51單片機(jī)水溫水位控制系統(tǒng)

1、摘 要 本溫度設(shè)計(jì)采用現(xiàn)常見(jiàn)的89C51單片機(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信號(hào)與輸入的溫度上、下限進(jìn)行比較，由此作出判斷是否啟動(dòng)繼電器以開(kāi)啟設(shè)備。系統(tǒng)包括單片機(jī)模塊、溫度檢測(cè)模塊、水位檢測(cè)模塊和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)四個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞： DS18B20數(shù)字溫度傳感器 89C51 水溫水位 目錄一概述31.1課題研究的目的及意義31.2技術(shù)指標(biāo)3二總體設(shè)計(jì)方案3三詳細(xì)設(shè)計(jì)方案41.1溫度檢測(cè)系統(tǒng)41.2水位檢測(cè)系統(tǒng)6四元件說(shuō)明61.1 工作原理61.2單片機(jī)的選擇71.3溫度傳感器91.4水位傳感器121

2、.5 顯示元件13五硬件模塊設(shè)計(jì)151.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)151.2溫度檢測(cè)模塊161.3水位檢測(cè)模塊171.4 控制模塊191.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)20六軟件設(shè)計(jì)201.2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)211.3 水位檢測(cè)系統(tǒng)221.4 DS18B20主程序25七結(jié)論25八參考文獻(xiàn)25附 錄26單片機(jī)與顯示器件連接圖27系統(tǒng)軟件源代碼27一概述1.1課題研究的目的及意義 目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便登問(wèn)題，很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，不具有溫度控制功能。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)電能。鑒于此，我以89C51單片機(jī)為檢

3、測(cè)控制核心，采用數(shù)碼管顯示溫度，設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能熱水器微控制器，實(shí)現(xiàn)了溫度和水位參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，具有溫度設(shè)定、水位控制功能。1.2技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)t溫進(jìn)行控制。爐溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在爐溫變化時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。若測(cè)量值高于溫度設(shè)定范圍，由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使加熱器停止工作。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，啟動(dòng)加熱器。通過(guò)繼電器的反復(fù)開(kāi)啟和關(guān)閉，使?fàn)t溫保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。溫度設(shè)定范圍為099，最小區(qū)分度為1，溫度控制的誤差1能夠用數(shù)碼管精確顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值按鍵控制：設(shè)置鍵、加一鍵、減一鍵 二總體設(shè)計(jì)方案 以89C5

4、1為主控制芯片，溫度采集采用DS18B20溫度傳感器，通過(guò)外圍電路來(lái)采集水位，用四位數(shù)碼管顯示當(dāng)前的水溫，用LED燈指示水位，并且通過(guò)鍵盤來(lái)輸入所需控制的水溫。并且當(dāng)水溫水位超于限制時(shí)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。如圖2.1總體設(shè)計(jì)方案圖所示。圖2.1 總體設(shè)計(jì)方案圖三詳細(xì)設(shè)計(jì)方案3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一：測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用DS18B20溫度傳感器利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集后，把采樣得到的模擬信號(hào)送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換讀入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，通過(guò)串行口輸入，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。方案二：考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單

5、片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖3.1.1.2所示，它由三部分組成:主控芯片89C51；數(shù)據(jù)顯示部分；傳感器部分。加熱繼電器單 片 機(jī)DS18B20LED顯示指示燈圖3.1.1 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案（1）控制部分采用傳統(tǒng)的數(shù)字模似電路，功能可以實(shí)現(xiàn)，但電路復(fù)雜,溫度誤差大,成本高，可靠性也比較差；于是我選擇采用單片機(jī)89C51控制，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以減少外圍電路的搭接，并且89C51使用方便，成

6、本比較低，性能穩(wěn)定，還可以控制各模塊輸入輸出。但是由于其不能直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此要做外圍電路設(shè)計(jì)中加AD0809芯片。（2）顯示部分四位一體的共陽(yáng)數(shù)碼管，（3）傳感器部分DS18B20溫度傳感器是美國(guó)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(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到DS18B20、AD0809和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。3.2水位檢測(cè)系

7、統(tǒng) 對(duì)于水位進(jìn)行控制的方式有很多,而應(yīng)用較多的主要有3種,三種方式的實(shí)現(xiàn)如下：方案一：簡(jiǎn)單的機(jī)械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等,這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉。方案二：利用單片機(jī)進(jìn)行水位檢測(cè)和控制，基于數(shù)字電路的全自動(dòng)控制，其工作過(guò)程是被測(cè)水位經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)采集模塊進(jìn)行采樣，然后把采樣得到的模擬信號(hào)送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換讀入單片機(jī)，再由單片機(jī)進(jìn)行處理，得出結(jié)果是否啟動(dòng)/停止控制電路A/D轉(zhuǎn)換輸出控制單片機(jī)控制水位水位傳感器執(zhí)行信號(hào)以達(dá)到水位的控制，具體硬件流程框圖入圖3.2.1所示。圖3.2.1 方案二具體流程框圖方案三：采用89C51單片機(jī)為核心控制器的電路。因?yàn)閱?/p>

