【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 滿(mǎn)足了市場(chǎng)需要，具備一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 2 2 系統(tǒng) 單元模塊介紹 整個(gè)系統(tǒng)主要包括溫度采集模塊，運(yùn)算 控制模塊，紅外遙控通信 模塊，數(shù)碼管顯示模塊和報(bào)警模塊 幾部分構(gòu)成。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前首先對(duì)各個(gè)單元模塊的功能進(jìn)行介紹。 溫度采集模塊 溫度傳感器 的選擇 溫度 傳感器是一種將溫度轉(zhuǎn)換為電量 的裝置。 主要分 為三大類(lèi)： 第一類(lèi)是 熱電偶 。它 是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化的裝置 ，自 19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來(lái)熱電偶被廣泛用于測(cè)量 100到 1600攝氏度的溫度，同時(shí)還可以根據(jù)需要測(cè)量更低或更高的溫度 ，主要用于高溫測(cè)量 ；第二類(lèi)是 熱電阻 。它 是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。 然后通過(guò)電橋使電阻兩端的電壓發(fā)生變化， 主要用于中低溫度的測(cè)量；第三類(lèi)是 集成溫度傳感器 。它 將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。 常見(jiàn)的如模擬輸出式溫度傳感器 AD590和數(shù)字輸出式溫度傳感器 DS18B20。其中 DS18B20測(cè)溫范圍從 50攝氏度到正 125攝氏度，每個(gè)元 件有唯一的序列號(hào)，支持多點(diǎn)溫度采集。 由于此設(shè)計(jì)主要用來(lái)監(jiān)控室溫內(nèi)設(shè)備 各點(diǎn)的溫度，并且是多點(diǎn)溫度采集，所以 選用 DS18B20作為溫度傳感器 [2]。 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 的特點(diǎn) DS18B20 是 美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款新型 可編程分辨率的單 線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器 。 它有如下特色： ，只要求用一個(gè)引腳進(jìn)行通訊。 的溫度采集。 。 ，電壓的范圍是 3～ 5 伏。 。 溫范圍 55128 攝氏度，相當(dāng)于華氏溫度的 67～ +253 度。 10 到 85攝氏度的范圍之內(nèi)，精確度達(dá)到 攝氏度。 9 位到 12 位之間可編程。 12 位的數(shù)字溫度最多只需要 750ms。 。還可以進(jìn)行報(bào)警命令的抵制識(shí)別，以便確認(rèn)是那個(gè)溫度傳感器發(fā)出報(bào)警 。 涵蓋溫度控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)品，溫度計(jì)，和任何對(duì)熱量敏感的系統(tǒng) [3]。 DS18B20 芯片 外形和 封裝 如圖 21： 3 圖 21 DS18B20 的外形和封裝 引腳功能： GND 電壓地 DQ:單數(shù)據(jù)總線(xiàn) VDD:電源電壓 NC:空引腳 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 22： 6 4位R O M一 線(xiàn)端 口記 憶 和 控 制邏 輯 單 元暫存器低 溫 觸 發(fā) 單 元 T L八 位 C R C 生 成器溫 度 傳 感 器高 溫 觸 發(fā) 單 元 T H配 置 寄 存 器供 電 方 式感 應(yīng) 器內(nèi) 部 電 源V D D 圖 22 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 2)ROM存儲(chǔ)器用來(lái)存放 DS18B20的編碼如 表 21: 表 21 64光刻 ROM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 8位 CRC冗余校驗(yàn)碼 48位序列號(hào) 8位家族編碼（ 28H） 最高位 最低位 4 （ 3）讀取溫度時(shí)，低八位和高八位的詳細(xì)數(shù)據(jù)格式如 下 表 22： 表 22 溫度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) DS18B20 的操作流程 （ 1） 初始化： 1 Wire 總線(xiàn)上所有 的轉(zhuǎn)換開(kāi)始于初始化序列。初始化序列是有主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道 DS18B20 在總線(xiàn)上，并且開(kāi)始操作 。 （ 2） ROM 命令 ：一旦主機(jī)檢測(cè)到存在脈沖 就可以發(fā)出五個(gè) ROM 功能命令其中的一個(gè)所有 ROM 功能 命令長(zhǎng)度為 8位。 （ 3） 存儲(chǔ)器命令： 在 ROM 完成之后 緊接著有主機(jī)發(fā)送 ,以便為數(shù)據(jù)交換 準(zhǔn)備。 （ 4） 數(shù)據(jù)交換： 通過(guò)嚴(yán)格的讀寫(xiě)時(shí)序完成 [4]。 DS18B20 ROM 命令 （ 1） 讀 ROM[33H]： 這個(gè)命令允許總線(xiàn)控制器讀到 DS18B20 的 64 位 ROM。只有當(dāng)總線(xiàn)上只存在一個(gè) DS18B20 的時(shí)候才可以使用此指令，如果掛接不只一個(gè)，當(dāng)通信時(shí)將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 （ 2） Match ROM 命令 [55H]：此條命令發(fā)出后 ，讀取 64 位 ROM 數(shù)據(jù) ，允許總線(xiàn)主機(jī)讀取 總線(xiàn)上特定的 DS18B20 的。 （ 3） 跳過(guò) ROM 命令 [CCH]： 這條指令使芯片不對(duì) ROM 編碼做出反應(yīng)，在單總線(xiàn)的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。 （ 4） 搜索 ROM[F0H]:當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)初始化時(shí)，總線(xiàn)主機(jī)可能不知道的設(shè)備的數(shù)目 ，用此條指令通過(guò)序列號(hào)排除法進(jìn)行搜索。 DS18B20 存儲(chǔ)器操作命令 （ 1） 寫(xiě)暫存器命令 [4EH]： 寫(xiě)入 DS18B20 時(shí)是從 TH 寄存器開(kāi)始，另外的三個(gè)字節(jié)將會(huì)被保存在第 2到第 4 的地址單元 [5]。 5 （ 2） 讀暫存器命令 [BEH]：讀取暫存器中的內(nèi)容， 讀取過(guò)程將會(huì)從第 0個(gè)字節(jié)開(kāi)始一直讀到第 8個(gè)字節(jié)。 （ 3） 復(fù)制暫存器的內(nèi)容 [48H]： 把暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中，把溫度觸發(fā)器 B的 TH 和 TL 中的內(nèi)容復(fù)制到非易失性?xún)?chǔ)存單元中。 （ 4） 溫度轉(zhuǎn)換命令 [44H]:這條指令用來(lái)開(kāi)啟一次溫度轉(zhuǎn)換 [6]。 DS18B20 的操作時(shí)序 （ 1） DS18B20 初始化時(shí)序 如下圖 23： 圖 23 DS18B20 初始化時(shí) 序 （ 2） 主機(jī) 寫(xiě)時(shí)序 如下 圖 24： 圖 24 主機(jī)寫(xiě) 0寫(xiě) 1時(shí)序 （ 3） 主機(jī) 讀時(shí)序如圖 25： 6 圖 25 主機(jī)讀 0讀 1時(shí)序 編程時(shí)必須嚴(yán)格按照時(shí)序圖，詳細(xì)程序見(jiàn)附錄 1。 運(yùn)算控制模塊 AT89S52 單片機(jī)的主要參數(shù)及性能 本設(shè)計(jì)選用被普及使用的性?xún)r(jià)比很高的微處理器 AT89S52作為系統(tǒng)核心，它是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 它還有 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [7]。 AT89S52 單片機(jī)引腳功能介紹 （ 1） AT89S52 單片機(jī)的引腳分布如 下圖 26： 7 圖 26 AT89S52 單片機(jī)引腳分布圖 （ 2） 單片機(jī)的 P1 附加功能 如 表 24， P3 附加功能如 表 25。 表 23 P1特殊功能 表 24 P3特殊功能 引腳號(hào) 第二功能 T2(外部定時(shí)計(jì)數(shù)器輸入 ),時(shí)鐘輸出 T2EX(定時(shí)計(jì)數(shù)器 T2的 )捕捉重載觸發(fā)信號(hào) MOSI(在線(xiàn)編程系統(tǒng)用 ) MISO(在線(xiàn)編程系統(tǒng)用 ) SCK(在線(xiàn)系統(tǒng)編程用 ) 引腳號(hào) 第二功能 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(xiě)選通 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 8 紅外遙控通信模塊 紅外通信簡(jiǎn)介 紅外線(xiàn)遙控器已被廣泛使用在各種類(lèi)型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多的 便利。紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成 （如圖 27）。 紅外 發(fā)射裝置又可由鍵盤(pán)電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發(fā)射電路組成。紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。通常為了使信號(hào)能更好的被傳輸發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射。常用的有通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（ PWM）和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（ PPM）兩種方法。 