【正文】 片機的一個 I/O 口，其外圍電路也非常簡單。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，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(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 \全部原理圖設計 (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 溫度檢測電路圖 XX 大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 加熱 電路 由于單片機端口驅動能力很弱，加熱電路采用繼電器控制方式，操作方便。檢測原理如圖 所示，將火線和中線同時穿過一個環(huán)形磁芯，作為漏電互感器的初級線圈，次級線圈數(shù)百匝輸出漏電信號。第一個運放作放大器，第二個運放作比較器。當有漏電現(xiàn)象時， C 點出現(xiàn)放大的漏電信號，信號的負半波將 C點的電位從 3V向下拉低，只要漏電到達一定的程度，就可以使 C 點的電位在某時刻低于 D 點的電位，使比較器輸出低電平，其下降沿就可以作為單片機的外部中斷信號，使系統(tǒng)及時做出反映，切斷電源，避免出現(xiàn)嚴重后果。 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 \全部原理圖設計 ( 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漏電報警燈（紅） 圖 漏電檢測電路 XX 大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 七、聲音提示模塊 蜂鳴器發(fā)聲驅動 電路原理圖如圖 。系統(tǒng)軟件部分主要實現(xiàn)對熱水器的控制工作，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、漏電檢測及聲音提示程序和控制策略程序等七個部分組成。寫命令包括使液晶的光標顯示 /不顯示、光標閃爍 /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)，當調(diào)用完以下兩個子函數(shù)，就會在對應的位置顯示，實現(xiàn)對 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，本設計采用軟件措施完成去抖動與防干擾處理。由于是開關量的檢測，即當端口檢測到低電平，則表示水位上升到對應的鋼針，在軟件編程的時候可以參考上一小節(jié)的按鍵掃描程序進行設計。初始化時序如圖 所示，初始化時序包括一個由總線控制器發(fā)出 的復位脈沖和跟有其后由從機發(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，還要進行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第 ⑤ 步的時間算起）最少要 480us； ⑧ 將數(shù)據(jù)線（ DQ）再次拉到高電平 1 后結束。 //稍做延時 DQ = 0。 x=DQ。 DS18B20 在出廠時默認配置為 12 位，其中最高位為符號位，即溫度值共11 位，單片機在讀取數(shù)據(jù)時，一次會讀 2 字節(jié)共 16 位，讀完后將低 11 位的二進制數(shù)轉化為十進制數(shù)后在乘以 便為所測的實際溫 度值。讀取 DS18B20 當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 位跳 過 R O M 匹 配啟 動 溫 度 轉 換延 時 5 0 0 m s等 待 溫 度 轉 換D S 1 8 B 2 0 復 位子 程 序 結 束跳 過 R O M 匹 配讀 取 溫 度 數(shù) 據(jù)溫 度 數(shù) 據(jù) 處 理 圖。前 5 個數(shù)字為符號位，這 5 位同時變化，我們只需要判斷 11位就可以了。 } XX 大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 讀取 DS18B20 當前溫度 硬件電路連接好以后，只需按下面操作過程即可讀出溫度數(shù)據(jù)。 //精確延時大于 480us DQ = 1。 DQ = 1。 圖 DS18B20初始化時序圖 該程序的執(zhí)行過程如圖 所示： ① 先將數(shù)據(jù)線（ DQ）置高電平 1； ② 延時（該時間要求不是很嚴格，但是要盡可能短一點）； ③ 數(shù)據(jù)線（ DQ）拉到低電平 0； ④ 延時 750us（該時間范圍可以在 480～ 960us）； ⑤ 數(shù)據(jù)線（ DQ）拉到高電平 1； ⑥ 延時等待。 溫度采集是通過分時與DS18B20 的單總線通信完成的，有嚴格的時隙概念，因此對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。按鍵掃描程序流程圖如圖 所示。考慮到用戶在進行按鍵操作時，按下及松開的瞬間都容易產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，造成單次按鍵操作時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寫操作時序圖 初始化過程 LCD1602 初始化包括初始化以下寄存器：顯示模式寄存器、光標設置寄存器和移屏寄存器。 ② 讀 /寫控制端設置為寫模式，即低電平。液晶屏 LCD1602 的顯示模式一般設置為 16 2 顯示， 5 7 點陣，8 位數(shù)據(jù)接口顯示狀態(tài)；光標顯示可按實際需要和個人偏好設定。反之，蜂鳴器不發(fā)聲。 R11可選擇 1K。漏電互感器輸出的 信號加在 A 和 B 兩點。當系統(tǒng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時，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，次級漏電信號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]。 溫度檢測電路 使用 DS18B20 溫度傳感器采集溫度， DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成。在這些電路中，有這樣一些問題必須解決 :為了進行準確的溫度測量，必須給鉑電阻提供一個良好的恒流源；由于熱電偶出來的信號是模擬信號，所以此信號在送給 CPU 之前必須先進行 A/D 轉換，然后再送給 CPU 進行處理 。該電路的工作過程如下，當 P22端口為高電平時， NPN 達林頓三極管導通，驅動繼電器線圈產(chǎn)生電磁場，此時繼電器的銜鐵被吸下，使得電磁閥接入 12V電源，電磁閥電路處于導通狀態(tài)，電磁閥工作打開進水口。驅動電路采用達林頓管驅動繼電器，實現(xiàn)單片機端口控制電磁閥電路。水位傳感器可以自制，用 8根不銹鋼針分別置于水箱容積的 8平分 位置，在電極間加電流，電路簡單，直流電壓通過 470K電阻和鋼針（無水開路，有水側有十幾 K電阻）分壓，鋼針上的壓降不大，當某個鋼針不接觸水面時，其輸出為高電平；當鋼針與水面接觸時則輸出為低電平。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 P0口 [11]。接口說明如下： ① 液晶 1， 2端為電源； 15， 16為背光電源； ② 液晶 3端為液晶對比度調(diào)節(jié)端，通過一個 10k電阻接地來調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。 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 \全部原理圖設計 ( 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 單片機最小系統(tǒng)電路圖 XX 大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 三、人機交互電路設計 鍵盤與顯示部分是用戶和熱水器之間進行信息傳遞的界面，用戶主要通過鍵盤實現(xiàn)對熱水器的控制操作，并通過顯示界面了解熱水器的工作參數(shù)與狀態(tài)。本系統(tǒng) 52 單片機芯片采用 STC89C52RC，該芯片內(nèi)部有 2 個 16 位向上計數(shù)定時 /計數(shù)器，有四種工作方式； 5 個中斷源；一個串口通信接口； 32 個 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。 硬件設計部分主要完成以上電路的設計，包括各個電路的理論分析以及各個電路與單片機的連接等等。根據(jù)實現(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，并對主控芯片的引腳進行定義。系統(tǒng)軟件部分主程序流程圖如圖 。包括人機交互模塊、水位控制模塊、溫度控制模塊、漏電檢測模塊以及聲音提示模塊等五個模塊。 第三節(jié) 軟件總體設計 從圖 可以看出本應用涉及的輸入輸出通道較多，因此在設計中考慮到了單片機的 I/O 通道的充分利用。它們的輸出接至 CPU 的引腳， CPU 對這些引腳進行判斷后，送去顯示相應的水位值，這種方法省去了傳統(tǒng)的 A/D 轉換器。每個字符由 5 7 點陣構成 [4]。 溫度傳感器要求低電壓供電、測溫范圍寬、安裝簡單、還要求數(shù)據(jù)為串行方式以節(jié)約單片機端口資源。主要元器件的選擇在考慮滿足功能需求的同時，還必須要保證在特定環(huán)境下的穩(wěn)定性能，同時還必須盡量降低成本。包括電源模塊、 51 單片機最小系統(tǒng)模塊、人機交互模塊、水位控制模塊、溫度控制模塊、漏電檢測以及聲音提示模塊等七個模塊。 第五章，總結了本次畢業(yè)設計所做的主要工作和系統(tǒng)設計中的不足。其內(nèi)容分為以下幾個方面： 第一章，結合當前電熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，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)能技術以及安全穩(wěn)定性等這些方面對電熱水器控制器進行設計。單片機的存在，只是設置了延時開關、紅綠燈狀態(tài)顯示等一些輔助性的功能，并沒有實質性的改進。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，隨著無線通信技術的發(fā)展，無線遠程控制也將是新一代電熱水器的發(fā)展方向，用戶可以通過任何一部雙音頻固定電 話或手機遙控熱水器的開 /關、溫度設定等，并可查詢熱水器的工作狀態(tài) 。而市場上傳統(tǒng)的機械式電熱水器控制功能不完善，而且精度低、可靠性差，生活質量的提高使得消費者對電熱水器功能提出延伸至全新的概念層面