【正文】 究的背景及意義 溫度控制在生產(chǎn)和生活中起著非常重要的作用，在控制過程中過高或過低的溫度將會對水資源的使用產(chǎn)生影響。飲水機(jī)因其便捷、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點而被廣泛用于現(xiàn)代生活之中。 此次設(shè)計是基于單片機(jī)飲水機(jī)的溫度控制。最初溫度控制主要是在工業(yè)生產(chǎn)中使用，在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程中溫度控制往往是非常重要的部分，在工業(yè)生產(chǎn)中需要準(zhǔn)確地加以控制。智能化的溫度控制系統(tǒng)極 大節(jié)約了能源，而且可以實現(xiàn)對多點溫度的控制能力。 我國飲水機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的飲水機(jī)行業(yè)發(fā)展速度較快。 在市場競爭中以低價來增強(qiáng)自身競爭力也成為企業(yè)的一種手段，但受到生產(chǎn)成本的限制使得企業(yè)利 2 潤空間不大，從而是的企業(yè)創(chuàng)新能力不足。加入以單片機(jī)為核 心的溫度控制系統(tǒng)，使得飲水機(jī)在我們?nèi)粘Ｉ钪懈拥谋憬?、安全? 3 第二章 硬件設(shè)計 概述 基于單片機(jī)飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)框圖如下所示： 溫 度 檢測單片機(jī)控制系統(tǒng)按 鍵鎖 存 器 顯 示控 制 電路加 熱報 警 圖 系統(tǒng)框圖 在該系統(tǒng)中通過溫度傳感器實現(xiàn)對飲水機(jī)內(nèi)水溫的采集并以電信號的形式發(fā)送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)對輸入的溫度信號的處理通過數(shù)碼管實時的顯示出來。當(dāng)水溫達(dá)到沸騰點時，系統(tǒng)會自動給加熱絲斷電從而提高其安全性。 DSl820 數(shù)字溫度計提供 9 位 (二進(jìn)制 )溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl820 或從 DSl820 送出。通過單片機(jī)輸出的信號 和 光耦的使用， 可以 提高系統(tǒng)的采樣頻率 ，使控制 精度 更 加 準(zhǔn)確， 溫度控制的 實時性 和 控制效果更好。 4 （ 2） 通過按鍵 能夠設(shè)定水的溫度 區(qū)間 ， 其 設(shè)定范圍是 0℃ ~ 98℃ 。早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的，隨著工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)對控制性能要求的不斷提高， 16位的單片機(jī)也隨之產(chǎn)生并得到廣泛的應(yīng)用。在便攜式的電子產(chǎn)品中其低功效和采用點電壓的特性也 使得單片機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的廣泛使用，使得電子系統(tǒng)迅速的由傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)過渡到智能化現(xiàn)代的電子系統(tǒng)?，F(xiàn)在的單片機(jī)功耗大都在 100mW 左右，隨著當(dāng)前科技的發(fā)單片機(jī)的功耗越來越低。同時精簡指令集也發(fā)展強(qiáng)勁，各類型號的產(chǎn)量也與日俱增。單片機(jī)是一種將中央處理器、只讀程序存儲器、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器、通信接口、中斷系統(tǒng)、時鐘電路和定時電路集成在一起的單一芯片。 STC89C52 STC89C52 是一款高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，采用高密度、非易失性存儲技術(shù)，與 MCS51指令系統(tǒng)兼容。 STC89C52 的端口如下： （ 1） P0 口：一組雙向的 8 位漏極開路型 I／ O 口，可作為地址／數(shù)據(jù)端。在編程時，該端口接收指令。作為輸出口，由外部信號將端口的電位拉低從而 使得 產(chǎn)生輸出電流。不同之處就在于當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時，該口輸出地址高 8 位的數(shù)據(jù)；單片機(jī)訪問外部 8 位地址的數(shù)據(jù)存儲器時，輸出端口鎖存器中的數(shù)據(jù)。 ALE／ PROG:單片機(jī)地址鎖存允許端。但當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，可以跳過兩個脈沖信號。 EA／ VPP：外部訪問允許。