圖 27 紅外遙控原理簡(jiǎn)圖 在同一個(gè)遙控電路中通常要使用實(shí)現(xiàn)不同的遙控功能或區(qū)分不同 的機(jī)器類(lèi)型，這樣就要求信號(hào)按一定的編碼傳送，編碼則會(huì)由編碼芯片 和相關(guān) 電路完成。對(duì)應(yīng) 于編碼芯片通常會(huì)有相配對(duì)的解碼芯片或包含解碼模塊的應(yīng)用芯片。 本設(shè)計(jì)使 用 集成 紅外一體化接 收頭 1838，內(nèi)部含有濾波電路和放大電路，大大簡(jiǎn)化了紅外接收電路 [8]。 紅外編解碼原理 （ 1） 載波波形 使用 455KHz 晶體，經(jīng)內(nèi)部分頻電路，信號(hào)被調(diào)制在 ，占空比為 3 分之 1調(diào)制頻率（晶振使用 455KHz時(shí)） fCAR = 1/Tc = fOSC/12 ≈ 38KHzfOSC是晶振頻率占空比 = T1/Tc = 1/3如下圖 28： 圖 28 紅外載波波形 9 （ 2） 紅外發(fā)射 數(shù) 據(jù)格式： 數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶(hù)碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)碼反碼，編碼總占 32 位 如 ：圖 29， 數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼，編碼時(shí)可用于對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)。 圖 29 紅外發(fā)射數(shù)據(jù)格式 本設(shè)計(jì)使用紅外遙控器的主控芯片 TC9012 使用 455KHz 晶振時(shí)各代碼所占的時(shí)間 如 圖 210： 圖 210 紅外發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)序 （ 3） 位定義 用戶(hù)碼或數(shù)據(jù)碼中的每一個(gè)位可以是位 ‘ 1’ ，也可以是位 ‘ 0’ 。區(qū)分 ‘ 0’ 和‘ 1’ 是利 用脈沖的時(shí)間間隔來(lái)區(qū)分，這種編碼方式稱(chēng)為脈沖位置調(diào)制方式，英文簡(jiǎn)寫(xiě) PPM。脈沖波形如 圖 211，圖 212： （ 4） 紅外解碼 紅外解碼的方式多種多樣，本設(shè)計(jì)中用單片機(jī)解碼。將紅外接收頭的輸出端接在單片機(jī)的外部中斷的輸出端，在通過(guò)定時(shí)器算出兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間，然后判斷所得到的是 0 或 1。再將八個(gè)數(shù)字進(jìn)行合并，就得到一組代碼，然后把代碼編碼以完成相應(yīng)的動(dòng)作。 10 圖 211 位 0時(shí)序 圖 212 位 1時(shí)序 顯示模塊 顯示元件介紹 目前常用的顯示元件有液晶和數(shù)碼管。液晶顯示的字符的種類(lèi)較多， 但是顯示的亮度較低，顯 示的數(shù)字較小。數(shù)碼管顯示數(shù)字十分方便，并且亮度較量，適合遠(yuǎn)距離的觀察。 本設(shè)計(jì)采用的是簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示， 所以采用數(shù)碼管顯示，由于顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)較多，采用兩個(gè)四位的共陽(yáng)數(shù)碼管 聯(lián)合 作為基本顯示單元。 數(shù)碼管的引腳分布如 圖 213： e1d2dp3c4g5C36b7C28C19f10a11C012U?Dpy 7x4 CA 圖 213 數(shù)碼管引腳分布 數(shù)碼管顯示方式 數(shù)碼管有兩種顯示方式 ： 靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示電路簡(jiǎn)單， 只可以顯示固定的數(shù)字。動(dòng)態(tài)掃描顯示通過(guò)人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，形成一組數(shù)字，但是電路中為了穩(wěn)定顯示，保證顯示的亮度，節(jié)約單片機(jī)的 IO 口，常采用鎖存器 74HC573作為輔助元件，控制位選和段選。 74HC573 鎖存器 的引腳分布如 圖 213。 11 圖 213 74HC573 引腳分布 其中 D0D7 是數(shù)據(jù)輸入端口 ,Q0Q7 是數(shù)據(jù)輸出端口， OE 是輸出使能端， LE 是鎖存使能端 ， 如 表 24（其中的 H表示高電平， L表示低電平， X 表示無(wú)效， Z表示高阻）。 表 25 74HC573 引腳功能表 報(bào)警模塊 蜂鳴器介紹 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、 復(fù)印機(jī)等 電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 蜂 鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種 類(lèi)型 。 按有無(wú)振蕩源可以分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器。不管是壓電式還是電磁式都有有