【文章內(nèi)容簡介】 體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，他它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器處理。 DS18B20 具有以下 優(yōu)點： 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ~，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。獨特的單線接口方式，與微處理器連接時只需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通信。 同時 DS18B20 還具備以下特性： 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進(jìn)行通訊 簡單的多點分布應(yīng)用 無需外部器件 可通過數(shù)據(jù)線供電 零待機(jī)功耗 測溫范圍 55~+125℃，以 ℃ 遞增。華氏器件 67~+2570F，以 遞增 溫度以 9 位 數(shù)字量讀出 溫 度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間 200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 DS18B20 結(jié)構(gòu)及其工作原理 圖 26 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1820 依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面 5 個 ROM 操作命令之一： 1）讀 ROM， 2）匹配 ROM， 3）搜索 ROM， 4）跳過 ROM， 5）報警搜索。這些命令對每個器件的激光 ROM 部分進(jìn)行操作 ，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條 ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲器和控制操作，控制器可以提供 6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示 DS1820 完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在 DS1820 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器 TH 和TL 各由一個 EEPROM 字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對 DS1820 使用報警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用。 可以用一條存儲器操作命令對TH 和 TL 進(jìn)行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。 高速 緩存 存儲器 存儲器和控制器 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 溫度靈敏元件 8 位CRC 生成器 64 位ROM 和 單線 接口 電源控制 DS1820 通過一種片上溫度測量技術(shù)來測量溫度。圖 27 示出了溫度測量電路的方框圖。 LSB 置 位 / 清 0 增加 停止 圖 27 溫度測量電路的方框圖 溫度 /數(shù) 據(jù)關(guān)系 如表 24 所示： 表 24 溫度 /數(shù)據(jù)關(guān)系 溫度℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 1/2 11111111 11111111 FFFF 25 11111111 11001110 FFCE 55 11111111 10010010 FF92 DS1820 是這樣測溫的：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55℃ 的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃ ）的值增加，表明所測溫度大于 55℃ 。 同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累斜坡累加器 比較 計數(shù)器 預(yù)置 低溫度系數(shù)振蕩器 高溫度系數(shù) 振蕩器 =0 計數(shù)器 =0 溫度寄存器 預(yù)置 加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。 斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以 期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 DS1820 內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供 ℃的分辨力。溫度以 16bit 帶符號位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表 1 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。 DS1820 測溫范圍 55℃ ~+125℃ ，以 ℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換因子查找表。 溫度測量電路接口展示 2 3 . 0DQ2V C C3G ND1U2DS 1 8 B 2 0R24 .7 k 圖 28 溫度測量 電路 水流量測量 電路 水流量傳感器原理 水流量傳感器主要由銅閥體、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成。它裝在熱水器的進(jìn)水端用于測量進(jìn)水流量。當(dāng)水流過轉(zhuǎn)子組件時 ,磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 ,并且轉(zhuǎn)速隨著流量成線性變化?；魻栐敵鱿鄳?yīng)的脈沖信號反饋給控制器 ,由控制器判斷水流量的大小 ,調(diào)節(jié)控制比例閥的電流 ,從而通過比例閥控制燃?xì)鈿饬?,避免燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^程中出現(xiàn)夏暖冬涼的現(xiàn)象。水流量傳感器從根本上解決了壓差式水氣聯(lián)動閥啟動水壓高以及翻板式水閥易誤動作出現(xiàn)干燒等缺點。它具有反映靈敏、壽命長、動作迅速 、安全可靠、連接方便利啟動流量超低(1 ． 5L/min) 等優(yōu)點 , 深 受 廣 大 用 戶 喜 愛 。 水流轉(zhuǎn)子組件主要由渦輪開關(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動環(huán)組成。使用水流開關(guān)方式時 ,其性能優(yōu)于機(jī)械式壓差盤結(jié)構(gòu) ,且尺寸明顯縮校當(dāng)水流通過渦輪開關(guān)殼 ,推動磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) ,不同磁極靠近霍爾元件時霍爾元件導(dǎo)通 ,離開時霍爾元件斷開。