【文章內(nèi)容簡介】 ：報(bào)警電路也是由單片機(jī)的I/O控制，當(dāng)實(shí)際溫度不在設(shè)定的范圍單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的指令，進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，提示溫度超過或低于設(shè)定的溫度，以便及時(shí)作出處理。 報(bào)警電路圖 串行通信接口電路目前，廣泛使用的串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)有一，一與一三種。其中一是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最為常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊。串行通信接口的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化。來自的是普通的并行數(shù)據(jù)，接口電路應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。具體任務(wù)是：1. 進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換；2. 控制數(shù)據(jù)傳輸速率；3. 進(jìn)行錯(cuò)誤檢測；4. 進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換；5. 提供一一接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號線。由于電平和TTL電平不匹配，因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和機(jī)之間的通信，必須在它們之間加接電平轉(zhuǎn)換器。電平轉(zhuǎn)換器有232電平轉(zhuǎn)換和485電平轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)采用232電平轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用公司的一接口芯，這是一種標(biāo)準(zhǔn)的一接口芯片。只需巧電源供電，其內(nèi)部的電源變化成士電源用于通信。該芯片集成有兩路收發(fā)器，可將單片機(jī)輸入的電平轉(zhuǎn)換為電平發(fā)送給從機(jī)，或?qū)臋C(jī)接收的電平轉(zhuǎn)換為電平發(fā)送給單片機(jī)。通過這樣的電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的通信，本設(shè)計(jì)的MAX232為雙列直插16腳封裝。系統(tǒng)串口通信電路如下圖所示。 串行通信接口電路 電源電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)所用直流電源由三端集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。設(shè)計(jì)中選用了雙12V的電源電壓變壓器和四個(gè)三端集成穩(wěn)壓器，分別提供+5V、+8V和一5V、8V直流電壓，輸出電流均為1A。LM780LM7808和LM790LM7908的連接方法都一樣。變壓器將的市電降壓后再通過整流橋整流之后采用了大容量的電解電容進(jìn)行濾波，以減小輸出電壓紋波。由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，對于來自電源側(cè)的高頻干擾不能抑制，導(dǎo)致電流紋波很大，因此在整流電路后加入高頻電容改善紋波效果。給各器件提供電源，使其更好的工作。同時(shí)還采用了保護(hù)電路，在正、負(fù)電源兩端分別串聯(lián)了保險(xiǎn)管起雙重保險(xiǎn)，當(dāng)負(fù)載功率過大保險(xiǎn)絲就會(huì)熔斷，三端集成穩(wěn)壓管的輸入、輸出反接了二極管保護(hù)，避免反向電流過大擊穿穩(wěn)壓管，起到了很好的保護(hù)作用，電源電路如圖217和218所示。 溫度報(bào)警系統(tǒng)電路主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路以及掉電保護(hù)電路。各個(gè)模塊電路通過主機(jī)電路控制，協(xié)調(diào)一致的進(jìn)行工作。完成對被測物體的溫度控制。 溫度報(bào)警電路第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測控系統(tǒng)中，軟件與硬件同樣重要。硬件是系統(tǒng)的軀體，軟件則是靈魂，當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠軟件來實(shí)現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測控系統(tǒng)的性能。為了滿足系統(tǒng)的要求，編制軟件時(shí)一般要符合以下基本要求：（1）易理解性、易維護(hù)性 在軟件的設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是最好的一種設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個(gè)子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)；（2）實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。近年來，由于硬件的集成度與運(yùn)算速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性比較容易滿足設(shè)計(jì)要求；（3）準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性對整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的運(yùn)算，算法的正確性和準(zhǔn)確性對結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計(jì)算的精度等方面都要符合設(shè)計(jì)的要求。