【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在 一起，焊接牢固。若 VCC脫開未接，傳感器只送 ℃ 的溫度值。 （ 4）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過多的 DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 本設(shè)計(jì)中，兩片 DS18B20 芯片串接在單片機(jī)的 口 ,如圖 310 所示 ： AT89C51 DS18B20 1 DS18B20 2 DS18B20 3 DS18B20 20 VCC=5V 1— WIRE 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 ，共 41 頁 圖 310 DS18B20 連接圖 溫度報(bào)警電路 溫度檢測(cè)的更重要的意義是預(yù)警，即當(dāng)溫度超過安全界限時(shí)，能夠提醒人們，以提醒人們采取相應(yīng)的措施。本 設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警主要由蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成，蜂鳴器采用 NPN 三極管驅(qū) 動(dòng)。 由于本設(shè)計(jì)需要測(cè)設(shè)兩點(diǎn)的溫度，所以，用不同顏色的發(fā)光二極管以示區(qū)分。即當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定的溫度值時(shí)，蜂鳴器能夠發(fā)生警報(bào)，同時(shí)，相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)生光亮。蜂鳴器接在單片機(jī)的 ，發(fā)光二極管分別接在單片機(jī)的 口和 口， 設(shè)計(jì)連接圖如圖 311 所示： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 ，共 41 頁 圖 311 溫度報(bào)警電路 溫度 顯示電路 顯示部分可以用液晶顯示和數(shù)碼管顯示，因?yàn)橐瑫r(shí)顯示兩點(diǎn)溫度， 這里采用的液晶顯示 LCD1602。 LCD1602 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè) 5x7 或者 5x11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用 。 它的 顯示的內(nèi)容為 16x2,即可以顯示兩行，每行16 個(gè)字符 。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口， 其引腳圖如圖 312 所示 [15,16]： 圖 312 LCD1602 引腳圖 其中： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 ，共 41 頁 第 1 腳： VSS 為電源 地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比 度）。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時(shí)選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時(shí)選擇 指令寄存器 。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線 ，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 在本設(shè)計(jì)中， LCD1602 的 數(shù)據(jù) /命令端 RS 管腳接單片機(jī)的 口 ， 讀寫端RW 管腳接單片機(jī)的 口，使能端 EN 接 單片機(jī)的 端，數(shù)據(jù)段 D0D7 接在單片機(jī)的 P0 口，具體電路如圖 313 所示： 圖 313 LCD1602 電路連接圖 在本電路中， LCD1602 的數(shù)據(jù)段 D0D7 連接在單片機(jī)的 P0 口，因?yàn)?P0 口 是 8位漏極開路的雙向 I/O 口 ， 內(nèi)部沒有上拉電阻，是開漏的， 不管它的驅(qū)動(dòng)能力多中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 ，共 41 頁 大，相當(dāng)于它是沒有電源的，需要外部的電路提供 。 簡(jiǎn)單一點(diǎn)說就是它要驅(qū)動(dòng)LCD 顯示屏顯示就必須要有電源驅(qū)動(dòng)，否則亮不了，而恰好 P0 口沒有電源，所以就要外接電源， 因此在 PO 口接上了排阻 P1。在這里， LCD1602 的 V0 管腳接了 的電阻，液晶可以達(dá)到一個(gè)相對(duì)合適的亮度。 串口通信電路 AT89C51 有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠 [17]。 具體電路如 圖 314： 圖 314 串口電路電路連接圖 我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的 9 針串口只連接 其中的 3 根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì) 本設(shè)計(jì) 來說已經(jīng)足夠使用了，電路如 上 圖所示 。通信線采用交叉接法，即中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 ，共 41 頁 兩者信號(hào)線對(duì)應(yīng)成為 R— T， T— R。 具體連接電路如圖 315: 162738495J1D B 9 A T 8 9 C 5 1162738495J2D B 9 P CR X D R X DT X D T X D 圖 315 單片機(jī)與 PC 機(jī)串口連接圖 整體電路 見附件一 （電路原理圖） 4 軟件設(shè)計(jì) 概述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。 首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù) 實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。 