【文章內容簡介】 可知，由于本課題需要測量顯示的數據較多，并且需要根 據特定要求進行人機交互設置操作，因此選擇方案二中的 LCD1602 作為主機模塊的液晶顯示模塊可以達到很好的顯示效果，且價格低廉。 溫度測量 方案一：使用熱敏電阻作為感溫器件。由于熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。熱敏電阻具有靈敏度高，工作溫度范圍寬，體質小使用方便等特點。但是由于熱敏電阻的線性度極差，因此用來測量溫度的精度就相應的降低了。 方案二：使用 DS18B20 數字測溫傳感器作為測溫器件。單總線數字溫度傳感 器DS18B20 只有一根數據線，系統(tǒng)中的數據交換，控制都由這根線完成。單總線具有經濟 10 第 10 頁 共 54 頁 性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡。 DS18B20 還具有測量溫度范圍寬，精度高，體積小，成本低，使用方便等特點。 根據以上所述可知，選用 DS18B20 數字測溫傳感器作為測溫器件具有眾多的優(yōu)點。因此本課題選用 DS18B20 作為測溫器件。 4 系統(tǒng)電路的設計及原理說明 電路系統(tǒng)說明 硬件電路主要有兩大部分組成：模擬部分和數字部分；從功能模塊上來分有：主機電路、 數據采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調一致的進行工作。完成對被測物體的溫度控制。硬件結構框圖如圖 41所示。 圖 41 硬件結構框圖 電路設計說明 主機選用 INTEL 公司的 MCS51 系列單片機 89C51 來實現，利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的 89C51芯片時時鐘可達 12MHZ，運算速度快，控制功能完善。其內部具有 128 字節(jié) RAM，而且內部含有 4KB 的 EPROM 不需要外擴展存儲器，也有數據通信接口，通過 TXD、 RXD 與 PC機連接，可以進行人機操作，使得操作更加簡單、方便。具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷，可以對溫度檢測進行實時處理和分時操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準確、延時性更小，同時也可使系統(tǒng)整體結構更為簡單實用 [1]。 [1] 實用電子電路手冊 [J]．高等教育出版社． 1992 年 10 月 11 第 11 頁 共 54 頁 單片機電路 （?。﹩纹瑱C最小系統(tǒng)原理圖，如圖 42 所示： 圖 42 單片機最小系統(tǒng)原理圖 （ 2）單片機電路說明 單片機最小 系統(tǒng)原理圖如圖 。單片機最小系統(tǒng)是單片機運行的最基本條件，其中包含有單片機復位電路和晶振電路。晶振電路選用的晶振頻率是 ，因為系統(tǒng)電路需要進行串口通信，選用 的晶振在串口通信中產生波特率的誤差為零，因此適合進行串口通信。復位電路具有上電復位和手動復位兩種功能，上電復位是系統(tǒng)啟動是進行的復位，手動復位是系統(tǒng)運行過程因為某種原因需要進行復位時使用。 供電系統(tǒng)電路 （ 1）電源電路原理圖 圖 43 電源電路原理圖 （ 2）電源電路說明 在本系統(tǒng)中提 供了兩種供電方式，方便系統(tǒng)在不同的環(huán)境中使用。供電系統(tǒng)原理圖如圖 43所示。其中一種供電方式為外部電源供電方式，一種為電源線供電方式。外部 12 第 12 頁 共 54 頁 電源供電在電路設計中通過插針引出兩個引腳負責外接其他電源，而電源要求供電必須在 5V，因為此時接入的電路并沒有相應的保護電路。電源線電源供電使用了三端穩(wěn)壓芯片 7805 進行穩(wěn)壓后再輸入到系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的工作電壓穩(wěn)定在 5V 左右。