（4）可靠性可靠性是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作為能夠穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。 結(jié)合上述編制系統(tǒng)軟件的基本要求，首先討論軟件的設(shè)計(jì)思想。 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、 軟件模塊由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對比較龐大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)。即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù)據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，其中最重要的是數(shù)字濾波程序控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的運(yùn)輸出控制量。下面就介紹本系統(tǒng)幾個(gè)主要的程序模塊。主程序模塊要做的主要工作是上電后對系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對單片機(jī)的初始化、芯片初始化和串口初始化等。然后顯示當(dāng)前溫度或者溫度設(shè)定，若溫度已經(jīng)設(shè)定好了，判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵是否按下，若系統(tǒng)運(yùn)行，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序要協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作，要把溫度采集、溫度設(shè)置、溫度顯示、鍵盤掃描輸入、中斷處理等各個(gè)模塊的子程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，避免混亂打架的現(xiàn)象，要使得溫度控制各個(gè)模塊正常的工作。主程序在整個(gè)程序中起著至關(guān)重要的作用，是各個(gè)子程序聯(lián)系的樞紐。在附錄中給出了系統(tǒng)初始化源程序。 主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號的采集以及將采集到的溫度模擬量信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量信號提供給單片機(jī)。單片機(jī)再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)采集主要通過DS18b20溫度傳感器采集被測物體的溫度。因?yàn)閿?shù)字溫度傳感器DS18B20能將外界的溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，直接送入單片機(jī)處理就行了，就不用在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化器將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，這樣就方便了很多而且抗干擾能力強(qiáng)。軟件程序也簡化了很多，數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程：數(shù)據(jù)采集的程序初始化即DS18b20的程序初始化→采集溫度→等待溫度轉(zhuǎn)換→讀取溫度送給單機(jī)處理，： 溫度采集流程圖 中斷處理軟件設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由中斷處理子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序等部分組成。中斷系統(tǒng)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中占有非常重要的角色，其中前后臺(tái)的應(yīng)用最為實(shí)用，中斷系統(tǒng)能幫助我們及時(shí)處理重要事務(wù)，出現(xiàn)故障能進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，中斷還能夠節(jié)約大量的CPU資源，就比如查詢方式來說中斷查詢方式要比軟件查詢方式要來得方便，可靠且節(jié)約內(nèi)存等，中斷系統(tǒng)對單片機(jī)來說是占有不可或缺的地位，限于篇幅，只介紹中斷處理子程序。外部中斷INT0是優(yōu)先級最高，優(yōu)先級高于其他的四個(gè)中斷，外部中斷0響應(yīng)用于退出溫度設(shè)置界面，恢復(fù)到當(dāng)前溫度采集界面，進(jìn)行溫度采集、顯示以及判斷是否越限并是否輸出報(bào)警等功能，其流程：開始→程序初始化→等待中斷→跳出溫度設(shè)置界面→執(zhí)行相應(yīng)的程序。： 外部中斷INT0中斷程序流程圖 本系統(tǒng)中，在軟件方面的抗干擾措施主要從以下兩個(gè)個(gè)方面來考慮（1）按鍵的軟件消抖按鍵是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)鍵按下時(shí)，開關(guān)閉合。當(dāng)鍵松開時(shí)，開關(guān)斷開。其特點(diǎn)之一就是它的抖動(dòng)性，這是由按鍵的機(jī)械特性所決定的，抖動(dòng)的時(shí)間一般約為10ms一20ms。對于按鍵消抖的具體措施目前有兩種:一是用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，即用濾波電路濾除抖動(dòng)或用觸發(fā)器消除抖動(dòng)。另一種是用軟件延時(shí)的方法來解決，即利用軟件的延時(shí)避開按鍵的按下與抬起時(shí)都有的抖動(dòng)期，從而避免檢測到干擾信號。本文采用的就是軟件延時(shí)消抖的方法。附錄中給出了延時(shí)程序的源程序，同時(shí)延時(shí)程序還作為通用功能模塊被其他模塊調(diào)用。（2）濾波消抖數(shù)字濾波是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算而轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字序列的方法，采用軟件濾波算法不需要增加硬件設(shè)備，可靠性高，功能多樣，使用靈活，但是要占用一定的處理器運(yùn)行時(shí)間。