家用智能電加熱鍋爐設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、遼 東 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）家用智能電加熱鍋爐設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)With the implementation of household intelligent electric heating boiler design學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 審 閱 教 師： 完 成 日 期： 遼 東 學(xué) 院Eastern Liaoning University獨(dú)創(chuàng)性說明作者鄭重聲明：本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我個(gè)人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫

2、的研究成果，也不包含為獲得遼東學(xué)院或其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：_ 日期：_ _ 遼東學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目摘 要本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的家用智能電加熱鍋爐設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以85c51單片機(jī)作為核心控制，運(yùn)用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫宿采集，顯示電路采用1602液晶，作為模式顯示單元，LCD顯示溫度和時(shí)間，可設(shè)定運(yùn)行和停止的時(shí)間間隔和次數(shù)。溫度傳感器與單片機(jī)的緊密結(jié)合構(gòu)成溫度閉環(huán)實(shí)現(xiàn)了智能電加熱鍋爐的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高，具有

3、一定的使用和參考價(jià)值。系統(tǒng)配有功能鍵盤接口：定時(shí)功能選擇、時(shí)間調(diào)整功能、控制溫度調(diào)整功能、功能退出；關(guān)鍵詞：單片機(jī)；加熱爐；1602液晶；DS18B20- I -遼東學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目目 錄摘 要I一、緒論1（一）本設(shè)計(jì)的意義及目的1（二）智能加熱爐的國內(nèi)外現(xiàn)狀2（三）本文主要內(nèi)容3二、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)4三、單片機(jī)硬件部分設(shè)計(jì)5（一）溫度測控系統(tǒng)選型5（二）控制器芯片方案10（三）單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)121復(fù)位電路設(shè)計(jì)122時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)14（四）LED顯示電路與鍵盤電路14四、軟件部分的設(shè)計(jì)18（一）主程序設(shè)計(jì)18（二）模式設(shè)定函數(shù)設(shè)計(jì)21（三）編程環(huán)境的介紹29結(jié) 論33參 考

4、文 獻(xiàn)34附錄A 整體電路圖35附錄B程序代碼36致 謝55- II -遼東學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目一、緒論（一）本設(shè)計(jì)的意義及目的目前市場上的家用熱水器控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問題，很多控制器只具有溫度和水位的顯示功能，而不具備溫度和水位的即時(shí)控制功能。即使一些熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于不能控制加熱時(shí)間及水位而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)電能，甚至?xí)鸹馂?zāi)等重大事故，造成人身及財(cái)產(chǎn)損失。國內(nèi)在近十年對智能溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并在一些領(lǐng)域得到應(yīng)用，如微波爐、加熱箱、蔬菜大棚。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可對一定容量的清水進(jìn)行加熱控制，水溫可以在一定范圍內(nèi)設(shè)定 ，并保持設(shè)定溫度

5、基本不變，同時(shí)具備水位檢測控制及報(bào)警功能。本系統(tǒng)成本低廉、安裝方便、運(yùn)行可靠，并且在保證水溫智能可控的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的要求。隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，人們對于智能化要求逐步提升。智能控制得到廣泛應(yīng)用，日常生活中許多場合都需要依據(jù)實(shí)際情況，更加人性化地實(shí)現(xiàn)多方面的控制。電熱水鍋爐是將電能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，采用全新加熱方式，無污染，相比其他燃煤鍋爐，完全可以稱為綠色環(huán)保鍋爐。電加熱鍋爐具有以下特點(diǎn)：無污染、能量轉(zhuǎn)化效率高、鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡單、安全性好，并且可采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)自動化，因而在現(xiàn)實(shí)生活中使用起來更加方便。單片機(jī)應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速。在過程控制中，單片機(jī)

6、既可作為主計(jì)算機(jī)，又可作為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的前端機(jī)，完成模擬量的采集和開關(guān)量的輸入、處理和控制計(jì)算，然后輸出控制信號。單片機(jī)廣泛用于儀器儀表中，與不同類型的傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)諸如電壓、濕度、水位、壓力和溫度等物理量的測量；在日常電器設(shè)備中，單片機(jī)已廣泛用于電視機(jī)、電冰箱、電飯鍋等各種家電設(shè)備中?？傊?，使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電熱水鍋爐的多個(gè)參數(shù)控制，既滿足實(shí)際生活和工業(yè)控制的需求，又滿足當(dāng)今社會發(fā)展的需要。鍋爐控制是一種過程控制，其多個(gè)參數(shù)的變化（如溫度、水位等）具有非線性的特點(diǎn)，單純用數(shù)學(xué)方法建立精確的模型，顯然不切實(shí)際，因此首先選擇合適的控制算法，對實(shí)現(xiàn)電鍋爐的穩(wěn)定控制和提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性十分