8、片機(jī)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉、可靠性高，便于實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制功能能很好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。水位檢測(cè)由本設(shè)計(jì)使用的電極式水位傳感器通過(guò)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的改變。獲得當(dāng)前水位并通過(guò)LED燈顯示。綜合以上三種方案，方案一和方案二由于缺少溫度檢測(cè)模塊，而水溫也是影響太陽(yáng)能熱水器很重要的一方面：比如說(shuō)水箱中水溫度過(guò)高導(dǎo)致水沸騰這時(shí)候雖然水所在刻度不是滿的，實(shí)際上已經(jīng)溢出，這樣說(shuō)來(lái)方案一和方案二的設(shè)計(jì)算不上智能。方案三是在方案二的基礎(chǔ)上完善和加強(qiáng)的，采用單片機(jī)鍵的雙邊通信，比起方案二更加方便，也更加合理。四元件說(shuō)明4.1 工作原理本文闡述了基于單片機(jī)的水溫水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，此種方法是以89C51單片機(jī)為主控制單元，

9、對(duì)水溫水位參數(shù)進(jìn)行控制，從而提高了電器的工作穩(wěn)定性。以DS18B20為溫度傳感器的對(duì)水溫進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并實(shí)現(xiàn)溫度控制。該控制系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)以及水位高度并能記錄當(dāng)前的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)功能本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)，測(cè)溫電路、測(cè)水位電路、LCD12864液晶顯示電路以及報(bào)警電路、鍵盤輸入?yún)?shù)等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計(jì)算溫度子程序、水位顯示子程序、按鍵處理程序、12864液晶顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序以及時(shí)間顯示程序等 4.2單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，要滿足大內(nèi)存、高速率、通用性、價(jià)格便宜

10、等要求，本課題選擇89C51作為主控芯片。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它是美國(guó)ATMEL公司的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51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(jià)

11、廉的方案。 實(shí)物圖如圖4.1.2所示。 圖4.1.2所示實(shí)物圖1.2.1主要特性： 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)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(shí)鐘電路 1.2.2管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)

12、/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于

13、內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行

14、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（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的

15、1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。引腳圖如下圖4.1.2.2所示 圖4.1.2.2 引腳圖 1.3溫度傳感器美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持 "一線總線"接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。1.3.1 DS18B20性能及結(jié)構(gòu)DS18B20

16、原理與特性本系統(tǒng)采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度，以及算法的要求。首先先來(lái)介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能: DSl8B20的管腳及特點(diǎn) DS18B20可編程溫度傳感器有3個(gè)管腳。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的外形及管腳排列如下圖4.1.3.1圖4.1.3.1 DS18B20的外形及管腳圖GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過(guò)一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3O55

17、 V。本文使用外部電源供電。主要特點(diǎn)有： 1. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度值。 2. 不需要外部組件，能測(cè)量55+125 范圍內(nèi)的溫度。 3. 10 +85 范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為±05 。 4. 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9l2位的數(shù)字讀數(shù)方式，可在至多750 ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字，測(cè)溫分辨率可達(dá)00625 。 5. 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。6. 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。7. 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，

18、但不能正常工作。8. DS18B20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，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部功能模塊如圖4.1.3.2所示， 圖4.1.3.2 DS18B20內(nèi)部功能模塊1.3.2 DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)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DS18B20 為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，而DS1820為9位A/D轉(zhuǎn)換,雖然我們采用了高精度的芯片,但在實(shí)際情況上由于技術(shù)問(wèn)題比較難實(shí)現(xiàn),而實(shí)際精度此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于

19、修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。如下圖的測(cè)溫原理圖不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖4.1.3.3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(hào)送給計(jì)數(shù)器1。則高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值時(shí)。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值。 圖4.

20、1.3.3 DS18B20原理圖1.3.3 DS18B20使用中注意事項(xiàng) DS18B20雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：   較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。   在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為

21、可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。   連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。  &#

22、160;在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。1.4水位傳感器單片機(jī)水塔水位控制原理如圖l所示，圖中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C。用以反映水位變化的情況。其

23、中，A棒在下限水位B棒在上、下限水位之間，C棒在上限水位(底端靠近水池底部不能過(guò)低，要保證有足夠大的流水量)。水塔由電機(jī)帶動(dòng)水泵供水。單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著供水，水位不斷上升當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)，由于水的導(dǎo)電作用。使B、C棒均與+5 V連通。因此b、C兩端的電壓都為+5 V即為。l”狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)停止電機(jī)和水泵工作，不再向水塔注水；當(dāng)水位處于上、下限之間時(shí)。B棒和A棒導(dǎo)通而C棒不能與A棒導(dǎo)通，b端為“r狀態(tài)。C端為“O”狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)水泵給水塔注水，使水位上升，還是電機(jī)不工作，水位不斷下降，都應(yīng)繼續(xù)維持原有工作狀態(tài)；當(dāng)水位處于下限位置以下時(shí)，B、C棒均不能與A棒導(dǎo)通，b、c均為“0”狀態(tài)

