必需加一個最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)中主要包括復(fù)位電路和時鐘電路兩大部分。圖4.1.1 最小系統(tǒng)圖1.復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。常用的復(fù)位電路有四種方式：（1）上電復(fù)位電路（2）按鍵復(fù)位電路（3）脈沖復(fù)位電路（4）兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。由于考慮到結(jié)構(gòu)和成本等原因，決定選用兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。該復(fù)位電路工作原理為：在通電瞬間，

39、在RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，保證RST引腳出現(xiàn)10 ms以上穩(wěn)定的高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍(單片機(jī)的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V)，需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓時在03.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少(串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓)。所以在0.1S內(nèi)，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號

40、為高電平信號。所以在開機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位(RST引腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右)。2. 時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時所必需的時鐘信號。在MCS51單片機(jī)片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘方式。根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時鐘連接方式可分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式. （a）內(nèi)部方式時鐘電路     （b）外接時鐘電路 本設(shè)計使用內(nèi)部方式，須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩

41、器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz12MHz之間。對于外接時鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz即可4.2 電源電路本設(shè)計將220V的電網(wǎng)電壓，經(jīng)變壓、整流后得到+5v直流電壓。1變壓部分：規(guī)定v1為變壓器的高壓側(cè)，v2為低壓側(cè)，v1側(cè)的線圈要比v2側(cè)的線圈多，將220V的電網(wǎng)電壓降低。圖4.2.1 變壓器2.單相橋式整流電路：整流電路由四只整流二極管組成。單相橋式整流電路的工作原理如下：在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，經(jīng)過二極管D1

42、，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D4正向?qū)?，D2、D3反向截止，產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓。在v2的負(fù)半周，其極性正好相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，經(jīng)過二極管D2，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向?qū)ā蚴秸麟娐防昧硕O管的單向?qū)щ娦?，利用四個二極管，是它們交替導(dǎo)通，從而負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。單相橋式整流電路如圖所示：圖4.2.2 單相橋式整流電路3.濾波電路：采用電解電容和二極管并聯(lián)方式濾波，電容兩端電壓升高時，電容充電，電壓降低時，電容放電，讓電壓降低時的坡度變得平緩，從而起到濾波的作用。這里選用電解電容是因為電解

43、電容單位體積的電容量非常大，能比其它種類的電容大幾十到數(shù)百倍，并且其額定的容量可以做到非常大，價格比其它種類相比具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，因為其組成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。電解電容并聯(lián)二極管，有效防止了電壓反相。濾波電路如圖所示：圖4.2.3 濾波電路47805三端穩(wěn)壓集成芯片：電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78 ×× 系列和負(fù)電壓輸出的79××系列三端穩(wěn)壓器。 MC78M05CT將輸出電壓穩(wěn)定在+5V上，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 (a) (b)圖4.2.4 7805三端穩(wěn)壓芯片引腳圖圖4.2.5 電源電路總

44、設(shè)計圖4.3 按鍵信號輸入電路按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點斷開、閉合時，由于機(jī)械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms10ms。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。圖4.3.1 按鍵抖動原理圖按鍵的消抖，可用硬件或軟件兩種方法硬件消抖。在鍵數(shù)較少時可用硬件方法消除鍵抖動。下圖所示的RS觸發(fā)器為常用的硬件去抖。圖4.3.1硬件消抖原理兩個

45、“與非”門構(gòu)成一個RS觸發(fā)器。當(dāng)按鍵未按下時，輸出為0;當(dāng)鍵按下時，輸出為1。此時即使用按鍵的機(jī)械性能，使按鍵因彈性抖動而產(chǎn)生瞬時斷開（抖動跳開B），只要按鍵不返回原始狀態(tài)A，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不改變，輸出保持為0，不會產(chǎn)生抖動的波形。也就是說，即使B點的電壓波形是抖動的，但經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，其輸出為正規(guī)的矩形波。這一點通過分析RS觸發(fā)器的工作過程很容易得到驗證。軟件消抖。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖，即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，5ms10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵釋放后，也要給5ms10ms的延時，待后沿抖

46、動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。一般來說，軟件消抖的方法是不斷檢測按鍵值，直到按鍵值穩(wěn)定。實現(xiàn)方法：假設(shè)未按鍵時輸入1，按鍵后輸入為0，抖動時不定?？梢宰鲆韵聶z測：檢測到按鍵輸入為0之后，延時5ms10ms，再次檢測，如果按鍵還為0，那么就認(rèn)為有按鍵輸入。延時的5ms10ms恰好避開了抖動期。本設(shè)計使用軟件消抖的方法。圖4.3.1 按鍵信號輸入電路圖鍵盤功能說明S1：模式設(shè)置鍵，按一下進(jìn)入到溫度系統(tǒng)設(shè)置狀態(tài)。S2：步進(jìn)加鍵，每按一下，要設(shè)置的限制值加。S3：步進(jìn)減鍵，每按一下，要設(shè)置的限制值減。S4：確定鍵，確定前面所設(shè)的溫度值。4.4 紅外遙控電路 圖4.4.1紅外遙控發(fā)送端電路圖4.5 溫