7、重要。通過對“家用智能電加熱鍋爐設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的研究，并結(jié)合自己所學(xué)知識，完成基于單片機(jī)技術(shù)的家用智能電加熱鍋爐設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)著重研究內(nèi)容主要包括：實(shí)用系統(tǒng)分析、控制方案確定、功能設(shè)計(jì)、線路設(shè)計(jì)與線路板制作、元件采購與焊接、系統(tǒng)總裝與調(diào)試等。將自己所學(xué)應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，為自己以后的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用89C52作為控制核心，運(yùn)用到外端的接口技術(shù)以及A/D及D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及應(yīng)用，溫度傳感器與單片機(jī)的連接處理同時(shí)還運(yùn)用到LCD顯示。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。（二）智能加熱爐的國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著我國

8、電力行業(yè)的迅速發(fā)展，電力供應(yīng)緊張的局面已經(jīng)趨于緩和，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，國家推廣使用燃?xì)忮仩t和電鍋爐。然而，現(xiàn)今環(huán)境污染問題嚴(yán)重，而且由于燃?xì)忮仩t投資過大，管道鋪設(shè)受到城市發(fā)展的制約，這就為電熱鍋爐提供了良好的發(fā)展空間。電熱鍋爐同其他燃料鍋爐相比，具有無污染、熱效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控的全自動化控制，控制系統(tǒng)可采用PLC控制，也可以采用電腦控制，同時(shí)均可轉(zhuǎn)為手動；控制方式靈活，加熱方式便利，可采用瞬時(shí)、蓄水和蓄熱等多種方式；安全性能好。從以上優(yōu)點(diǎn)可以看出，電熱鍋爐代表了當(dāng)今環(huán)保鍋爐的發(fā)展趨勢，在人們崇尚回歸自然，世界各國環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的今天，電熱鍋爐必定會獲得長足發(fā)展。電熱鍋

9、爐根據(jù)電加熱原理和加熱元件的不同分以下幾類： 電熱管電熱鍋爐、電熱棒電熱鍋爐、電極式電熱鍋爐、電熱板電熱鍋爐、感應(yīng)式電熱鍋爐。當(dāng)前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的電熱鍋爐絕大部分是電熱管電熱鍋爐，其原理是電能通過電熱管電阻轉(zhuǎn)換成熱能。其中電熱管是電熱鍋爐的核心，電熱管質(zhì)量的高低直接影響電熱鍋爐的運(yùn)行可靠性和使用壽命。國家大力引進(jìn)蓄熱電熱鍋爐，積極引進(jìn)開發(fā)電極式電熱鍋爐。電熱鍋爐在我國起步較晚，其應(yīng)用和發(fā)展是我國電力工業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求相互作用的必然結(jié)果。盡管處于發(fā)展初期，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用過程中還存在很多問題，但隨著人們對電熱鍋爐認(rèn)識的深入以及生產(chǎn)廠家的技術(shù)進(jìn)步，電熱鍋爐一定會得到長足發(fā)展，成為新世紀(jì)廣泛使用

10、的新型綠色環(huán)保鍋爐。工業(yè)控制在理論上大概分為三個(gè)階段，第一階段為以經(jīng)典控制理論為主要控制方案的初級階段，可以用PID控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定系統(tǒng)和定值控制；第二階段為以現(xiàn)代控制理論為主要控制方案的發(fā)展階段，以微型計(jì)算機(jī)為工具，對復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行控制，克服干擾和模型變化，以滿足復(fù)雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。第三階段為高級階段，控制方法主要朝著綜合化和智能化的方向發(fā)展。智能控制理論中，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制系統(tǒng)為最有潛力的三種方法，其中模糊控制不僅有行之有效的模糊控制理論為基礎(chǔ)，而且能夠表達(dá)出確定性和不確定性的兩類經(jīng)驗(yàn)，并提煉成為知識進(jìn)而改善已有控制。（三）本文主要內(nèi)容設(shè)計(jì)開始對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析整理，對本設(shè)