24、。此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水泵給水塔注水。1.5 顯示元件五硬件模塊設(shè)計(jì)1.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)控制模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的核心，它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度值的設(shè)定與溫度越限時(shí)控制電路的啟動(dòng)。本控制模塊由單片機(jī)89C51及其外圍電成，電路如圖5.1.1所示。圖5.1.1 單片機(jī)控制模塊電路該電路采用按鍵加上電復(fù)位，S2為復(fù)位按鍵，復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過(guò)51的小電阻與電源接通,迅速放電,使RST引腳為高電平,復(fù)位按鍵彈起后,電源通過(guò)8.2K的電阻對(duì)10KF的電容C5重新充電,RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖.AT89S51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器,用于構(gòu)成振蕩器,但要形成時(shí)鐘脈沖,外部還需附加

25、電路,本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器,就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路,C6和C7的值通常選擇為30pF左右,晶振Y1選擇12MHz.為了減小寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2靠近。單片機(jī)的31腳（EA）接+5V電源，表示允許使用片內(nèi)ROM。1.2溫度檢測(cè)模塊溫度由DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20 采集。DS18B20 測(cè)溫范圍為-55°C+125°C，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625°C

26、，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16 位補(bǔ)碼形式串行輸出。CPU 只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。本設(shè)計(jì)采用三引腳PR-35封裝的DS18B20，其引腳圖見(jiàn)圖5.1.2。Vcc接外部+5V電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的P3.4（T0）引腳相連。 圖5.1.2 溫度傳感器電路引腳圖 1.3水位檢測(cè)模塊1.3.1 傳感器電路 作原理圖如5.1.3.1所示圖5.1.3.1壓阻式壓力傳感器原理圖1.3.2 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路要使單片機(jī)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，完整單片機(jī)最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無(wú)需精確地定時(shí)功能，且為了方便串口通信波特率的計(jì)算

27、，采用11.0592MHz的晶振提供系統(tǒng)時(shí)鐘。并附加復(fù)位電路，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。我們采用上電自動(dòng)復(fù)位，其是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其電路圖如圖2-16(a)所示。這樣，只要電源的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。關(guān)于參數(shù)的選定，在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)采用的晶體頻率為6 MHz時(shí)，可采用C=22µF，R=1k；當(dāng)采用的晶體頻率為12 MHz時(shí)，可采用C=10µF，R=8.2k。圖2-16復(fù)位電路如果上述電路復(fù)位不僅要使單片機(jī)復(fù)位，而

28、且還要使單片機(jī)的一些外圍芯片也同時(shí)復(fù)位，那么上述電阻、電容參考值應(yīng)作少許調(diào)整。對(duì)于CMOS型的89C51，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1µF。1.3.3 AD采集轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)A/D芯片所選用的是ADC0809，該大規(guī)模集成電路芯片是一種由單一+5V電源供電，采用逐次逼近轉(zhuǎn)換原理，能夠?qū)?路0+5V輸入模擬電壓進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換的八位并行通用型可編程模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809由單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)，對(duì)傳感器進(jìn)行定式循環(huán)采集，然后單片機(jī)將各測(cè)量參數(shù)傳至PC機(jī)，進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)處理。電路連接如圖5.1.3.3。 圖5.1.3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路圖 1.3.4 按

29、鍵設(shè)計(jì)鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)很關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。考慮到本設(shè)計(jì)實(shí)際需要的按鍵較少，故采用獨(dú)立式鍵盤接口電路。在程序查詢方式下，通過(guò)I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的I/O端口變?yōu)榈碗娖剑幢话聪碌陌存I在上拉電阻作用下為高電平，這樣通過(guò)讀I/O口的狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。圖5.1.3.4 系統(tǒng)按鍵電路1.4 控制模塊 控制電路與單片機(jī)的P0.2口相連，由于單片機(jī)輸出控制信號(hào)非常微弱，需要用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)外圍電路，三極管選用NPN型的 9014，當(dāng)檢測(cè)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，在單片機(jī)的P0.2口輸出高電平控制信號(hào)，使三

30、極管9014導(dǎo)通，使繼電器兩控制端產(chǎn)生壓差，從而使繼電器吸合，常開(kāi)觸點(diǎn)接通，控制外部電路對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱?？刂齐娐冯娐穲D如圖5.1.4所示。圖5.1.4 控制電路1.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用開(kāi)關(guān)量去控制和驅(qū)動(dòng)一些執(zhí)行元件，如發(fā)光二極管、繼電器等。但89C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力有限，且高電平比低電平驅(qū)動(dòng)低。一般情況下，需要加驅(qū)動(dòng)接口電路，且用低電平驅(qū)動(dòng)。如圖5.1.5所示開(kāi) 始初始化DS18B20顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值超過(guò)設(shè)定溫度上限啟動(dòng)風(fēng)扇降低溫度紅燈亮設(shè)定溫度上、下限啟動(dòng)電熱爐升高溫度是否低于設(shè)定溫度下限是綠燈亮否圖5.1.5驅(qū)動(dòng)電路六軟件設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序（稱為源程序）最終都