【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 延時(shí)電路 （ 2）通過(guò)軟件延時(shí) 再次檢測(cè)方式消除抖動(dòng) 本設(shè)計(jì) 選用軟件延時(shí)的方式消除抖動(dòng) ， 但 無(wú)論是硬件還是軟件都不能完全消除干擾 。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 按鍵抖動(dòng)示意圖 ： 系統(tǒng)通過(guò)按鍵 設(shè)置控制的溫度范圍， 設(shè)計(jì) 兩 個(gè)鍵 K K2，分別連接到 STC 繼電器 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通過(guò)繼電器通斷來(lái) 控制 溫度控制系統(tǒng)的通 。 選用繼電器型號(hào)為SRS12VDCSLC型號(hào)，該繼電器為直流電磁繼電器，觸點(diǎn)類(lèi)型可選為常開(kāi)型、常閉型、以及轉(zhuǎn)換型 。 由于繼電器工作電流較大，直接從單片機(jī)輸出的電流無(wú)法驅(qū)動(dòng)，所以需要經(jīng)過(guò)三極管放大， Q6選用 S8550三極管， 特點(diǎn)是電壓低，輸出電流大，可用于繼電器驅(qū)動(dòng)，圖 ，溫度范圍設(shè)定后，如果溫度超過(guò)最大范圍值，則通過(guò)單片機(jī)程序控制端口輸出電平控制三極管的通斷，從而控制繼電器通斷，達(dá)到控制溫度目的。 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路選擇 系統(tǒng)的顯示 方案 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 液晶屏作為顯示部分 。 工業(yè) 用 LCD1602 可同時(shí)顯示 16列 2 行共計(jì) 32 個(gè)字符，可以用來(lái)顯示數(shù)字字母符號(hào)， 由于點(diǎn)距和行距 不足所以 不 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 能用來(lái)顯示圖形， 片工作電壓： ， 工作電流： （ ） ， 模塊最佳工作電壓： 5V， 字符尺寸： 179。 （ W179。 H） mm， 表 為芯片功能引腳介紹。 圖 1602顯示屏和單片機(jī)的連接電路 ，在 8位數(shù)據(jù)傳輸端口連接 ，起到加大驅(qū)動(dòng)電流的作用，防止連接短路損壞 I/O口。 圖 LCD1602 與單片機(jī)的連接電路 表 模塊的引腳功能 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 I/O 3 VL 液晶顯示 的偏壓符號(hào) 11 D4 I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇器 12 D5 I/O 5 R/W 讀 /寫(xiě)選擇器 13 D6 I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 I/O 7 DO I/O 15 BLA 背光源 的 正極 8 D1 I/O 16 BLK 背光源 的 負(fù)極 控制器 的管腳 接口說(shuō)明： （ 1）基本操作 的 時(shí)序 要求 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 讀狀態(tài)：輸入： RL=L， RW=H， E=H；輸出： D0～ D7=狀態(tài)字 寫(xiě)狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=L， D0～ D7=指令碼， E=高脈沖；輸出：無(wú) 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=H， E=H；輸出： D0～ D7=數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=L， D0～ D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖；輸出：無(wú) （ 2） 程序 狀態(tài)字 每次的讀寫(xiě)操作都需要進(jìn)行讀寫(xiě)監(jiān)測(cè)從而確保 STA7為 0，如表 表 PSW STA7 D7 STA6 D6 STA5 D5 STA4 D4 STA3 D3 STA2 D2 STA1 D1 STA0 D0 STA06 當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值 STA7 讀寫(xiě)操作使能 1:禁止 0：允許 （ 3） RAM地址映射 如圖 圖 RAM 地址映射示意圖 （ 4）顯示模式設(shè)置 如表 表 顯示模式控制設(shè)置 指令碼 功能 00111000 設(shè)置 16*2顯示， 5*7點(diǎn)陣， 8位數(shù)據(jù)接口 （ 5）顯示開(kāi) /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置 如圖 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 圖 顯示開(kāi) /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置指令 溫度采集電路設(shè)計(jì) 方案確定 方案一： 采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn) 是 測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。