11、計(jì)的市場現(xiàn)狀及技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行整體分析，確定整體的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括加熱爐的溫度檢測部分、加熱爐的工作模式設(shè)定部分和加熱爐的加熱控制部分。溫度檢測部分包括傳感器檢測爐內(nèi)溫度和控制面板的溫度顯示；加熱模式的設(shè)定包括按鍵的設(shè)計(jì)，顯示屏的設(shè)計(jì)，通過按鍵選取加熱爐的工作模式，再對每個(gè)模式下的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，最后進(jìn)入工作狀態(tài)；控制加熱部分包括執(zhí)行裝置既繼電器動作部分以及控制繼電器開合的電路設(shè)計(jì)，加熱裝置的設(shè)計(jì)。最后,對本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),創(chuàng)新之處和不足之處進(jìn)行了說明,并進(jìn)行了一些展望。二、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)圖 2.1 整體設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，智能家用電加熱鍋爐設(shè)計(jì)包括溫度檢測模

12、塊、電源模塊、人機(jī)接口和執(zhí)行單元。溫度檢測模塊由溫度傳感器檢測爐內(nèi)溫度，將溫度傳給控制器，是整個(gè)設(shè)計(jì)中的重要部分；控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，在本設(shè)計(jì)中是由單片機(jī)作為控制器，負(fù)責(zé)把檢測回來的溫度進(jìn)行處理?？刂破魍瑫r(shí)驅(qū)動顯示屏和鍵盤輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和設(shè)定及工作模式的顯示與設(shè)置。控制器輸出控制信號給驅(qū)動電路部分，控制其進(jìn)行加熱；加熱控制繼電器是將控制信號轉(zhuǎn)為加熱動作；加熱絲在鍋爐內(nèi)進(jìn)行加熱以提高溫度；按鍵輸入和顯示屏輸出作為人機(jī)接口部分，將設(shè)定值和工作狀態(tài)輸入給控制器，同時(shí)控制器通過顯示屏將其工作狀態(tài)及具體參數(shù)顯示給用戶。三、單片機(jī)硬件部分設(shè)計(jì)（一）溫度測控系統(tǒng)選型市場上有多種傳感器可供選擇：方案

13、一：由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二：選用DS18B20：DS18B20單總線數(shù)字溫度計(jì)提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度，信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20，中央處理器到DS18B20僅需連接一條線和地。讀寫和完成溫度變換所需的電源可以有數(shù)據(jù)線本身提供，不需要外接電源?？梢灾苯訉囟葌鹘o處理器處理顯示數(shù)據(jù)。且目前市場價(jià)10元左右。通過比較以上兩種方案，決定采用方案二，方案二電路圖設(shè)

14、計(jì)簡單，相對其它器件容易控制，性價(jià)比高。而且可以多點(diǎn)采集溫度，更容易實(shí)現(xiàn)智能控制。溫度傳感器特性和參數(shù)圖3.1 DS18B20封裝圖下表為DS18B20的引腳定義及描述DS18B20是一種可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.5。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，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，實(shí)現(xiàn)

15、多點(diǎn)測溫。工作電源為 35V/DC。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, M12X1.5, 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。負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列見圖2.8所示。該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機(jī)房，電力

16、機(jī)房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域、軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制、供熱/制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制、汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V；零待機(jī)功耗；

17、溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；64位ROM和單線接口高速緩存存儲器存儲器和控制器8位CRC生成器溫度靈敏原件低溫觸發(fā)器高溫觸發(fā)器配置寄存器電源檢測圖3.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。DS18B20的寫操作（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”； （2） 延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒； （3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）； （4）