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了數(shù)字濾波的軟件抗干擾措施，所采用的數(shù)字濾波算法是去極值平均濾波法。程序判斷濾波法首先要從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，定出一個(gè)目標(biāo)參數(shù)最大可能的變化范圍。每次采樣后都和上次的有效采樣值進(jìn)行比較，如果變化幅度不超過經(jīng)驗(yàn)值，本次采樣有效，否則，本次采樣值應(yīng)視為干擾而放棄，以上次采樣值為準(zhǔn)。該算法適用于變化緩慢的物理參數(shù)的采樣過程。算術(shù)平均濾波法是對目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)采樣，然后求其算術(shù)平均值作為有效采樣值。該算法適用于抑制隨機(jī)千擾。采樣次數(shù)越大，平滑效果越好，但系統(tǒng)的靈敏度要下降。算術(shù)平均濾波不能將明顯的脈沖干擾消除，只是將其影響削弱，因此本設(shè)計(jì)不采用此方法。 顯示軟件設(shè)計(jì)采用技術(shù)成熟，價(jià)格便宜的 1602 液晶顯示器做為輸出顯示。顯示設(shè)定的溫度范圍和被測物體的當(dāng)前溫度，本次設(shè)計(jì)使用的 1602 液晶顯示器為 5V 電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光可調(diào)，可顯示兩行字符，每行16個(gè)字符，不能顯示漢字，內(nèi)置 128 個(gè)字符的 ASCII 字符集字庫，也可以自定義字符，只有并行接口，無串行接口。液晶顯示方便、靈活。其流程：開始→液晶顯示初始化→檢測忙碌信號→寫入顯示RAM地址→寫入顯示的數(shù)據(jù)→顯示在液晶上→結(jié)束，： 液晶顯示程序流程圖 報(bào)警的軟件設(shè)計(jì)本文中所設(shè)計(jì)的報(bào)警電路較為簡單，由一個(gè)自我震蕩型的蜂鳴器（只要在蜂鳴器兩端加上超過3V的電壓，蜂鳴器就會(huì)叫個(gè)不停）和一個(gè)發(fā)光二極管組成。在這次設(shè)計(jì)中蜂鳴器是通過三極管電流放大IC來控制。在我們所要求的溫度達(dá)到一定的上界或者下界時(shí)，報(bào)警電路開始工作。程序流程：開始→判斷當(dāng)前溫度是否越限→發(fā)出報(bào)警，程序主要函數(shù)見附錄。 報(bào)警程序流程圖 溫度部分軟件設(shè)計(jì) DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。故主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。每次訪問單總線器件必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令序列如果出現(xiàn)序列混亂則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)但是這個(gè)準(zhǔn)則對于搜索ROM命令和報(bào)警搜索命令例外在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后主機(jī)不能執(zhí)行其后的功能命令必須返回至第一步，復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。程序主要函數(shù)見附錄。 獲取被測物體的溫度主要依靠DS18b20數(shù)字溫度傳感器，獲取的數(shù)字溫度信號直接送給單片機(jī)處理，就可以獲得當(dāng)前溫度，因?yàn)镈S18b20是依靠單總線傳輸數(shù)字溫度信息，所以要遵守嚴(yán)格的單總線協(xié)議，其流程為：開始→程序初始化→等待應(yīng)答脈沖→發(fā)送ROM操作指令→延時(shí)、等待溫度轉(zhuǎn)化→延時(shí)、讀取溫度→結(jié)束。： 溫度獲取程序流程圖第4章 調(diào)試和仿真 系統(tǒng)的調(diào)試硬件電路調(diào)試，先用proteus仿真之后，在去買好元器件清單，焊接電路。焊接要特別小心，要仔細(xì)的對照電路圖，既不能使電路短路也不能是電路開路，保持電路的暢通，并在相應(yīng)的位置裝上發(fā)光二級管提示電路通電，可以減輕硬件電路的調(diào)試?yán)щy，還有芯片的焊接要根據(jù)芯片資料了解管腳的功能去焊接，不然很容易燒壞芯片，如過芯片的工作不正常先觀察芯片管腳有無接觸，或者芯片的使能是不是根據(jù)相應(yīng)的要求接的，在用萬用表去測試電源管腳是否通電，通電后在去測相應(yīng)的管腳是否輸出相應(yīng)的電平，如果沒有就是芯片有問題，如果相應(yīng)位置的二極管沒有點(diǎn)亮，先觀察二級管有沒接反，如果沒接反就用萬用表去測看是否有電壓，如果沒有電壓說明沒通電，如果有電壓說明二極管壞了，當(dāng)然也要根據(jù)軟件結(jié)合，測試數(shù)碼管給以程序，8段數(shù)碼管一段一段的觀察，看是否管腳接錯(cuò)，如果斷碼接錯(cuò)了等顯示數(shù)據(jù)就會(huì)錯(cuò)亂。 系統(tǒng)軟件程序調(diào)試，程序調(diào)試先在KEIL軟件里寫好各模塊程序，在一個(gè)個(gè)子程序調(diào)試，結(jié)合proteus仿真成功后，再將所有的程序拼在一起調(diào)試，軟件調(diào)試注意的主要是定時(shí)中的的初始化，算好中斷時(shí)間，還有按鍵程序，看是否讀取得到相應(yīng)的電平，其他的就沒沒什么了吧。 溫度報(bào)警系統(tǒng)的仿真在正常的溫度中工作，綠燈亮，電機(jī)不工作,如下圖所示： 在正常溫度范圍內(nèi)工作的仿真圖在高于40℃的環(huán)境工作，紅燈亮，同時(shí)相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 在高溫環(huán)境中工作的仿真圖在低于10℃的環(huán)境工作，黃燈亮，同時(shí)相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 在低溫環(huán)境中工作的仿真圖設(shè)置工作溫度的下限 設(shè)置工作溫下限的仿真圖設(shè)置工作溫度的上限 設(shè)置工作溫上限的仿真圖第5章 總結(jié)社會(huì)是不斷變化的、發(fā)展的，眼下社會(huì)發(fā)展迅速，對人才的要求越來越高，