【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5?C,冷藏室用于相對(duì)于冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，溫度 一般為 0?C～ 10?C，當(dāng)測(cè)得冷冷凍室溫度高至－ 3?C ~0?C 時(shí)或者是冷凍室溫度高至 10?C～ 13?C 是 啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)冷凍室溫度低于－ 15?C～－ 18?C 或都冷藏室溫度低于 0?C～－ 3?C 時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。采用單片機(jī)控制，可以使控制更 為準(zhǔn)確、靈活。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電 路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。 所以多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用 數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。 傳感器部分 方案一： 8 采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè) 1 攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中 ,采用單片溫度傳感器 ,比如 AD590,LM35 等 .但這些芯片輸出的 都是模擬信號(hào) ,必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī) ,這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 .另外 ,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器 ,不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量 .即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。 方案二： 在多點(diǎn)測(cè)溫系 統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測(cè)溫精度，就必須采用措施解決由長(zhǎng)線傳輸，多點(diǎn)測(cè)量切換及放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。采用數(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。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在 0— 100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一 采用 了單總線的 數(shù)據(jù)傳輸 ， 由數(shù) 字溫度計(jì) DS1820 和微控制器 AT89C51 構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào) ,可直接與計(jì)算機(jī)連接 。 這樣 ,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單 ,體積也不大 ,且由于 AT89C51 可 以帶多個(gè) DSB1820,因此可以 非常容易 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量 .輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。 主控制部分 方案一： 此方案采 用 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是 PC 機(jī)輸出信號(hào)不能直接與 DS18B20 通信。需要通過 RS232 電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡(jiǎn)便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合， PC 機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！ 方案二： 此方案采用 AT89C51 八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC 機(jī)通信 .運(yùn) 用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（ PC 微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 9 系統(tǒng)方案 綜上所述 ,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。 系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是 RS485 串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。 使用基于 DS18B20 的數(shù)字溫度傳感器，根據(jù)具體產(chǎn)品的檢測(cè)工藝，我們使用如下的方案。 整體的檢測(cè)方案如下： 圖 22 冰箱制冷系統(tǒng)檢測(cè)模型 本文也具體考慮溫度采集模塊的設(shè)計(jì)，使用方案：使用單片機(jī)和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。其具有下列特點(diǎn)： ① 具有高的測(cè)量精度和分辨率，測(cè)量范圍大； ② 抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好； ③ 信號(hào)易于處理 、 傳送和自動(dòng)控制； ④ 便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量，讀數(shù)直觀； ⑤ 安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。單總線溫度傳感器可以采用 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 系列，這類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，且多路溫度傳感器可以掛在 1 條總線上，共同占用單片機(jī)的 1 個(gè) I/O 口即可實(shí)現(xiàn)。在提升單片機(jī) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力的前提下，理論上可以任意擴(kuò)充檢測(cè)的溫度點(diǎn)數(shù)。 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)的硬件電路由 89C51 單 片機(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、直流電源供電電路、鍵盤顯示電路、 LED 顯示電路、電壓檢測(cè)和報(bào)警電路等組成。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 單片機(jī)芯片介紹 AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，芯 片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 單片機(jī) 主要特性 （ 1） 4KB 片內(nèi)在系統(tǒng)可編程 Flash 程序存儲(chǔ)器； （ 2）時(shí)鐘頻率為 0～ 33MHz； （ 3） 128 字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（ RAM）； （ 4） 32 個(gè)可編程輸入 /輸出引腳； （ 5） 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； （ 6） 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)優(yōu)先級(jí)； （ 7）全雙工串行通信接口； （ 8）監(jiān)視定時(shí)器； 11 （ 9） 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針。 管腳說明 單片機(jī)引腳如 下： 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1P80C51UBPN 圖 32 AT89C51 單片機(jī)引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 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) /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， 12 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： 表 31 P3 口的特殊功能 口管腳 備選功能 RXD 串行輸入口 TXD 串 行輸出口 /INT0 外部中斷 0 /INT1 外部中斷 1 T0 計(jì)時(shí)器 0 外部輸入 T1 計(jì)時(shí)器 1 外部輸入 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 /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 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)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 運(yùn)算器 (1)算術(shù)／邏輯部件 ALU：用以完成 +、 、 *、 / 的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，并通過運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器 PSW 的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、十進(jìn)制 修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)。 (2)累加器 A：在算術(shù)／邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲(chǔ)器和I/O 接口打交道時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過 A 來完成。 (3)寄存器 B：在 *、 / 運(yùn)算中要使用寄存器 B 。乘法時(shí)， B 用來存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時(shí)， B 用來存放除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時(shí)， B 可作通用寄存器使用。 (4)程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW：用來存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。 13 中斷系統(tǒng) 8051 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是：有 5 個(gè)固定的可屏蔽中斷源， 3 個(gè) 在片內(nèi)， 2 個(gè)在片外，它們?cè)诔绦虼鎯?chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序； 5 個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套； 2 個(gè)特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。 5 個(gè)中斷源的符號(hào)、名稱及產(chǎn)生的條件如下 : INT0：外部中斷 0，由 P3． 2 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 INT1：外部中斷 1，由 P3． 3 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 T0：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 0 中斷，由 T0 計(jì)滿回零引起。 T1：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 l 中斷，由 T1 計(jì)滿回零引起。 TI／ RI：串行 I／ O 中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引 起。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖所示。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1AT89C5112Y133pC233pC1500R1S1VCC22uFC3Cap Pol3VCCVCCVCC 圖 33 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的 USB 口供給，也可使用外部穩(wěn)定的 5V 電源供電模塊供給。 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由 RC 電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。 單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本 的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一