然后經(jīng)過(guò)濾波和放大電路 處理 得到模擬量的電壓信號(hào)。最后采用 AD0809 將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過(guò)單片機(jī)中斷功能采集入單片機(jī)。 溫度采集放大電路如圖 所示。 溫度采集原理 如圖 所示為溫度信號(hào)調(diào)理電路，由 4 部分組成：穩(wěn)壓電路，帶 Pt100 的反相放大電路，求和電路和同相放大電路。電路的溫度傳感器選用 Pt100，為消除其引線(xiàn)對(duì)測(cè)量精度的影響而采用三線(xiàn)制結(jié)構(gòu)， A 點(diǎn)電位為 5V, Pt100 放在運(yùn)算放大器的反饋回路中，若引線(xiàn)電阻為 R,當(dāng) 5R = 6R 3R . RRR ??? 32 時(shí)， 則有： AB VRRR RRV .32 3 ?? ?? （ ） AtC VRRR RRV ?? ??? 32 （ ） )(58 CBD VVRRV ??? （ ） DE VR RRV 10 1110 ?? （ ）由公式 到 可得到： AtCBE VRR RRRRRRVVRRRRV ).)(1())(1( 32 3101158101158 ???????? （ ） 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖 中的 LM363 和電容 C11 起穩(wěn)壓作用，它使得 A 點(diǎn)的電壓恒定在 5V，OP07 為 8 管腳的高精度運(yùn)放，具有極低的輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長(zhǎng)期穩(wěn)定的特點(diǎn)，故采用它作為運(yùn)放。電阻的取值如下：由公式推導(dǎo)可知， 3R =100 ? ；取 KR 109 ? , KRR 10065 ?? ， KR 11? 。 Pt100 的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。 PT 后的 100 即表示它在 0℃ 時(shí)阻值為 100 歐姆， 由 Pt100 得特性表可得：在 500℃ 時(shí)，其電阻為 ? ，根據(jù)上述推導(dǎo)公式可得 KRKR 90, 118 ?? 。 該電路即可以克服直流橋電路具有非線(xiàn)性的缺點(diǎn)，又可以消除由于 Pt100 引線(xiàn)電阻變化時(shí)的影響。取 3R =100 ? ，可保證 T=0℃ 時(shí) EV =0V，選擇不同的電阻值可使 EV 在 0~5V 之間。 圖 溫度采集與放大電路 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 方案二：采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器， DS18B20 產(chǎn)自 DALLAS 公司， DS18B20 主要特征： 178。全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出， 178。先進(jìn)的單總線(xiàn)數(shù)據(jù)通信， 178。最高 12 位分辨率，精度可達(dá)177。 攝氏度， 178?？蛇x擇寄生工作方式， 178。檢測(cè)溫度范圍為 55℃ ~125℃， 178。內(nèi)置 EEPROM，限溫報(bào)警功能， 178。 64 位光刻 ROM， 178。 內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)， 可以連接多個(gè)傳感器一起工作 ， 178。多樣封裝模式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 圖 為芯片封裝圖 圖 18B20 封裝圖 DS18B20 芯片引腳功能： 178。 GND 電源地 178。 DQ 單數(shù)據(jù)總線(xiàn) 178。 VDD 電源電壓 DS18B20 測(cè)溫原理簡(jiǎn)述：以高精度溫度振蕩器來(lái)確定 計(jì)數(shù)周期 ，對(duì)低系數(shù)溫度振蕩器在該周期內(nèi)計(jì)數(shù)累加來(lái)獲得溫度數(shù)值，計(jì)數(shù)器 初始值 預(yù)置為 55℃，門(mén)周期結(jié)束之前計(jì)數(shù)器處在零位置，則溫度計(jì)數(shù)器數(shù)值變大，表示此時(shí)的溫度比預(yù)置的初始溫度 55℃大，此時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位到斜坡累加電路決定的數(shù)值，斜坡累加電路 用來(lái) 補(bǔ)償晶振拋物特性引起的誤差，接著重復(fù)執(zhí)行 該過(guò)程。 期望獲得的分辨率較高，需要調(diào)整一度溫度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，通過(guò)給定溫度計(jì)數(shù)值和每一度溫度對(duì)應(yīng)數(shù)值可以知道傳感器的分辨率，通常 DS18B20 傳感器以 ℃作為分辨單位數(shù)值，可測(cè)溫度范圍為 55℃ ~125℃ 。 九位制中最高位為溫度數(shù)值的符 號(hào)位，被存放在最高位MSB 當(dāng)中，如果最高位 MSB 中的數(shù)值為“ 1”則表示所測(cè)得的溫度數(shù)值是負(fù)值，如果最高位 MSB 中的數(shù)值是“ 0”則表示測(cè)得的溫度為正值。 圖 為 DS18B20 內(nèi)部功能模塊框圖 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 示為 設(shè)計(jì)的 測(cè)溫電路 。 