通過外接的晶振來給單片機(jī)提供時鐘信號。數(shù)據(jù)信息可通過一條數(shù)據(jù)線在傳感器和主機(jī)之間傳遞，因此從主機(jī)到 DSl8B20 只需一條線即可。這一特性可使得在不同的地方放置多個溫度傳感器件。 由于 DS18B20是在一根 數(shù)據(jù) 線上 實現(xiàn) 數(shù)據(jù) 的通信 ，因此， 在單 片機(jī)與該傳感器的通信 有著嚴(yán)格的時序 的 要求。 DS18B20的管腳如表 。 將存貯器中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)并除以 2即為被測的溫度值 。 P1. 01P1. 02P1. 23P1. 34P1. 45P1. 56P1. 67P1. 78REST9P3. 0/RXT10P3. 1/TXD11P3. 2/INT012P3. 3/INT113P3. 4/T014P3. 5/T115P3. 6/WR16P3. 7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2. 021P2. 122P2. 223P2. 324P2. 425P2. 526P2. 627P2. 728PSEN29ALE30EA31P0. 732P0. 633P0. 534P0. 435P0. 336P0. 237P0. 138P0. 039VCC40U1STC89C52VCC3GND1DQ2U2BS18B204. 7KR5VCCGND 圖 DS18B20 與單片機(jī)連接圖 該系統(tǒng)的實現(xiàn)是依靠溫度傳感器對飲水機(jī)內(nèi)部水溫的實時檢測，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并輸出可被單片機(jī)識別的信號，從而實現(xiàn)單片機(jī)對實時水溫數(shù)據(jù)的掌控。光耦合器的 輸入 和 輸出 信號 間 相互 隔離， 使得其 具有 較好 的抗干擾能力 。 光電耦合器的應(yīng)用具有以下的優(yōu)勢 [5]： (1)光電耦合器的 隔離性能 和 抗干擾 性能 較 好， 在邏輯電路中的使用使得電路更加可靠 。 (5) 在線性電路上， 光電耦合器 具有較高地線性度以及 較好的 電隔離性能。可控硅的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功能強(qiáng)等特性使得其在電子器件中的應(yīng)用更加廣泛，尤其可以用來作為高電壓與電流的控制 。 通過 對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，可改變逆變電路輸出電壓的大小 及 輸出頻率。 9 10R114. 7KR12 0. 27uFC12U3MOC3041Q6IGBTGNDD41KR10+ 12VVCCp1. 0~220V 圖 溫度控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)通過單片機(jī)輸出控制信號來控制 MOC3041和可控硅來實現(xiàn)對加熱絲的通斷電控制。該電路還在加溫時溫度超過預(yù)設(shè)溫度是起到降溫的作用。鎖存器 的 輸出狀態(tài)不會隨輸入端狀態(tài)變化而變化， 只 有 使能 信號 輸入 時 新狀態(tài)才 會 被保存到輸出，直到下一個 使能 信號 的 輸入。 基于鎖存器 的電路可以驅(qū)動大 電容 或低阻抗負(fù)載 。對于共陰極的數(shù)碼管來說，當(dāng)某筆段接的是低電平時，則該筆段發(fā)光。通過對輸入端的電平信號的變化來控制數(shù)碼管的顯示，其中 Dp 端所對應(yīng)的是數(shù)碼管上的小數(shù)點位。 動態(tài)顯示的原理 [8]為：首先顯示數(shù)碼管的第一位，單片機(jī)輸出控制 U4 輸出信號 使得 第一位 數(shù)碼管點亮，同時 U3 輸出斷碼 a～ ph中輸入相應(yīng)的控制信息使得數(shù)碼管顯示第一位上的數(shù)據(jù)，但其它位的數(shù)據(jù)不會顯示出來；其次是顯示數(shù)碼管的第二位，該過程使得第二位 數(shù)碼管 點亮，同時段碼 a～ g 中輸入相應(yīng)的控制信息使得數(shù)碼管顯示第二位位上的數(shù)據(jù)，其他位的數(shù)據(jù)是不會顯示出來的；最后顯示第三位位時，先使第三位 數(shù)碼管點亮 ，同時段碼 a～ g 中輸入相應(yīng)的控制信息使得數(shù)碼管顯示第三位位上的數(shù)據(jù)，其他位的數(shù)據(jù)同樣是不會顯示出來的， 同理再點亮第四位數(shù)碼 管 如此循環(huán) 。按鍵是否閉合反映在其輸出的電平高低上，高電平表示按鍵處于斷開狀態(tài)，反之則為導(dǎo)通。同時由于每一個按鍵都需以個輸入端口，故這種按鍵較適用于按鍵較少的場合。 S2：溫度預(yù)設(shè)加按鈕。 上 述功能的實現(xiàn)需要加入按鍵的機(jī)械去抖程序。三極管是一種電流控制電流的半導(dǎo)體，作為電流放大型器件 [11]，在本電路中不僅起到開關(guān)的作用而且對于蜂鳴器的驅(qū)動也起到極大的作用。 