因為穩(wěn)壓芯片 7805 的輸入極限值最大為 36V。因此，按照理論值通過外部電源供電時，可輸入引腳最大電壓為 36V。因為單片機的工作電壓是 至 ，因此輸入小于 時單片機一樣能工作，只要 7805 芯片的輸出電壓在 至 5V 之間，單片機均可正常工作。另外需要說明的是電源線接口不具備數據傳輸功能，只是單純的供電輸入。 顯示模塊電路 （ 1） 顯示模塊電路原理圖 圖 44 1602 液晶顯示電路原理圖 （ 2） 顯示模塊電路說明 本課題主要使用 1602 液晶屏進行采集數據的顯示，電路原理圖如圖 44 所示，根據 1602 液晶屏的特征，本系統(tǒng)中采用并行數據傳輸方式。因此， LCD1602 的引腳 7 到引腳 14直接接到單片機的 P0 口用于并行數據傳輸， 電位器用于液晶屏對比度的設置。管腳 1 16 為電源供電接入。 時鐘電路 （ 1） 時鐘電路原理圖 圖 45 時鐘電路原理圖 （ 2） 時鐘電路說明 實時時鐘模塊主要用于實時時間顯示以及測量數據時間的記錄。電路原理圖如圖45 所示。根據 51 系列單片機的芯片說明，在單片機 XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接上一個 13 第 13 頁 共 54 頁 晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機片內的電路構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為 0~24MHz，常用的晶振頻率有 6MHz、 12 MHz、 MHz、 24 MHz 等。一些新型的單片機還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用 20~30pF 的瓷片電容。而本設計采用 12MHZ 晶振和 30PF 的電路。 復位電路 （ 1） 復位電路原理圖 圖 46 復位電路原理圖 （ 2） 復位電路說明 單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容 C1 的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用 10~30uF， 51 單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間越短。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是運行過程中發(fā)生故障都需要復位。復位電路 用于將單片機內部各電路的狀態(tài)恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位條件：必須使其 RST 引腳上持續(xù)出現兩個（或以上）機器周期的高電平。 按鍵復位電路中，當按鍵沒有按下時，電路同上電復位電路。如在單片機運行過程中，按下 RESET 鍵，已經充好電的電容會快速通過 200Ω電阻的回路放電，從而使得 RST引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平會維持到按鍵釋放，從而滿足單片機復位的條件實現按鍵復位。 按鍵電路 （ 1） 按鍵電路原理圖 圖 47 按鍵電路原理圖 （ 2）按鍵電路說明 鍵盤電 路設計是用四個控制鍵盤組成，它具有單片機最簡單的輸入設備通過鍵盤輸入數據或命令，實現簡單的人機對話，本設計由于單片機 I/O 口資源豐富，故采用獨立 14 第 14 頁 共 54 頁 鍵盤的形式，而不需要采用矩陣鍵盤，使用矩陣鍵盤能大量的節(jié)約單片機的 I/O 資源，方便快捷獨立鍵盤雖然占用了 I/O 資源，但是運用靈活，很適用鍵盤少的電路。如表 41為鍵盤功能表。 