基于單片機(jī)的汽車水溫表設(shè)計(jì)方案

1 基于單片機(jī)的汽車水溫表設(shè)計(jì)方案 2 汽車水溫表簡介 車水溫表概述 汽車水溫表是用來指示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的工作溫度，并向司乘人員顯示發(fā)動(dòng)機(jī)工作水溫是否工作正常。它由裝在氣缸蓋上的溫度傳感器和轉(zhuǎn)在儀表盤上的水溫表組成。 見汽車水溫表的工作原理 常見的汽車水溫表有電熱式、電磁式和蒸氣壓力是三類，它們與不同的感應(yīng)器相配合，進(jìn)行水溫測定。 熱式水溫表工作原理 當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高使雙金屬片向離開固定觸點(diǎn)的方向彎曲，使觸點(diǎn)彼此接觸的壓力減弱；通過壓力的減弱增加打開的時(shí)間，使通過 加熱線圈的電流平均值減小，水溫表指針指向高溫。水溫降低時(shí)，觸電壓力增大，平均電流增大，水溫表的雙金屬片彎曲怎大，指針指向低溫。如圖 2示； 圖 2 1 電熱式水溫表 磁式水溫表工作原理 電磁式水溫表內(nèi)有兩個(gè)鐵芯式線圈，在線圈交叉位置上，裝有小磁片、配重和指針等 2 組成的轉(zhuǎn)子，傳感器為溫度系數(shù)熱敏電阻。低溫時(shí)，傳感器熱敏電阻阻值為 1000，此時(shí)，線圈 大電阻串聯(lián) ,通過的電流，大部分流入 綜合電場是指針停在刻度 32處。當(dāng)溫度升高時(shí)，傳感器受溫度的影響，熱敏電阻阻值變?。s為 150）， 通過電流，對減少，磁場的綜合作用是指針向高溫 100刻度移動(dòng)。如圖 2示； 圖 2 2 電磁式水溫表 氣壓力式水溫表工作原理 當(dāng)水溫表的感溫包受熱時(shí)，充灌在其中的介質(zhì)（氯乙烷或乙醚等）受熱蒸發(fā)（乙醚液體在大氣壓力下的沸點(diǎn)是 34），蒸氣壓力通過毛細(xì)管進(jìn)入彈簧管，壓力迫使彈簧向外擴(kuò)張，彈簧管的自由端與連桿的一頭銷釘連接，連桿的另一端與扇形齒輪固定。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，扇形齒輪與中心齒輪嚙合傳動(dòng)，并使裝在中心齒輪軸上的指針在刻度盤上指出被測介質(zhì)溫度值。感溫包內(nèi)液體體積受感溫包與彈簧 管相對位置影響。如圖 2示； 3 圖 2 3 蒸氣壓力式水溫表 3 水溫表總體原理及設(shè)計(jì) 件總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于單片機(jī)的 汽車水溫表 的電路，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 圖 3 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 件系統(tǒng)子模塊 (1) 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路部分 (2) 溫度采集電路部分 (3) 數(shù)碼管溫度顯示電路部分 件總體設(shè)計(jì) 良好的設(shè)計(jì)方案可以減少軟件設(shè)計(jì)的工 作量，提高軟件的通用性，擴(kuò)展性和可讀性。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和步驟如下 ： (1) 根據(jù)需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級劃分模塊。 (2) 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性，便于軟件編制和調(diào)試。 (3) 確定軟件開發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過。 (4) 按照開發(fā)式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來，即成一個(gè)較完善的系統(tǒng)。 單片機(jī)碼管顯示 溫度傳感器 4 首先接通電源系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)開始工作后，通過 溫度傳感器 開始實(shí)時(shí)檢測，調(diào)用顯示子程序顯示檢測結(jié)果 。 4 水溫表硬件設(shè) 系統(tǒng)電路 因?yàn)?8956字節(jié)的 此不必構(gòu)建單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展電路。如圖 3 1，單片機(jī)最小系統(tǒng)有復(fù)位電路和振蕩器電路。值得注意的一點(diǎn)是單片機(jī)的 31腳 必須接高電平，否則系統(tǒng)將不能運(yùn)行。因?yàn)樵撃_不接時(shí)為低電平，單片機(jī)將直接讀取外部程序存儲(chǔ)器，而系統(tǒng)沒有外部程序存儲(chǔ)器，所以 必須接 在按鍵兩端并聯(lián)一個(gè)電解電容，濾除交流干擾，增加系統(tǒng)抗干擾能力。 P P 12 /V S E T 012I N T 113 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E E / 41 0 U 8 9S 5 2V C 5)圖 4 1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 碼管顯示電路 （ 1）數(shù)碼管顯示說明 各個(gè)數(shù)碼管的段碼都是單片機(jī)的數(shù)據(jù)口輸出 ， 即各個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的 ，為了使其分別顯示不同的數(shù)字 ， 可采用動(dòng)態(tài)顯示的方式 ， 即先只讓最低位顯示 0(含點(diǎn) )，經(jīng)過一段延時(shí)，再只讓次低位顯示 1，如此類推。