47、度傳感器電路DS18B20 接線方式有兩種：第一種方法，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲器操作時，給I/O線提供一個強上拉。用MOSFET把I/O線直接拉到電源上就可以實現(xiàn)，見圖2。在發(fā)出任何涉及拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的協(xié)議之后，必須在最多10s之內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強上拉。使用寄生電源方式時，VDD引腳必須接地。圖4.5.1 DS18B20寄生電源接線方式另一種給DS1820供電的方法是從VDD引腳接入一個外部電源。這樣做的好處是I/O線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉(zhuǎn)換期間總保持高電平。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)往來。另外，在單線總線上可以掛任意多片DS

48、1820，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發(fā)一個SkipROM命令，再接一個Convert T命令，讓它們同時進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。注意當(dāng)加上外部電源時，GND引腳不能懸空。圖4.5.1 DS18B20外部電源接線方式本設(shè)計使用的接線方式為第二種外部電源接線方式。4.6 顯示電路圖4.6.1 液晶顯示電路圖4.7 報警電路當(dāng)引腳為低電平時，蜂鳴器響，也就是說，如果溫度超過上限值時，通過DS18B20報警信號使單片機(jī)內(nèi)部引腳口拉低，高電平時，蜂鳴器響聲停止。從而達(dá)到報警作用。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接

49、通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。圖4.7.1 報警電路圖4.8 繼電器加熱電路控制電路就是用I/O口控制繼電器線圈，繼電器來控制加熱器。來達(dá)到加熱的目的，通過繼電器根據(jù)單片機(jī)從DS18B20讀入的數(shù)據(jù)打開和閉合來達(dá)到控制飲水機(jī)溫度的控制，下圖為部分控制電路。圖4.8.1 執(zhí)行加熱電路圖 固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷型電子開關(guān)，是四端有源器件，其中兩個端子為控制輸入端，另外兩個為輸出受控端。

50、為了實現(xiàn)輸入與輸出的隔離，器件采用了高耐壓的光耦合器。當(dāng)輸入信號有效時，電路呈導(dǎo)通狀態(tài)，反之，呈斷開狀態(tài)，可以實現(xiàn)類似電磁繼電器的開關(guān)功能。固態(tài)繼電器將MOSFET、GTR、普通晶閘管等組合在一起與觸發(fā)電路封裝在一個模塊中，而且驅(qū)動電路與輸出電路隔離。固態(tài)繼電器是可控硅過零觸發(fā)器，無觸點，不用調(diào)節(jié)，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生波形畸變。因此，非常適合本設(shè)計。 控制電路工作原理：當(dāng)AT89C51的RXD口輸出一個高電平時，三極管開始工作，驅(qū)動繼電器k工作，繼電器k呈導(dǎo)通狀態(tài)，加熱裝置開始工作.仿真中用LED代替加熱器。五、軟件編程 系統(tǒng)軟件設(shè)計也就是程序設(shè)計，就是在完成了硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再編寫相應(yīng)的程序，下

51、載到芯片里，通過執(zhí)行程序指令控制硬件，從而實現(xiàn)各種功能。一般來講，軟件的功能可分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量、計算、顯示、打印、輸出控制等。另一類是監(jiān)控軟件，它專門協(xié)調(diào)執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)中充當(dāng)組織協(xié)調(diào)的角色。由于用C語言編寫程序簡介明了，效率相對其他高級語言較高，所以本設(shè)計采用C語言編寫。5.1 總程序流程 本設(shè)計的軟件設(shè)計包括主程序、鍵盤子程序、18b20溫度轉(zhuǎn)換子程序、控制子程序及顯示子程序。結(jié)合本系統(tǒng)的功能，程序長度不會超過AT89C51內(nèi)部的程序存儲器，所以硬件上不用外擴(kuò)程序存儲器。圖5.1.1主程序流程圖5.2 溫度采集子程序DS18B20的

52、工作流程圖：圖5.2.1 溫度采集流程圖基于工作時序底層驅(qū)動程序：（1）、DS18B20的復(fù)位時序 DS18B20在工作前需要進(jìn)行復(fù)位初始化，為后續(xù)的操作做好準(zhǔn)備。復(fù)位程序段：void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ復(fù)位 Delay(8); /稍做延時 DQ = 0; /單片機(jī)將DQ拉低 Delay(80); /精確延時，大于480us DQ = 1; /拉高總線 Delay(14); x = DQ; /稍做延時后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 Delay(20); （2）、DS18B20的讀時序?qū)τ贒S18B2

53、0的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。讀程序段：/*讀一個字節(jié)*/ unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; Delay(4); retu

54、rn(dat); （3）、DS18B20的寫時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。寫程序段：/*寫一個字節(jié)*/ void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; Delay(5); DQ = 1; dat>>=1; 5.3 紅外