主程序方案 主程序調(diào)用了 4 個(gè)子程序，分別是溫度測(cè)試程序 、 LCD1602 溫 度顯示程序、溫度報(bào)警程序、單片機(jī)與 PC 機(jī)串口通訊程序。 溫度測(cè)試程序：對(duì)溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算和顯示。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 ，共 41 頁 LCD1602 溫度顯示程序：?jiǎn)纹瑱C(jī)向 LCD1602 發(fā)送溫度 值，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。 溫度報(bào)警：對(duì)溫度值做出判斷，當(dāng)超出界限時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光。 串口通訊程序：實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)通訊，將溫度數(shù)據(jù)傳送給 PC 機(jī)。 將各個(gè)功能程序以子程序的形式寫 好，當(dāng)寫主程序的時(shí)候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和 I/O 沖突即可。程序應(yīng)該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而調(diào)用指令則不同，調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰，無論是修改還是維護(hù)都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個(gè)好處那就是以后寫程序的時(shí)候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個(gè)單元功能模塊 [18,19]。 主程序流程圖如 圖 41: 圖 主程序流程圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 ，共 41 頁 各模塊子程序設(shè)計(jì) 下面對(duì)主要幾 個(gè)子程序的流程圖做介紹： （ 1） 溫度測(cè)試子程序設(shè)計(jì) 在 設(shè)計(jì)中 ,在同一條數(shù)據(jù)線上 掛接了兩片 DS18B20 芯片 ,程序通過讀取每個(gè)芯片的序列號(hào)來識(shí)別 ,因此必須事先知道每片 DS18B20 芯片的序列號(hào)。我們可以程序獲取到每片 DS18B20 芯片的序列號(hào)，并通過液晶顯示出來。通過程序我們得到的兩片 DS18B20 的 64 位序列號(hào)分別為 [20]： A： 28AB17D003000072 B： 28961AD003000039 注：均為十六進(jìn)制表示 溫度測(cè)試子程序流程圖如圖 42 所示： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 ，共 41 頁 圖 42 溫度測(cè)試子程序流程圖 Y N N Y 開始 初始化 DS18B20 搜索 ROM 讀并存儲(chǔ) DS18B20 的序列號(hào) 發(fā)一個(gè) DS18B20 序列號(hào) 匹配 ROM 命令 初始化 DS18B20 跳過 ROM 溫度轉(zhuǎn)換命令 等待 1ms 轉(zhuǎn)換命令結(jié)束 初始化 存在一個(gè)DS18B20？ 所有 DS18B20 都訪問完畢？ 讀當(dāng)前 DS18B20 溫度 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 ，共 41 頁 （ 2） 溫度顯示子程序 DS18B20 讀取的溫度存在一個(gè)十六位的寄存器中， 如表 33 所 示，其中前五位表示溫度的正負(fù)，因此要對(duì)讀取到的溫度進(jìn)行處理，得到十進(jìn)制表示的溫度值，再分離出溫度值的百位，十位，各位，及小數(shù)位分別顯示到液晶上。 （ 3） 串口通信程序設(shè)計(jì) 本次通訊中，測(cè)控系統(tǒng)分位上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) 采集、處理和控制，上位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化檢測(cè)，通信協(xié)議采用半雙工異步串行通信方式，通過 RS232 的 RTS 信號(hào)進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換，傳輸數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)，上位機(jī)與下位機(jī)之間采用主從式通訊。 本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)主要利用串口調(diào)試助手接收從下位機(jī)發(fā)送來的溫度數(shù)據(jù)，所以借助 USB 就可完成。如果利用串口線，還需要其他軟件搭建窗口界面。為了顯示更加清晰，發(fā)送數(shù)據(jù)為十進(jìn)制的字符，因此在實(shí)際程序中，采用每得到一個(gè)字符發(fā)送一次。 串口通信顯示溫度 仿真 結(jié) 果如圖 43 所示： 圖 43 串口通信顯示溫度 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 ，共 41 頁 如圖 43 示，每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)為一組數(shù)據(jù)， 以“ Fir”和“ Sec”區(qū)分。 5 溫度傳感器 調(diào)試 最后的工作是制作實(shí)物，根據(jù)電路原理，制作出 PCB 板，然后焊接實(shí)物。在實(shí)際制作中，考慮到硬件電路不是很復(fù)雜，所以選擇用洞洞板自己焊接。焊接實(shí)物見附錄三。 PCB 圖 見附錄二。 系統(tǒng) 調(diào)試 測(cè)試環(huán)境及工具 測(cè)試溫度： 0~100 攝氏度。（模擬多點(diǎn)不同溫度值環(huán)境） 測(cè)試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計(jì) 0~100 攝氏度，串口調(diào)試助手。 測(cè)試