由視覺暫留 ， 只要我們的延時(shí)時(shí)間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來非常的穩(wěn)定清楚 ， 過程如 表 3 5 表 4碼管編碼表 段碼 位碼 顯示器狀態(tài) 08H 01H 0 2H 1 12H 04H 2 22H 08H 3 0H 4 24H 20H 5 04H 40H 6 0H 7 本論文中使用了 3個(gè)數(shù)碼管，其中前兩位使用動(dòng)態(tài)掃描顯示實(shí)測溫度，在設(shè)置加熱溫度的時(shí)候，兩個(gè)數(shù)碼管是閃爍，以提示目前處在溫度設(shè)置狀態(tài)。第三位數(shù)碼管靜態(tài)顯示符號“” 。 度采集電路 （ 1） 紹 一線器件 ” 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) 。 度傳感器 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 一線總線 ” 數(shù)字化溫度傳感器同 一線總線 ” 接口，測量溫度范圍為 +125 ，在 +85 范圍內(nèi) ,精度為 。 2 ?，F(xiàn)場溫度直接以 “ 一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。其 6 圖 4裝 引腳定義： 輸出端； 寄生電源接線方式時(shí)接地）。 （ 2） 1 統(tǒng) 單線總線結(jié)構(gòu)是 是理解和編程的難點(diǎn)。從兩個(gè)角度來理解單線總線：第一，單線總線只定義了一個(gè)信號線，而且 點(diǎn)可以與微控制器和 所以 二， 里給出一個(gè)微控制器和 種設(shè)計(jì)使總線上的器件在合適的時(shí)間驅(qū)動(dòng)它。顯然，總線上的器件與（ 系。這就決定：（ 1）微控制器不能單方面控制總線狀態(tài)。之所以提出這點(diǎn)，是因?yàn)橄喈?dāng)多的文獻(xiàn)資料上認(rèn)為，微控制器在讀取總線上數(shù)據(jù)之前的 I/操作是為了給 是一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)。如果當(dāng)前，即使微控制器 I/，總線狀態(tài)還是 0;置 1操作是為了是 I/以確保微控 制器正確讀取數(shù)據(jù)。（ 2）除了 的時(shí)間段，其他時(shí)間其輸出口自動(dòng)截止。自動(dòng)截止是為確保： 1時(shí)，在總線操作的間隙總線處于空閑狀態(tài)，即高態(tài)。2時(shí)，確保微控制器在寫 1的時(shí)候 由于 在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對 圖 3 4復(fù)位時(shí)序圖 對于 時(shí)序和讀 1時(shí)序兩個(gè)過程。 7 對于 15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 少需要 60 圖 4讀時(shí)序 對于 時(shí)序和寫 1時(shí)序兩個(gè)過程。 對于 時(shí)序和寫 1時(shí)序的要求不同 ，當(dāng)要寫 0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60證 55 0” 電平，當(dāng)要寫 1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15圖 3 圖 4寫時(shí)序圖 （ 3） 在圖 3 個(gè)電路便 “ 取 ” 的電源。寄生電路的優(yōu)點(diǎn)是雙重的 ， 遠(yuǎn)程溫度控制監(jiān)測無需本地電源 ， 缺少正常電源條件下也可以讀 了使 變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí)， 有兩種方法確保 其有效變換期內(nèi)得到足夠的電源電流。第一種方法是發(fā)生溫度變換時(shí)，在 上提供一強(qiáng)的上拉，這期間單總線上不能有其它的動(dòng)作發(fā)生。如圖 3示，通過使用一個(gè) 直接接到電源可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這時(shí) 作在寄生電源工作方式，在該方式下 腳必須連接到地。 8 圖 4 電方式 1 另一種方法是 作在外部電源工作方式，如圖 3示。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在 上不要求強(qiáng)的上拉，總線上主機(jī)不需要連接其它的外圍器件便在溫度變換期間使總線保持高電平，這樣也允許在變換期間其它數(shù)據(jù)在單總線上傳送。此外，在單總線上可以并聯(lián)多個(gè) 且如果它們?nèi)坎捎猛獠侩娫垂ぷ鞣绞?，那么通過發(fā)出相應(yīng)的命令便可以同時(shí)完成溫度變換。 圖 4電方式 2 （ 4） 計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題 溫精度高、連接 方便、占用接口線少等優(yōu)點(diǎn) ， 但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題 ： 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償 ， 由于 微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送 。 因此 ， 在對 行讀寫編程時(shí) ， 必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序 ， 否則將無法讀取測溫結(jié)果。在 關(guān)資料中均未提及 1 容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) 在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng) 1個(gè)時(shí) ， 就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題 ， 這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 連接 際應(yīng)用中 ， 測溫電纜線建議采用屏蔽 4芯雙絞線 ， 其中一對線接地線與信號線 ， 另一組接 地線 ， 屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 本文以廣泛應(yīng)用的數(shù)字溫度傳感器 說明了 1實(shí)上 ， 基于 1 如 12時(shí)時(shí)鐘、電子標(biāo)簽等。