表 41 按鍵 鍵名 功能 KEY1 選定修改鍵 可選定將要修改的溫度限數值 KEY2 調控鍵 加 1 KEY3 調控鍵 減 1 KEY4 通道選擇鍵 可以選擇工作的通道 按鍵電路中的 按鍵分別與 、 、 、 口連接，用于實現信號的輸入，單片機在初始化各管腳都是出于高電平狀態(tài)，當有按鍵按下的時候，則對應管腳的電平將被拉低，從而我們只需要在單片機程序中，對鍵盤進行掃描，當掃描檢測到低電平時，則說明該按鍵被按下，然后執(zhí)行相應的指令，這樣就可以實現對單片機的輸入控制。 當 KEY1 按鍵被按下時，則只選擇通道一的溫控系統(tǒng)工作；而再按下一次按鍵，則只選擇通道二正常工作，通道一停止工作；再接著按下一次按鍵，又回到初始化狀態(tài)，兩路溫控系統(tǒng)都正常工作。 當 KEY4 按下時，首先 選中的是通道一的下限溫度值；再按下一次按鍵，則選中通道一的上限溫度值；接著再按下一下按鍵，則選擇通道二的下限溫度值，再按下一次，則選擇了通道二的上限溫度值；最后按下一次，則回復到不選定任何數值。此時調控按鍵不能對溫度限的值進行修改。 在 KEY4 選擇了將要修改的溫度值，按下 KEY2，則選中的溫度值將進行加 1處理，若按下 KEY3，則選中的溫度值將進行減 1 處理。 KEY4 沒有選中要修改的溫度值時，按鍵 KEY2 和 KEY3 都不進行工作。 報警電路 （ 1） 報警電路原理圖 圖 48 報警電路原理圖 15 第 15 頁 共 54 頁 （ 2） 報警電路說明 本課題采用的報警電路主要分為兩個部分：一個部分是使用三極管作為開關作用，用于驅動蜂鳴器報警；第二不是是 LED 報警指示燈。設計中采用 PNP 三級管作為驅動電路的組成，其發(fā)射極接上高電平，集電極對接上蜂鳴器的正極，通過對基極電流和電壓的輸出，來控制三級管的截止、放大、飽和狀態(tài)。當其處于飽和狀態(tài)的瞬間，將驅動蜂鳴器報警，集電極輸出一個高電平給蜂鳴器。此時對應的 LED1 和 LED2 分別為兩路溫控系統(tǒng)的報警指示燈。當蜂鳴器響時，相應的報警指示燈將會根據程序的要求進行閃爍，從而達到報警的狀態(tài)。三極管的 基極上接有個 1K 的偏置電阻，用以提供相應的偏置電壓，控制三極管的工作狀態(tài)。單片機的 管腳接的是三級管的基極。 、 分別接的是兩路溫控通道的 LED1 和 LED2 報警指示燈。 控制電路 （ 1） 控制電路說明 本設計主要的控制電路比較簡單，主要是通過對單片機的 、 、 、 管腳的控制，分別輸出相應的控制信號，從而控制外接電路，外接電路的導通與否完全取決于是否有相應的控制信號輸出，達到一個對控制對象的工作與否的控制，簡單的說單片機的管腳的輸出信號是一個開關信號，這 個開關決定了被控制對象的工作狀態(tài)。而為了更方便多樣的控制不同的溫控對象，設計上只是簡單的使用插針引出了控制線，這樣就可以針對不同的控制對象進行連接。 在此基礎上，考慮到大部分的外接模塊為大功率用電器，因而需要用到繼電器作為開關，實現用單片機的輸出控制信號控制繼電器，從而控制大功率用電器的工作狀態(tài)。由于溫度是個不好實現的量，為了說明自動控制，本設計主要采用一種模擬狀態(tài)，說明實現的自動控制功能。 保護電路 （ 1） 保護電路原理圖 圖 49 穩(wěn)壓電路原理圖 （ 2） 保護電路說明 在通常的電路設計中 ，由于在不同的環(huán)境下，我們獲取的電源是不一樣，而系統(tǒng)的芯片等對電壓的穩(wěn)定性提出了較高的要求，如果不能有一個溫度的供電環(huán)境，不僅影響電路的正常工作，還影響其使用的壽。所以本設計的穩(wěn)壓電路主要采用了 78L05 穩(wěn)壓管作為穩(wěn)壓電路，它可以是電路的輸出電壓穩(wěn)定在 5V，這樣剛好滿足單片機電路對電源電 16 第 16 頁 共 54 頁 壓的要求， 78L05 的管腳主要由三個，如圖 49所示，從左往右分別為 3管腳， 1管腳接的是輸入的高電平， 2 管腳接系統(tǒng)的地電路， 3 管腳為輸出電路，其輸出的電源電壓將溫度的控制的 5V。當輸入電壓高于 5V 時，這部分熱量將通過 78L05 散熱的方式，三方出去。而當電壓低于 5V時，則系統(tǒng)將會不能正常工作。 5 關鍵元器件介紹 STC89C51 單片機 單片機主要功能 （ 1） 8 位 CPU4kbytes 程序存