【正文】 片機(jī)的一個(gè) I/O 口，其外圍電路也非常簡(jiǎn)單。外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 DS18B20 與芯片連接電路如圖 所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBAT itl eN u m be r R ev i s io nS iz eA4D at e: 3 J un 2 0 1 0 S he e t o f F ile : D :\桌面 \全部原理圖設(shè)計(jì) (1 ). d db D ra w n B y:123S en s or 1D S 18 B 2 0V C CP 20R81 0k 圖 DS18B20 溫度檢測(cè)電路圖 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 加熱 電路 由于單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)能力很弱，加熱電路采用繼電器控制方式，操作方便。檢測(cè)原理如圖 所示，將火線和中線同時(shí)穿過(guò)一個(gè)環(huán)形磁芯，作為漏電互感器的初級(jí)線圈，次級(jí)線圈數(shù)百匝輸出漏電信號(hào)。第一個(gè)運(yùn)放作放大器，第二個(gè)運(yùn)放作比較器。當(dāng)有漏電現(xiàn)象時(shí)， C 點(diǎn)出現(xiàn)放大的漏電信號(hào)，信號(hào)的負(fù)半波將 C點(diǎn)的電位從 3V向下拉低，只要漏電到達(dá)一定的程度，就可以使 C 點(diǎn)的電位在某時(shí)刻低于 D 點(diǎn)的電位，使比較器輸出低電平，其下降沿就可以作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)，使系統(tǒng)及時(shí)做出反映，切斷電源，避免出現(xiàn)嚴(yán)重后果。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 3 J un 2 0 1 0 S he e t o f F i l e : D : \桌面 \全部原理圖設(shè)計(jì) ( 1 ) . d db D r a w n B y:P 32567U 3 BL M 3 5848231U 3 AL M 3 58AGND+5L2互感器R 1 73 .9 kR 1 5 1kR 1 11kR2 5 .1 kR 1 61 00 kR 1 21kR 1 41k+5AGNDR 1 31kD4漏電報(bào)警燈（紅） 圖 漏電檢測(cè)電路 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 七、聲音提示模塊 蜂鳴器發(fā)聲驅(qū)動(dòng) 電路原理圖如圖 。系統(tǒng)軟件部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水器的控制工作，由液晶顯示程序、按鍵掃描程序、水位控制程序、溫度控制程序、漏電檢測(cè)及聲音提示程序和控制策略程序等七個(gè)部分組成。寫(xiě)命令包括使液晶的光標(biāo)顯示 /不顯示、光標(biāo)閃爍 /不閃爍、需 /不需要移屏、在液晶的 什么位置顯示等等。 ④ 給 E 一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成操作。 LCD1602 初始化程序流程圖如圖 所示。 LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR)。該程序的執(zhí)行過(guò)程如下：首先選中數(shù)據(jù)顯示的地址，然后輸入要顯示的數(shù)據(jù)，當(dāng)調(diào)用完以下兩個(gè)子函數(shù)，就會(huì)在對(duì)應(yīng)的位置顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì) LCD1602 的操作。 if(y==1) LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x0x40))。 str++。硬件法和軟件法都可以克服按鍵的抖動(dòng)與窄脈沖干擾影響，采取硬件措施需要增加額外的元件，本設(shè)計(jì)采用軟件措施完成去抖動(dòng)與防干擾處理。由于是開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)，即當(dāng)端口檢測(cè)到低電平，則表示水位上升到對(duì)應(yīng)的鋼針，在軟件編程的時(shí)候可以參考上一小節(jié)的按鍵掃描程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。初始化時(shí)序如圖 所示，初始化時(shí)序包括一個(gè)由總線控制器發(fā)出 的復(fù)位脈沖和跟有其后由從機(jī)發(fā)出的存在脈沖。 ⑦ 若 CPU讀到數(shù)據(jù)線（ DQ）上的低電平 0 后，還要進(jìn)行延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出高電平算起（第 ⑤ 步的時(shí)間算起）最少要 480us； ⑧ 將數(shù)據(jù)線（ DQ）再次拉到高電平 1 后結(jié)束。 //稍做延時(shí) DQ = 0。 x=DQ。 DS18B20 在出廠時(shí)默認(rèn)配置為 12 位，其中最高位為符號(hào)位，即溫度值共11 位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一次會(huì)讀 2 字節(jié)共 16 位，讀完后將低 11 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)后在乘以 便為所測(cè)的實(shí)際溫 度值。