18、 延時(shí)時(shí)間為45微秒； （5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平； （6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止； （7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。在這里要注意的是（3），寫數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)1bit單獨(dú)傳送，這里有兩種情況。當(dāng)需要傳送“1”時(shí)，單片機(jī)應(yīng)該給DS18B20芯片的DQ接口賦低電平，大約15秒以后，將DQ釋放為高電平，延時(shí)約45微妙即可。當(dāng)需要傳送“0”時(shí)，單片機(jī)應(yīng)該給DS18B20芯片的DQ接口賦低電平，并且持續(xù)拉低最少60微妙，然后將DQ釋放為高電平，再延時(shí)約15秒即可。DS18B20的寫操作時(shí)序圖見圖2.10所示。圖3.3 DS18B20的寫操作時(shí)序圖DS18B20的讀操作（1）將數(shù)據(jù)線

19、拉高“1”； （2）延時(shí)2微秒； （3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”； （4）延時(shí)15微秒； （5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”； （6）延時(shí)15微秒； （7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； （8）延時(shí)30微秒；這里只要按以上操作將狀態(tài)位的各各bit按順序儲存好即可。DS18B20的讀操作時(shí)序圖見圖2.11所示。圖3.4 DS18B20的讀操作時(shí)序圖根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)

20、線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 ROM指令表見表2.4所示，RAM指令表見表3-1所示。表3-1 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 ROM 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(gè)數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過R

21、OM0CCH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。警告搜索命令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3-2 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(shí)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RAM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

22、RAM中的第3 、4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS1820發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 DS1820發(fā)送“ 1 ”。DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。例如125的數(shù)字輸出為07D0H，25.0625的數(shù)字輸出為0191H，25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，55的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20的外部電源供電方式見圖3.5所示，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精

23、度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多。DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。圖3.5 溫度傳感器（二）控制器芯片方案目前，市場上以MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣，配合其生產(chǎn)的芯片業(yè)最多。而且51系列已能完成本設(shè)計(jì)所需要求，價(jià)格較低，所以本設(shè)計(jì)選用51系列單片機(jī)AT89C52作為核心芯片。兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的AT89C52單片機(jī)是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的課反復(fù)擦寫的制度程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采

24、用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的89C52單片機(jī)可為您提供許多高性低比的系統(tǒng)控制應(yīng)用領(lǐng)域。89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其引腳如圖4-3其主要功能特性如下：*兼容性MCS51指令系統(tǒng)*8k可反復(fù)擦寫（>1000次）Flash ROM*32個(gè)雙向I/

25、O口*256×8bit內(nèi)部RAM*3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷*時(shí)鐘頻率024MHz*2個(gè)串行中斷*可編程UART串行通道*2個(gè)外部中斷源*共6個(gè)中斷源*2個(gè)讀寫中斷口線*3級加密位低功耗空閑和掉電模式圖3.6 AT89C52引腳圖（三）單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)1復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路的基本功能是：可以使單片機(jī)初始化，也可以是死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動。系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。復(fù)位電路分為上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種：不管哪種復(fù)位只要在RESET引腳

26、有持續(xù)兩個(gè)機(jī)械周期以上的高電平就可以是單片機(jī)復(fù)位。圖3.7上電復(fù)位這種上電復(fù)位功能是利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)加電時(shí)，電容C充電，電路中有電流流過，構(gòu)成回路，在電阻R上產(chǎn)生壓降，RESET引腳上為高電平；當(dāng)電容C充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，RESET的電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。可見復(fù)位的時(shí)間與充電的時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間越長復(fù)位的時(shí)間越長，增大電容或電阻都可以增加復(fù)位時(shí)間。圖3.8 按鍵電平復(fù)位按鍵式復(fù)位電路與上電復(fù)位電路的原理相同，但是它還可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下按鍵后，通過R1和R2形成回路，是RESET引腳產(chǎn)生高電平。按鍵時(shí)間決定了復(fù)位的時(shí)間。圖3.9 按鍵脈沖復(fù)位按鍵脈沖式復(fù)位電路是利用RC

27、微分電路在RESET端產(chǎn)生正脈沖來實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。綜合本設(shè)計(jì)的要求，最終方案選取的是按鍵脈沖復(fù)位電路。2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。單片機(jī)工作的時(shí)候，是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的，這個(gè)脈沖的來源是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的，這種時(shí)鐘信號可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式：89C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成內(nèi)振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。圖3.10 振蕩電路本設(shè)計(jì)總C1和

28、C2選擇30pF，晶振為12MHz。（四）LED顯示電路與鍵盤電路在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線

29、管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。圖3.11 顯示1602實(shí)物圖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(shí)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