報警系統(tǒng)的作用是為了防止水位過低燒干、過高溢出以及水燒開沸騰的問題，確保飲水機(jī)使用過程的安全可靠。從而輪流的點亮每一位 的數(shù)碼管使其顯示數(shù)字，由于每一位數(shù)碼管的顯示時間約 1ms，通過視覺暫留的現(xiàn)象及發(fā)光二極管余輝效應(yīng)作用，在極短時間內(nèi)輪流點亮數(shù)碼管的情況下，人所看到的結(jié)果就是一組穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，并且不會有閃爍的感覺 [8]。 LATCH1=0。 DataPort0=TempData1[i]。 if(i==Num) i=0。通過中間變量 i 與 Num 的比較來控制數(shù)碼管的顯示與實際數(shù)碼管位數(shù)相同。在該部分的軟件實現(xiàn)中引入了一個中間變量，程序通過這個中間變量的只來判斷當(dāng)前應(yīng)執(zhí)行的是實時顯示還是溫度設(shè)定程序，從而使得 S2 和 S3 只有在溫度設(shè)定狀態(tài)下才會起到作用，這樣可以很好地避免掉由于誤碰到加、減按鍵所產(chǎn)生的誤操作的現(xiàn)象。 { if(set1) set++。該傳感器完成溫度的轉(zhuǎn)換需經(jīng)過初始化、 ROM操作指令和存儲器操作指令三個步驟 [12]。傳感器通過以下的指令進(jìn)行初始化： bit Init_DS18B20(void) { bit dat=0。 DelayUs2x(200)。 dat=DQ。在該過程中初始化程序會返回初始化的狀態(tài)值，當(dāng)接收到返回值為“ 1”時說明初始化成功繼續(xù)執(zhí)行下面的指令，否則表示初始化失敗，重新進(jìn)行傳感器初始化操作 [13]。將控制指令寫入傳感器使傳感器進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，將檢測到的熱信號轉(zhuǎn)換成可被單片機(jī)讀取的的數(shù)據(jù)。 DQ = datamp。 dat=1。每位數(shù)據(jù)傳送回都進(jìn)行一定的延時等待是為了避免數(shù)據(jù)傳送過程中因?qū)懭胨俣冗^快而對數(shù)據(jù)造成影響。 在數(shù)據(jù)的寫操作中數(shù)據(jù)是按照由地位到高按位進(jìn)行傳輸，因此上述程序中以左移 8位的方式進(jìn)行一個字節(jié)指令代碼的接收。i0。 if(DQ)dat|=0x80。在加熱的過程中，單片機(jī)會根據(jù)實際溫度與預(yù)設(shè)溫度的差值來自動選擇加熱模式，當(dāng)實際溫度與預(yù)計溫度差值大于 5 是單片機(jī)發(fā)出控制信號持續(xù)加溫，當(dāng)溫度差值在 5℃之內(nèi)時單片機(jī)輸出 PWM 波，以 PWM 波的形式對水進(jìn)行加熱。這樣會使得水溫超出預(yù)設(shè)溫度，飲水機(jī)的控制精度會下降。 } m=TempHusertemp。break。break。 } if (timer0_tick=zkb) { PWM=1。通過程序中 m 的不同來改變單片機(jī)輸出的占空比，從而使得飲水機(jī)對水溫的控制更加精確。amp。 else LED_Red=1。 小結(jié) 本章介紹了設(shè)計基于單片機(jī)的各部分軟件實現(xiàn)，包括溫度傳感器的溫度讀取、溫度的設(shè)定、溫度的控制以及報警部份。軟件的應(yīng)用為系統(tǒng)智能化的實現(xiàn)提供了條件，避免了純元器件控制的機(jī)械性與不可控等問題。實現(xiàn)以單片機(jī)作為為核心原件的溫度控制系統(tǒng)在飲水機(jī)中的應(yīng)用。 經(jīng)過對于這次系統(tǒng)的設(shè)計，使我進(jìn)一步掌握了有關(guān)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件的設(shè)計的知識。 21 參考文獻(xiàn) [1]張友德、趙志英 . 單片機(jī)原理應(yīng)用與實驗 [M].北京：上海復(fù)旦大學(xué)出版社 ,1992. 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[17]倪繼烈 劉新民 . 微機(jī)原理與接口技術(shù) [M].成都：電子科技大學(xué)出版社 ,20xx. 22 附錄一 主程序 /**********主程序 **********/ include include include define DataPort0 P0 sbit LED_Red=P1^1。 sbit S1=P1^3。//減 按鍵 sbit KEY_SET=P3^5。//數(shù)碼管 位碼 unsigned char TempData1[8]。 void DelayMs(unsigned char t)。 void main (void) { unsigned int TempH,TempL,temp,m。 KEY_SET=1。 if(set==0) { 23