讀取 DS18B20 當(dāng)前溫度程序流程圖如圖 所示 ： 讀 取 溫 度 值 入 口D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位跳 過(guò) R O M 匹 配啟 動(dòng) 溫 度 轉(zhuǎn) 換延 時(shí) 5 0 0 m s等 待 溫 度 轉(zhuǎn) 換D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位子 程 序 結(jié) 束跳 過(guò) R O M 匹 配讀 取 溫 度 數(shù) 據(jù)溫 度 數(shù) 據(jù) 處 理 圖。前 5 個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，這 5 位同時(shí)變化，我們只需要判斷 11位就可以了。 } XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 讀取 DS18B20 當(dāng)前溫度 硬件電路連接好以后，只需按下面操作過(guò)程即可讀出溫度數(shù)據(jù)。 //精確延時(shí)大于 480us DQ = 1。 DQ = 1。 圖 DS18B20初始化時(shí)序圖 該程序的執(zhí)行過(guò)程如圖 所示： ① 先將數(shù)據(jù)線（ DQ）置高電平 1； ② 延時(shí)（該時(shí)間要求不是很嚴(yán)格，但是要盡可能短一點(diǎn)）； ③ 數(shù)據(jù)線（ DQ）拉到低電平 0； ④ 延時(shí) 750us（該時(shí)間范圍可以在 480～ 960us）； ⑤ 數(shù)據(jù)線（ DQ）拉到高電平 1； ⑥ 延時(shí)等待。 溫度采集是通過(guò)分時(shí)與DS18B20 的單總線通信完成的，有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。按鍵掃描程序流程圖如圖 所示?？紤]到用戶在進(jìn)行按鍵操作時(shí)，按下及松開(kāi)的瞬間都容易產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，造成單次按鍵操作時(shí)按鍵端口電平多次跳變。\039。\ 0 39。 //清屏 LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE)。 LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38)。 圖 LCD1602寫(xiě)操作時(shí)序圖 初始化過(guò)程 LCD1602 初始化包括初始化以下寄存器：顯示模式寄存器、光標(biāo)設(shè)置寄存器和移屏寄存器。 ② 讀 /寫(xiě)控制端設(shè)置為寫(xiě)模式，即低電平。液晶屏 LCD1602 的顯示模式一般設(shè)置為 16 2 顯示， 5 7 點(diǎn)陣，8 位數(shù)據(jù)接口顯示狀態(tài)；光標(biāo)顯示可按實(shí)際需要和個(gè)人偏好設(shè)定。反之，蜂鳴器不發(fā)聲。 R11可選擇 1K。漏電互感器輸出的 信號(hào)加在 A 和 B 兩點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時(shí)，火線電流與中線電流將失去平衡，其合成電流就是漏電電流，次級(jí)漏電信號(hào)的大小和漏電程度成正比 [24]。加熱電路如圖 所示，原理同電磁閥控制電路。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 10KΩ左右的上拉電 [16]。 溫度檢測(cè)電路 使用 DS18B20 溫度傳感器采集溫度， DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來(lái)完成。在這些電路中，有這樣一些問(wèn)題必須解決 :為了進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)量，必須給鉑電阻提供一個(gè)良好的恒流源；由于熱電偶出來(lái)的信號(hào)是模擬信號(hào)，所以此信號(hào)在送給 CPU 之前必須先進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后再送給 CPU 進(jìn)行處理 。該電路的工作過(guò)程如下，當(dāng) P22端口為高電平時(shí)， NPN 達(dá)林頓三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繼電器線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)，此時(shí)繼電器的銜鐵被吸下，使得電磁閥接入 12V電源，電磁閥電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，電磁閥工作打開(kāi)進(jìn)水口。驅(qū)動(dòng)電路采用達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)端口控制電磁閥電路。水位傳感器可以自制，用 8根不銹鋼針?lè)謩e置于水箱容積的 8平分 位置，在電極間加電流，電路簡(jiǎn)單，直流電壓通過(guò) 470K電阻和鋼針（無(wú)水開(kāi)路，有水側(cè)有十幾 K電阻）分壓，鋼針上的壓降不大，當(dāng)某個(gè)鋼針不接觸水面時(shí)，其輸出為高電平；當(dāng)鋼針與水面接觸時(shí)則輸出為低電平。按鍵電路原理圖如圖 [12]。 ⑥ 其余 7～ 14為數(shù)據(jù)口，接單片機(jī) P0口 [11]。接口說(shuō)明如下： ① 液晶 1， 2端為電源； 15， 16為背光電源； ② 液晶 3端為液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)端，通過(guò)一個(gè) 10k電阻接地來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。 液晶顯示電路 液晶顯示屏采用 LCD1602。