【正文】 ................. 24 按鍵函數(shù) ......................................................................................... 25 主函數(shù) ............................................................................................. 28 6 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................... 29 軟硬件調(diào)試以及分析 ..................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 30 附錄 ..................................................................................................................... 32 6 1 緒論 溫度 是 我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中實(shí)時(shí)在接觸到的物理量，但是它是看不到的，僅憑感覺只能感覺到大概的溫度值，傳統(tǒng)的指針式的溫度計(jì)雖然能指示溫度，但是精度低，使用不 夠方便，顯示不夠直觀，數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。 所以，溫度的測(cè)量是一個(gè)很重要的物理參數(shù)，它能直接告訴人們所需要的溫度的大小。隨著世界的科技發(fā)展，對(duì)于溫度的測(cè)量要求也是越來越嚴(yán)格了，但是測(cè)量溫度的環(huán)境也越來越惡劣。溫度的測(cè)量不僅僅局限于外出穿衣的指標(biāo)上了，在現(xiàn)實(shí)的社會(huì)中，溫度的測(cè)量和控制無處不在，例如家庭里面都能看見的冰箱的自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)。但是很多時(shí)候，在惡劣的環(huán)境中的測(cè)量則會(huì)受到很大程度的限制，尤其在工業(yè)控制中，在這個(gè)時(shí)候，溫度測(cè)量的自動(dòng)控制先得尤為重要。 溫度控制技術(shù)在工業(yè)上有很多方面都起到一個(gè)至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們迫切需要檢測(cè)與控制溫度。這次溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作的具體過程以及方法。這種溫度報(bào)警器的機(jī)構(gòu)并不復(fù)雜，而且可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，擴(kuò)展性好。工作時(shí)，設(shè)定好溫度測(cè)量的范圍，若當(dāng)前環(huán)境溫度超過設(shè)定的高溫臨界溫度，由單片機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，防止因溫度再升高而帶來的不必要的損失。 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫室的溫度是很難把握的。往往會(huì)超過或低于允許值，致使大批良種的報(bào)廢，耽誤農(nóng)時(shí)，影響生產(chǎn) 。在工業(yè)中，現(xiàn)今社會(huì)是個(gè)信息的時(shí)代，隨著信息科技的高速發(fā)展和安全指數(shù)的日益提高，機(jī)房，作為現(xiàn)代化的代名詞，信息化的樞紐，其工作安全系數(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)的重中之重，機(jī)房內(nèi)的機(jī)械一旦發(fā)生故障，將可能帶來信息系統(tǒng)崩潰式的癱瘓。若電氣線路發(fā)生短路、過載等故障而達(dá)到局部高溫從而引發(fā)火災(zāi)，那 7 損失是無法想象的。最重要的是，若果溫度得不到有效的調(diào)節(jié)，會(huì)令機(jī)房內(nèi)的電子設(shè)備、機(jī)械老化，導(dǎo)致這樣那樣的故障出現(xiàn)。一般的電子產(chǎn)品都是發(fā)熱快，若散熱設(shè)施做的不夠及時(shí)而令機(jī)房內(nèi)溫度短時(shí)間內(nèi)超出設(shè)備正常的溫度，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或者火災(zāi)的事故發(fā)生 。在日常生活中，也經(jīng)常要用到高功率的電器，但是高功率電器的發(fā)熱量大，有時(shí)候又可能引起火災(zāi)等等之類的危險(xiǎn)情況。綜合以上種種情況的出現(xiàn)，溫度報(bào)警器就極其需要，只要環(huán)境溫度超過一定范圍時(shí)報(bào)警，來提醒使用者。 數(shù)字溫度計(jì) 的出現(xiàn)為現(xiàn)今社會(huì)帶來一定程度上的方便。它 采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號(hào)的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個(gè)電信號(hào)可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即 AD 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)，數(shù)字信號(hào)再送給處理單元，如單片機(jī)或者 PC 機(jī)等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計(jì)算將這個(gè)數(shù)字信號(hào)和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如 攝氏度，然后通過顯示單元，如 LED， ,LCD 或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計(jì)的基本測(cè)溫功能。數(shù)字溫度計(jì)根據(jù)使用的傳感器的不同， AD 轉(zhuǎn)換電路，及處理單元的不同，它的精度，穩(wěn)定性，測(cè)溫范圍等都有區(qū)別，這就要根據(jù)實(shí)際情況選擇符合規(guī)格的數(shù)字溫度計(jì)。 研究的基本內(nèi)容 要設(shè)計(jì)出一款由單片機(jī)控制的溫度報(bào)警器，首先，我們要知道 溫度傳感器的選擇?？梢圆捎眉苫臏囟葌鞲衅髦苯觽鬏敂?shù)據(jù)由單片機(jī)處理，或者用熱敏電阻來達(dá)到預(yù)期的效果。利用集成化的傳感器成本較高，但其準(zhǔn)確性相對(duì)于熱敏電阻比較有保障，而且單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)也會(huì)少很多。 所以我會(huì)選擇采用集成化溫度傳感器傳輸數(shù)據(jù)、由單片機(jī)收集處理的方案制作溫控報(bào)警裝置。我會(huì)首先用 protel99 繪畫出原理圖和 PCB 圖，接著編寫單片機(jī)程序，然后在 proteus 上進(jìn)行仿真工作，最后在實(shí)際電路板上進(jìn)行調(diào)試和改善。 8 擬解決的主要問題 擬解決的問題： 1. 確定采用哪種傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2. 確定系統(tǒng)硬件的組成 3. 確定好 系統(tǒng)的模型。 4. 設(shè)計(jì)好原理圖和程序設(shè)計(jì)。 5. 準(zhǔn)備好制作的各種材料。 6. 通過仿真以及調(diào)試，找出未解決問題。 2 設(shè)計(jì)的思路 這次設(shè)計(jì)的思路在于設(shè)計(jì)出一個(gè)可以根據(jù)實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度對(duì)比之后進(jìn)行聲光報(bào)警的溫度控制報(bào)警器。這個(gè)報(bào)警器能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并且能夠在大多數(shù)情況下對(duì)高溫帶來的不良影響有一個(gè)預(yù)警的作用，防止一些對(duì)高溫敏感的器械有不良情況出現(xiàn)。 利用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度， 輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。