圖 測(cè)溫電路設(shè)計(jì)圖 單片機(jī)通過(guò) 口采集溫度信號(hào)并控制 DS18B20 溫度傳感器的信號(hào)采集和傳輸頻率，使之與 1602 液晶顯示時(shí)序相匹配。 由于溫度傳感器沒(méi)有內(nèi)置電源，所以無(wú)法輸出高電平，故 DQ 端需要通過(guò)一個(gè)上拉 10K 上拉電阻連接到電源，從而獲得高電平。 比較方案一 和 方案二， 本設(shè)計(jì)常用于室內(nèi)環(huán)境，溫度要求精度不是很?chē)?yán)格，環(huán)境溫度 ，方案一整體造價(jià)太高，所以方案二更適合本設(shè)計(jì)。 溫度控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 安全是電力設(shè)備操作控制中需要考慮的重要因素，很多用電設(shè)備都具有高電壓、強(qiáng)電流的特點(diǎn)。電路設(shè)計(jì)不合理，或人員操作不規(guī)范 很容易引發(fā)觸電事故，以低電壓作為控制電路來(lái)控制高電壓，通常使用繼電器、可控硅等來(lái)控制，獲得良好電隔離 。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 本設(shè)計(jì)中加熱設(shè)備使用 220V 市電，對(duì)人體有威脅，用繼電器來(lái)控制，繼電器線(xiàn)圈電壓為直流 5V，觸頭可耐交流 250V、 10A。 控制電路如圖 ，所選繼電器為 松樂(lè) 4100 SRSDC5VSLC 3A 繼電器 ， S8550 三極管特點(diǎn)是低電壓，大電流， 適合用來(lái)驅(qū)動(dòng)控制繼電器。 圖 熱控制電路 設(shè)計(jì)解讀：反向二極管 用 來(lái)吸收線(xiàn)圈斷電產(chǎn)生電流，防止繼電器燒毀，并聯(lián)一個(gè)與 560 歐串聯(lián)的發(fā)光二極管，便于觀察繼電器通斷 。 懸空端連單片機(jī) ，通過(guò) 高低電平變化，控制 S8550 三極管 通斷來(lái)控制繼電器，由繼電器來(lái)完成 加熱電路 控制。 端口為高電平，三極管關(guān)斷，繼電器不動(dòng)作，二極管熄滅，加熱繼續(xù)保持工作， 為低電平 ，此時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器斷開(kāi) ，二極管發(fā)光， 加熱器停止工作，停止加熱。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 系統(tǒng)總電路圖 圖 系統(tǒng)總電路圖 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 組合功能模塊焊接實(shí)物圖 圖 焊接實(shí)物的正面圖 圖 焊接實(shí)物的反面圖 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 第 3 章系統(tǒng)軟件編寫(xiě)及使用 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案流程圖 否 是 圖 總體設(shè)計(jì)方案流程圖 DS18B20 時(shí)序流程圖 DS18B20 操作 包括：初始化； ROM 操作指令；存儲(chǔ)器操作指令；數(shù)據(jù)處理。 單總線(xiàn)上的所有處理操作均從初始化開(kāi)始。 操作指令 開(kāi)始 初始化單片機(jī) 顯示模塊初始化 DS18B20 初始化 檢測(cè)鍵盤(pán)動(dòng)作 采集溫度信號(hào) LCD1602 顯示溫度 和設(shè)定值比較 max 繼電器動(dòng)作，停止加熱 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 先檢測(cè) DS18B20 是否存在，如果存在，便可以通過(guò)發(fā)送 ROM 操作指令來(lái)工作 Read ROM（讀 ROM） [33H]； Match ROM(匹配 ROM)[55H]； Skip ROM(跳過(guò)ROM)[CCH]； Search ROM（搜索 ROM） [F0H]。Alarm search(告警搜索 )[ECH] Write Scatchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器 )[4EH]； Read Scatchpad(讀暫存存儲(chǔ)器 )[BEH]。 Copy Scatchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器 )[48H]； Convert Temperature(溫度變換 )[44H]；Recall EPROM(重新調(diào)出 )； Read Power supply(讀電源 )[B4H] 初始化 時(shí)序圖如圖 ，通過(guò)主機(jī)總線(xiàn)在 t0 時(shí)刻發(fā)送一個(gè)持續(xù)一定時(shí)間間隔的低電平復(fù)位脈沖，最短持續(xù)時(shí)間為 480us，接著在 t1 時(shí)刻釋放總線(xiàn)并且進(jìn)入接收狀態(tài)，在溫度傳感器 DS18B20 檢測(cè)到總線(xiàn)上升沿時(shí)，需要等待 1560us，接著在 t2 時(shí)刻發(fā)出表示溫度傳感器存在的脈沖，該脈沖為低電平，其持續(xù)時(shí)間為 60240us，如圖虛線(xiàn)所示 圖 DS18B20 初始化時(shí)序 由初始化時(shí)序得到初始化流程圖 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 圖 初始化流程圖 DS18B