基于單片機(jī)的汽車水溫表設(shè)計方案_第1頁
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1 基于單片機(jī)的汽車水溫表設(shè)計方案 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)動機(jī)冷卻水的工作溫度,并向司乘人員顯示發(fā)動機(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)動機(jī)水溫升高使雙金屬片向離開固定觸點的方向彎曲,使觸點彼此接觸的壓力減弱;通過壓力的減弱增加打開的時間,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,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,傳感器熱敏電阻阻值為 1000,此時,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,傳感器受溫度的影響,熱敏電阻阻值變小(約為 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。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,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。傳動機(jī)構(gòu)中,扇形齒輪與中心齒輪嚙合傳動,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 件總體設(shè)計 設(shè)計并制作一個基于單片機(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 良好的設(shè)計方案可以減少軟件設(shè)計的工 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)計語言,完成模塊功能設(shè)計,并分別調(diào)試通過。 (4) 按照開發(fā)式軟件設(shè)計結(jié)構(gòu),將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來,即成一個較完善的系統(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 開始實時檢測,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 因為 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。因為該腳不接時為低電平,單片機(jī)將直接讀取外部程序存儲器,而系統(tǒng)沒有外部程序存儲器,所以 必須接 在按鍵兩端并聯(lián)一個電解電容,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 各個數(shù)碼管的段碼都是單片機(jī)的數(shù)據(jù)口輸出 , 即各個數(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 , 可采用動態(tài)顯示的方式 , 即先只讓最低位顯示 0(含點 ),經(jīng)過一段延時,再只讓次低位顯示 1,如此類推。由視覺暫留 , 只要我們的延時時間足夠短,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個數(shù)碼管,其中前兩位使用動態(tài)掃描顯示實測溫度,在設(shè)置加熱溫度的時候,兩個數(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。一線總線獨特而且經(jīng)濟(jì)的特點,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 。現(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接地)。 ( 2) 1 統(tǒng) 單線總線結(jié)構(gòu)是 是理解和編程的難點。從兩個角度來理解單線總線:第一,單線總線只定義了一個信號線,而且 點可以與微控制器和 所以 二, 里給出一個微控制器和 種設(shè)計使總線上的器件在合適的時間驅(qū)動它。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,是因為相當(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 是一個錯誤的觀點。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 的時間段,其他時間其輸出口自動截止。自動截止是為確保: 1時,在總線操作的間隙總線處于空閑狀態(tài),即高態(tài)。2時,確保微控制器在寫 1的時候 由于 在一根數(shù)據(jù)線實現(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)議時序來完成對 圖 3 4復(fù)位時序圖 對于 時序和讀 1時序兩個過程。 7 對于 15秒之內(nèi)就得釋放單總線,以讓 少需要 60 圖 4讀時序 對于 時序和寫 1時序兩個過程。 對于 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60證 55 0” 電平,當(dāng)要寫 1時序時,單總線被拉低之后,在 15圖 3 圖 4寫時序圖 ( 3) 在圖 3 個電路便 “ 取 ” 的電源。寄生電路的優(yōu)點是雙重的 , 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, 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,在 上提供一強(qiáng)的上拉,這期間單總線上不能有其它的動作發(fā)生。如圖 3示,通過使用一個 直接接到電源可實現(xiàn)這一點,這時 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 且如果它們?nèi)坎捎猛獠侩娫垂ぷ鞣绞剑敲赐ㄟ^發(fā)出相應(yīng)的命令便可以同時完成溫度變換。 圖 4電方式 2 ( 4) 計中應(yīng)注意的幾個問題 溫精度高、連接 方便、占用接口線少等優(yōu)點 , 但在實際應(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 , 必須嚴(yán)格的保證讀寫時序 , 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 在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng) 1個時 , 就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動問題 , 這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 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 , 屏蔽層在源端單點接地。 本文以廣泛應(yīng)用的數(shù)字溫度傳感器 說明了 1實上 , 基于 1 如 12時時鐘、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 , 因此有廣闊的應(yīng)用空間 , 具有較大的推廣價值。 9 本設(shè)計將溫度傳感器 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 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:碼管的驅(qū)動程序,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)議時序來完成對 有嚴(yán)格的時隙概念。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, 據(jù)數(shù)據(jù)手冊上對應(yīng)轉(zhuǎn)換時間來超作,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)格的時序要求。協(xié)議定義了幾種信號的時序:初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(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)主動啟動寫時序開始,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)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 ( 1)對于 時序和讀 1時序兩個過程。 ( 2)對于 15秒之內(nèi)就得釋放單總線 ,以讓 少需要 60 ( 1)對于 時序和寫 1時序兩個過程。 ( 2)對于 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 60證 55 0” 電平,當(dāng)要寫 1時序時,單總線被拉低之后,在 15 系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括三部分: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 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,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 ; /存儲顯示值的全局變量 /*時函數(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,精確延時請使用匯編 ,大致延時 長度如下 T= t) /*時函數(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,精確延時請使用匯編 t) /大致延時 145); 45); 16 /*8始化 ; 1; /位 ); /稍做延時 0; /單片機(jī)將 低 00); /精確延時 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); /稍作延時返回 17 /*取一個字節(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 個寄存器) 前兩個就是溫度 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 22 = =0 /顯示 C 符號 /*示函數(shù),用于動態(tài)掃描數(shù)碼管 輸入?yún)?shù) 示需要顯示的第一位,如賦值 2 表示從第三個數(shù)碼管開始顯示 如輸入 0 表示從第一個顯示。 示需要顯示的位數(shù),如需要顯示 99

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