他們都具有節(jié)省 I/構(gòu)簡單、開發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn) ， 因此有廣闊的應(yīng)用空間 ， 具有較大的推廣價(jià)值。 9 本設(shè)計(jì)將溫度傳感器 取溫度傳感器的數(shù)值。 V C /V S E T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 8 9S 5 2 18 2 0V C 單片機(jī)連接圖 5 水溫表的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度的。主要包括四段程序的設(shè)計(jì)：碼管的驅(qū)動(dòng)程序，鍵盤掃描程序，以及抱經(jīng)處理程序。 10 程序流程圖 圖 5程序流程 圖 取溫度 塊的流程圖 由于 輸，而對 件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對 有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。因此系統(tǒng)對 作協(xié)議為：初始化 復(fù)位脈沖） 發(fā) 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 處理數(shù)據(jù) 溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)， 據(jù)數(shù)據(jù)手冊上對應(yīng)轉(zhuǎn)換時(shí)間來超作，如為 12位轉(zhuǎn)換，則應(yīng)該是最大 750外在對 序要求非常嚴(yán)格，因此最好禁止系統(tǒng)中斷。 由于 ，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。協(xié)議定義了幾種信號的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，而每一次命初始化 開始 讀 度轉(zhuǎn)換 顯示溫度 返回 11 令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 （ 1）對于 時(shí)序和讀 1時(shí)序兩個(gè)過程。 （ 2）對于 15秒之內(nèi)就得釋放單總線 ,以讓 少需要 60 （ 1）對于 時(shí)序和寫 1時(shí)序兩個(gè)過程。 （ 2）對于 時(shí)序和寫 1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫 0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60證 55 0” 電平，當(dāng)要寫 1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要包括三部分：讀出溫度子程序 、 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、顯示溫度子程序。 開 始初 始 化D S 1 8 B 2 0 存 在 嗎 ？R O M 操 作 命 令存 儲(chǔ) 操 作 命 令讀 取 溫 度 值返 回取溫度 塊的流程 圖 程序代碼為： a=0; b=0; 12 t=0; ; / 跳過讀序號列號的操作 / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 0); ; /跳過讀序號列號的操作 /讀取溫度寄存器等 a=; /低位 b=; /高位 b /包含頭文件，一 般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義 #0 /定義數(shù)據(jù)端口 程序中遇到 用 換 22;/定義鎖存使能端口 段鎖存 23;/ 位鎖存 Q=; 10=09 =0,即位碼 ; /存儲(chǔ)顯示值的全局變量 /*時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) t，無返回 值 定義無符號字符變量，其值的范圍是 15 0255 這里使用晶振 12M，精確延時(shí)請使用匯編 ,大致延時(shí) 長度如下 T= t) /*時(shí)函數(shù)，含有輸入?yún)?shù) t，無返回值 定義無符號字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振 12M，精確延時(shí)請使用匯編 t) /大致延時(shí) 145); 45); 16 /*8始化 ; 1; /位 ); /稍做延時(shí) 0; /單片機(jī)將 低 00); /精確延時(shí) 大于 480于 96000); 1; /拉高總線 0); /1560 接收 60存在脈沖 Q; /如果 x=0 則初始化成功 , x=1 則初始化失敗 5); /稍作延時(shí)返回 17 /*取一個(gè)字節(jié) i=0; 0; i=8;i0; 0; / 給脈沖信號 =1; 1; / 給脈沖信號 Q) 05); 18 /*入一個(gè)字節(jié) i=0; i=8; i0; 0; 5); 1; =1; 5); /*取溫度 19 a=0; b=0; t=0; ; / 跳過讀序號列號的操作 / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 0); ; /跳過讀序號列號的操作 /讀取溫度寄存器等（共可讀 9 個(gè)寄存器） 前兩個(gè)就是溫度 a=; /低位 b=; /高位 b4; ;/小數(shù)近似處理 =000)/100; /十位溫度 000=0)&(000)/100=0)/消隱 =0; =00)/10; /十位溫度 =00)%10|0,帶小數(shù)點(diǎn) 22 = =0 /顯示 C 符號 /*示函數(shù)，用于動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管 輸入?yún)?shù) 示需要顯示的第一位，如賦值 2 表示從第三個(gè)數(shù)碼管開始顯示 如輸入 0 表示從第一個(gè)顯示。 示需要顯示的位數(shù)，如需要顯示 99