30、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(shí)移動顯示的文字，低電平時(shí)移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7

31、：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(shí)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)。圖3.12 寫操作時(shí)序圖3.13 讀操作時(shí)序表3-3：基本操作時(shí)序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無液晶屏的電路接線圖如圖：圖3.14 1602接線圖鍵盤電路圖設(shè)計(jì)，通過按鍵控制冷庫的

32、運(yùn)行狀態(tài)，按鍵是低電平有效。圖3.15 按鍵電路圖四、軟件部分的設(shè)計(jì)（一）主程序設(shè)計(jì)圖4.1 主程序流程圖軟件程序如下：#include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include<stdio.h>#include "18b20.h"#include "1602.h"#include "delay.h"bit ReadTempFlag;/定義讀時(shí)間標(biāo)志sbit Fire=P32;sbit S1=P14 ;sbit S2= P15 ;sbit S3= P16

33、 ;sbit S4= P17 ;void Init_Timer0(void);/定時(shí)器初始化/*- 主函數(shù)-*/void main (void) int temp1,time_set=10;char i,Modle=1,Flag1=0,Flag2=0,Flag3=0;float temperature1,temp_set=25.0;char displaytemp18,displaytemp28;/定義顯示區(qū)域臨時(shí)存儲數(shù)組unsigned char w=0;Init_Timer0();LCD_Init(); /初始化液晶DelayMs(20); /延時(shí)有助于穩(wěn)定LCD_Clear(); /清屏

34、Lcd_User_Chr(); /寫入自定義字符LCD_Write_String(0,0," Welcome ");LCD_Write_String(0,1,"Electric Heating");for(i=0;i<10;i+) DelayMs(200);LCD_Clear(); /清屏LCD_Write_String(0,0,"Modle1");LCD_Write_String(9,0,"Modle2");LCD_Write_String(0,1,"Modle 3");LCD_Writ

35、e_String(9,1,"Modle 4");while (1) /主循環(huán) Jiare(); /加熱程序 圖4.2 顯示歡迎界面（二）模式設(shè)定函數(shù)設(shè)計(jì)圖4.3 模式設(shè)定模式設(shè)定函數(shù)如下：if(Flag1=0) Flag2=0; LCD_Write_Com(0x0d);/開閃爍 if(S1=0) DelayMs(10); if(S1=0) while(S1=0); Modle+; if(S2=0) DelayMs(10);if(S2=0) while(S2=0); Modle-; if(S3=0) DelayMs(10); if(S3=0) while(S3=0); Fla

36、g1=1; LCD_Clear(); /確定進(jìn)入下一模式 清屏 if(Modle=0)Modle=4;if(Modle=5)Modle=1;if(Modle=1)LCD_Write_Com(0x86);if(Modle=2)LCD_Write_Com(0x8f);if(Modle=3)LCD_Write_Com(0xc6);if(Modle=4)LCD_Write_Com(0xcf); if(Flag1=1) LCD_Write_Com(0x0c); /關(guān)閉閃爍if(Modle=1) LCD_Write_String(0,0,"Modle 1:"); if(Flag2=0)

37、 LCD_Write_Char(7,1,' '); LCD_Write_Char(0,1,'&');if(S1=0) DelayMs(100); if(S1=0) temp_set=temp_set+0.1; if(S2=0) DelayMs(100); if(S2=0) temp_set=temp_set-0.1; if(S3=0) DelayMs(10); if(S3=0) while(S3=0); Flag2=1; if(Flag2=1) LCD_Write_Char(0,1,' '); LCD_Write_Char(7,1,

38、9;&');if(S1=0) DelayMs(100); if(S1=0) time_set=time_set+1; if(S2=0) DelayMs(100); if(S2=0) time_set=time_set-1; if(S3=0) DelayMs(10); if(S3=0) while(S3=0); Flag2=3; sprintf(displaytemp1,"T:%3.1f",temp_set); LCD_Write_String(1,1,displaytemp1); sprintf(displaytemp2,"Time:%3d&quo