由此 ,可測量出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。根據(jù)實測的水流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和輸出信號 (電壓 )的曲線 ,便可確定出熱水器的啟動水壓 ,以及啟動水壓相對應(yīng)的啟動水流量與轉(zhuǎn)子的啟動轉(zhuǎn)速。由控制電路 ,便可實現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于啟動轉(zhuǎn)速時熱水器啟動工作 ；在轉(zhuǎn)速小于啟動轉(zhuǎn)速時 ,熱水器停止工作。這樣熱水器啟動水壓一般設(shè)定在0． 01MPa,啟動水流量為 3～ 5L/min(需滿足熱水器標(biāo)準(zhǔn)對最高溫升的限制 )。另外 ,由于水在永磁材料磁場切割下 ,變成磁化水 ,水中的含氧量增加 ,使人洗浴后感覺清爽。制動環(huán)的作用是停水時 ,制止高速旋轉(zhuǎn)的磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 ,終止脈沖信號輸出?？刂破鹘邮詹坏矫}沖信號 ,立即控制燃?xì)獗壤y關(guān)閥 ,切斷氣源 ,防止干燒。 水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻 ,同時通上 5V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正 交。當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時 ,產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場 ,切割磁感應(yīng)線 ,產(chǎn)生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比 ,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比 ,根據(jù)水流量的大小啟動燃?xì)鉄崴鳌? 水流量傳感器參數(shù) 環(huán)境溫度： 10~55℃ 流量計算在流量為 :~， 1L=2100 次 。~，1L=2281L=22800 次； ~,1L=2350 次； ~， 1L=2460次 。（脈沖次數(shù) 在流量變化時有一定程度的變動） 接線方法白線：信號輸出；黑線：電源負(fù)（也可按客戶要求定做）測量精度：177。 5%（在流量穩(wěn)定的系統(tǒng)，精度可達(dá) 177。 2%）工作電壓： DC0~~24V 工作壓力： ≤ 100PSI（ 7kg/cm) 耐濕性能：在環(huán)境濕度為 90%以下時性能保持穩(wěn)定 壽命測試：本產(chǎn)品用進(jìn)口干簧管作感應(yīng)元件，在負(fù)荷小于 24V1mA 前提下 , 開關(guān)壽命大于 3 億次。 C110UFR410KVCCSW3SW2復(fù)復(fù)復(fù)復(fù)1 2 3H1 復(fù)復(fù)復(fù)復(fù)復(fù)復(fù)SW1 圖 29 水流量 測量電路 水流量測量 電路 課題設(shè)計之初，要求實現(xiàn)設(shè)定水流量上限，以及調(diào)節(jié)水流量上限， 所以除了復(fù)位按鍵又設(shè)置了三個控制鍵。三個按鍵的功能分別是 sw sw sw4，功能分別是 sw2 設(shè)定水流量上限， sw3 增加上限值， sw4 減少上限值。 S W 2S W S P S T M O MS W 3S W S P S T M O MS W 4S W S P S T M O M圖 210 按鍵 電路 報警 電路 由于設(shè)定了水流量上限值，因此需要設(shè)計報警電路，超過設(shè)定值時進(jìn)行報警。 ,電路主要由一個電阻 ,一個 NPN 三極管，一個蜂鳴器組成，接在 89C51 的 P21 口上。 工作原理： NPN 三極管的基極由 IO 口控制， P21 高電平時三極管導(dǎo)通，蜂鳴器與電源的通路接通 ,蜂鳴器報警， P21 低電平時三極管截止，蜂鳴器的通路斷開不 報警。 LS1復(fù)復(fù)復(fù)R11KQ18550復(fù)復(fù)復(fù)VCC 圖 211 報警 電路 繼電器控制電路 單片機(jī)是一個弱電器件 ,一般情況下它們大都工作在 5V 甚至更低 。 驅(qū)動電流在 mA 級以下 。 而要把它用于一些大功率場合 ,比如控制電動機(jī) ,顯然是不行的 。 所以 ,就要有一個環(huán)節(jié)來銜接 ,這個環(huán)節(jié)就是所謂的 功率驅(qū)動 。 繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié) 。 在這里 ,繼電器驅(qū)動含有兩個意思 :一是對繼電器進(jìn)行驅(qū)動 ,因為繼電器本身對于單片機(jī)來說就是一個功率器件 ； 還有就是繼電器去驅(qū)動其他負(fù)載 ,比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器 ,可以直接驅(qū)動接觸器 ,所以 ,繼電器驅(qū)動就 是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口 。 基本功能：通斷水閥。 當(dāng)單片機(jī)的這個引腳輸出低電平的時候 ,就像繼電器電路的輸出引腳在打開三極管三極管 ,水就從上往下流 ,繼電器繼電器就開始轉(zhuǎn)起來了 .反之 ,如果是輸出高電平 ,繼電器電路的輸出引腳就開始關(guān)三極管 ,繼電 器因為因為沒有水流下來，就會停止。 1324 5J2復(fù)復(fù)復(fù)R151KD4Q38550復(fù)復(fù)復(fù)R161KD21N400712P1復(fù)復(fù)復(fù) 圖 212 繼電器控制 電路 小結(jié) 電路的設(shè)計，首先是把預(yù)定功能設(shè)定好，再看運行這些需要什么樣的硬件，然后實施硬件的操作。各個模塊都要有合理的設(shè)計。仔細(xì)認(rèn)真是設(shè)計硬件電路的基本，一步走錯，整個設(shè)計就毀于一旦。在設(shè)計本課題時 ，電路設(shè)計規(guī)則一定要注意，還有多多借鑒網(wǎng)絡(luò)上的眾多設(shè)計者分享的經(jīng)驗，益于自己的設(shè)計，總之一切為課題的成功做準(zhǔn)備。 第三章 軟件系統(tǒng) 的設(shè)計 軟件設(shè)計總流程 程序要求液晶顯示有水溫和當(dāng)前水流量，同時具備設(shè)置水流量上限的功能。由于 LCD1602 的顯示屏幕有限，所以第一頁顯示水溫和水流量，第二頁顯示水流量上限。整個程序中結(jié)構(gòu)較為簡單，但其中也有幾個重要而且比較費腦筋的子程序，包括水測量程序、水流量上線的設(shè)定與調(diào)整、溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。 在程序中可以 分為 3 個主要模塊：水流量模塊，溫度模塊，顯示模塊。 圖 31 總流程圖 系統(tǒng)初始化 水流量控制開關(guān)程 序 溫度測量程