采用 LCD1602 作為數(shù)字顯示模塊 ,用 avrmega16進(jìn)行軟件設(shè)計(jì) DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)響應(yīng)之后發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)。再經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行處理和分析。然后將用 DS18B20 采集回來的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后打印到 LCD1602 上。 且經(jīng)過按鍵設(shè)定報(bào)警溫度并同將設(shè)定溫度打印到 LCD1602 上 ,這 里用采集回來的數(shù)據(jù)跟設(shè)定的數(shù)據(jù)作對(duì)比。對(duì)比之后，由單片機(jī)判斷是否報(bào)警。 圖 1 基本設(shè)計(jì)框圖 9 本設(shè)計(jì)是利用 DS18B20 溫度傳感器設(shè)計(jì)的一個(gè)液晶顯示溫度報(bào)警器。 設(shè)定安全溫度在 10℃ ～＋ 125℃ （可根據(jù)具體需要 在程序中進(jìn)行調(diào)整）， 對(duì)在這一范圍內(nèi)的溫度變化采集后送入單片的端口。例如傳感器的溫度為 100176。 C，則對(duì)應(yīng)的 lCD1602 上的實(shí)時(shí)溫度為 100176。 C。而溫度溫度高于 125176。 C時(shí)，不在安全溫度范圍之內(nèi)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，發(fā)光二極管發(fā)光顯示。 DS18B20 溫度傳感器介紹 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(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 有 獨(dú)特的單線接口方式，和微處理器連接僅需一條口線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊；它不需要任何外圍元件，全部的傳感元件都集成在集成電路內(nèi)；電壓范圍在 ～ 之間，溫度范圍在 － 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 ℃，符合設(shè)計(jì)條件；它還有負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱燒毀，實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 其引腳功能描述見下： 1． GND 地信號(hào) 2． DQ:數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可電源 LED MEGA16 DS18B20 LCD1602 報(bào)警 收集 /輸入數(shù)據(jù) 輸出數(shù)據(jù) 10 以向器件提供電源。 3． VDD:可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖 2 DS18B20 封裝圖 要注意的一點(diǎn)是， 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，程序總要等待 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)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 DS18B20 的初始化 （ 1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。 （ 2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） （ 3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。 （ 4） 延時(shí) 750 微秒（該時(shí)間的 時(shí)間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 （ 5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1” 。 （ 6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在 15到 60 微妙時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由 DS18B20所返回的低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 （ 7） 若 單片機(jī) 讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平 “0” 后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（ 5）步的時(shí)間算起）最少要 480微秒。 （ 8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平 “1” 后結(jié)束。 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） 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。 11 （ 7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 DS18B20 的讀操作 （ 1）將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 （ 2）延時(shí) 2微秒。 （ 3）將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 （ 4）延時(shí) 3微秒。 （ 5）將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 （ 6）延時(shí) 5微秒。 （ 7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 （ 8）延時(shí) 60微秒。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 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。 圖 3 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 工作原理 圖 4 12 LCD1602 主要參數(shù)技術(shù) 表 Lcd1602 技術(shù)參數(shù) 表 顯示容量： 16X2 個(gè)字符 芯片工作電壓： ~ 工作電流： （ ） 模塊最佳工作電壓： 字符尺寸： （ WXH） mm 引腳接口說明表 第 1 腳 ： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 LCD1602的指令說明及時(shí)序 基本操作時(shí)序 ：輸入： RS=L,RW=H,E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 ：輸入： RS=L,R/W=L,D0~D7=指令碼 ,E=高脈沖 輸出：無 13 ：輸入： RS=H,R/W=H,E=H 輸出： =數(shù)據(jù) ：輸入： RS=H,R/W=L,D0~D7=數(shù)據(jù) ,E=高脈 沖 輸出：無 單片機(jī)介紹 這次的設(shè)計(jì)，要用到的是單片機(jī) ATmega16。 ATmega16 是 AVR 系列的 8 位單片機(jī)，雖然它是 8 位的單片機(jī)，但功能非常的強(qiáng)大。有很多的內(nèi)部資源，連接外部的端口多達(dá)44 個(gè)，有 32 個(gè)是 I/O 端口，基本每個(gè)端口復(fù)用功能都非常好，最高速度達(dá)到 16MHz。并且支持串口、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能，擁有 512 字節(jié)的 eeprom， 1K 字節(jié)片內(nèi) RAM，在外加RAM 和 ROM 的情況完全可以運(yùn)行到 ucOS 操作系統(tǒng)。 然而設(shè)計(jì)要用的功能并不多，端口的復(fù)用功能基本用不上，只需要安排足夠的普通I/O 端口給溫度傳感器和液晶顯示便可以了。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 這部分設(shè)計(jì)用到了溫度傳感器 DS18B20，這種傳感器是單數(shù)據(jù)總線傳感器，一共有三只引腳，一個(gè)引腳接電源 VC