39、t;,time_set); LCD_Write_String(8,1,displaytemp2); if(Flag2=3) LCD_Write_Char(7,1,' '); LCD_Write_Char(0,1,' '); if(S3=0) DelayMs(10); if(S3=0) while(S3=0); Flag1=2; LCD_Clear(); /確定進(jìn)入下一模式 清屏 if(S4=0) DelayMs(10); if(S4=0) while(S4=0); Flag1=0; LCD_Clear(); /確定進(jìn)入上一模式 清屏 LCD_Write_Stri

40、ng(0,0,"Modle 1"); DelayMs(10);LCD_Write_String(9,0,"Modle 2");DelayMs(10);LCD_Write_String(0,1,"Modle 3");DelayMs(10);LCD_Write_String(9,1,"Modle 4");DelayMs(10); if(Modle=3) LCD_Write_String(0,0,"Modle 3:");if(S1=0) DelayMs(100); if(S1=0) temp_set=

41、temp_set+0.1; if(S2=0) DelayMs(100); if(S2=0) temp_set=temp_set-0.1; sprintf(displaytemp1,"TS:%3.1f",temp_set); LCD_Write_String(0,1,displaytemp1); if(S3=0) DelayMs(10); if(S3=0) while(S3=0); Flag1=2; LCD_Clear(); /確定進(jìn)入下一模式 清屏 if(S4=0) DelayMs(10); if(S4=0) while(S4=0); Flag1=0; LCD_Clear(

42、); /確定進(jìn)入上一模式 清屏 LCD_Write_String(0,0,"Modle 1"); DelayMs(10);LCD_Write_String(9,0,"Modle 2");DelayMs(10);LCD_Write_String(0,1,"Modle 3");DelayMs(10);LCD_Write_String(9,1,"Modle 4");DelayMs(10); if(Modle=2) Flag1=2;/直接加熱模式LCD_Clear(); 圖4.4 模式設(shè)定界面模式設(shè)定界面中用戶可通過按鍵選

43、擇加熱爐的工作模式，其中工作模式1是定時(shí)定溫的工作方式，模式2是直接加熱的工作方式，模式3是定溫的工作方式，模式4正在開發(fā)。當(dāng)光標(biāo)顯示在模式1上的時(shí)候按確定鍵進(jìn)入下一級設(shè)定界面，如下圖：圖4.5 模式1設(shè)定界面在模式1的設(shè)定界面下可對溫度進(jìn)行控制，當(dāng)符合“&”在溫度前面的時(shí)候，可根據(jù)按鍵加減溫度，同理在時(shí)間前面的時(shí)候可設(shè)定定時(shí)時(shí)間。圖4.6 模式1倒計(jì)時(shí)界面圖4.7 模式3工作界面（三）編程環(huán)境的介紹KEIL C51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM 語言和 C

44、語言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。進(jìn)入 Keil C51 后，屏幕如下圖所示。幾秒鐘后出現(xiàn)編輯界圖4.8 啟動Keil C51時(shí)的屏幕圖4.9 進(jìn)入Keil C51后的編輯界面在輸入程序時(shí)，讀者已經(jīng)看到了事先保存待編輯的文件的好處了吧，即Keil c51會自動識別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會使用戶少犯錯(cuò)誤，有利于提高編程效率。程序輸入完畢后，如下圖所示 圖4.10 KEIL工作界面在上圖中，單擊“Project”菜單，再在下拉菜單中單擊“Built Target”選項(xiàng)（或者使用快捷鍵F7），編譯成功后，再單擊“Project”菜單，在下拉菜單中單擊“Start/Stop D

45、ebug Session”（或者使用快捷鍵Ctrl+F5）,屏幕如下所示 圖4.11編譯完成界面結(jié) 論參 考 文 獻(xiàn)1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(簡明修訂版)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.高等教育出版社，20033 PROTEL99 SE電路設(shè)計(jì)與制板M.機(jī)械工業(yè)出版社，20074 楊將新，李華軍，劉到駿等.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用（從基礎(chǔ)到實(shí)踐）J電子工業(yè)出版社，20065 Steven F.Barrett.Daneil J.Pack.Embedded SystemM.北京：電子工業(yè)出版社，20066 周立功.LPC900系列Flash單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)J.北京航空航天大學(xué)出版社, 20047 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程M.北京：電子工業(yè)出版社, 20058 楊欣.電子設(shè)計(jì)從零開始（第二版）.北京:清華大學(xué)出版社，20109 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第三版)M