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 3 J un 2 0 1 0 S he e t o f F i l e : D : \桌面 \全部原理圖設(shè)計(jì) ( 1 ) . d db D r a w n B y:V C CR E SP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 32P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07C Y 11 2M H ZC41 0uC53 0pC63 0pV C CR E Skey1R35 .1 k復(fù)位電路P 30P 31P 34P 35P 36P 3792345678C o m1R 1 81 0k+5P 33E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 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 N29A L E / P30T X D11R X D10U4S T C 8 9 C 52 R C 圖 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 XX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 三、人機(jī)交互電路設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)與顯示部分是用戶和熱水器之間進(jìn)行信息傳遞的界面，用戶主要通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水器的控制操作，并通過(guò)顯示界面了解熱水器的工作參數(shù)與狀態(tài)。本系統(tǒng) 52 單片機(jī)芯片采用 STC89C52RC，該芯片內(nèi)部有 2 個(gè) 16 位向上計(jì)數(shù)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，有四種工作方式； 5 個(gè)中斷源；一個(gè)串口通信接口； 32 個(gè) I/O 口；內(nèi)部 RAM 有 256 字節(jié)；內(nèi)部 ROM 有 8K 字節(jié) [9]。發(fā)光二極管D3 起到指示 燈的作用。圖 是電源的原理圖。 硬件設(shè)計(jì)部分主要完成以上電路的設(shè)計(jì)，包括各個(gè)電路的理論分析以及各個(gè)電路與單片機(jī)的連接等等。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能提出了系統(tǒng)硬件主要元器件選型原則，總體描述了選取的主要元器件，并對(duì)主控芯片的引腳進(jìn)行定義。系統(tǒng)軟件部分主程序流程圖如圖 。包括人機(jī)交互模塊、水位控制模塊、溫度控制模塊、漏電檢測(cè)模塊以及聲音提示模塊等五個(gè)模塊。 第三節(jié) 軟件總體設(shè)計(jì) 從圖 可以看出本應(yīng)用涉及的輸入輸出通道較多，因此在設(shè)計(jì)中考慮到了單片機(jī)的 I/O 通道的充分利用。它們的輸出接至 CPU 的引腳， CPU 對(duì)這些引腳進(jìn)行判斷后，送去顯示相應(yīng)的水位值，這種方法省去了傳統(tǒng)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。每個(gè)字符由 5 7 點(diǎn)陣構(gòu)成 [4]。 溫度傳感器要求低電壓供電、測(cè)溫范圍寬、安裝簡(jiǎn)單、還要求數(shù)據(jù)為串行方式以節(jié)約單片機(jī)端口資源。主要元器件的選擇在考慮滿足功能需求的同時(shí)，還必須要保證在特定環(huán)境下的穩(wěn)定性能，同時(shí)還必須盡量降低成本。包括電源模塊、 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、人機(jī)交互模塊、水位控制模塊、溫度控制模塊、漏電檢測(cè)以及聲音提示模塊等七個(gè)模塊。 第五章，總結(jié)了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的主要工作和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足。其內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面： 第一章，結(jié)合當(dāng)前電熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，介紹了電熱水器控制器研究的目的及意義。 基于以上電熱水器特性的分析，可以從電熱水器的智能化、節(jié)能技術(shù)以及安全穩(wěn)定性等這些方面對(duì)電熱水器控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。單片機(jī)的存在，只是設(shè)置了延時(shí)開(kāi)關(guān)、紅綠燈狀態(tài)顯示等一些輔助性的功能，并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。嵌入式非智能家用電器也稱電腦型家用電器。智能家用電器體現(xiàn)了家用電器目前最新的面貌和水平。新型家用電器有電磁爐、微波爐、電烤箱等。 此外，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線遠(yuǎn)程控制也將是新一代電熱水器的發(fā)展方向，用戶可以通過(guò)任何一部雙音頻固定電 話或手機(jī)遙控?zé)崴鞯拈_(kāi) /關(guān)、溫度設(shè)定等，并可查詢熱水器的工作狀態(tài) 。而市場(chǎng)上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活質(zhì)量的提高使得消費(fèi)者對(duì)電熱水器功能提出延伸至全新的概念層面