【文章內容簡介】 器三個主要部件組成。只需要一個引腳DQ就可和處理器實現數據的發(fā)送或接收。其引腳少、接口簡單、無需外接元件，測量溫度的精度比較高。多用于基于單片機的溫度監(jiān)控系統(tǒng)中。 DS18B2的特點DS18B20的核心芯片是一個數字式溫度傳感器，該芯片的分辨率可以設置為9位、10位、11位、12位。傳感器上電后默認設置是12位的，℃。 DS18B20在不同分辨率下的溫度變化量分辨率9位10位11位12位溫度變化量℃℃℃℃ DS18B20接到溫度轉換命令后，開始采樣溫度并把溫度結果在內部進行A/D轉換，轉換后的數據暫存在溫度寄存器中。DS18B20采用TQ92封裝，體積小，占用空間小。 其引腳功能如下：VDD：外部電源引腳。DQ ：1Wire總線數據輸入/輸出引腳。GND：接地引腳。 DS18B20引腳排列及封裝 溫度采樣電路 。 溫度采樣電路圖 采用外部供電方式，VCC腳接5V電源，DQ數據線與單片機的P1^7腳相連。系統(tǒng)工作后，DS18B20采樣溫度并把結果進行A/D轉換，經過A/D轉換后，把溫度數據送入兩個溫度寄存器單元，單片機通過1Wire總線接收溫度數據。 驅動控制電路設計 自動控制系統(tǒng)設計中常用到繼電器作為開關，繼電器一般由鐵芯、簧片和線圈等組成，當繼電器兩端加上電壓通電時。由于電磁效應而產生磁場力吸引銜鐵，銜鐵克服簧片的拉力而和鐵芯閉合。當線圈電流斷開時，磁場力消失，在簧片拉力作用下銜鐵和鐵芯斷開。繼電器線圈工作電壓一般是直流9V、12V、24V等，輸出部分可以直接接220V交流電。是一個典型的小電流控制大電流運作的開關。在電路中有隔離機械碰撞、保護敏感器件、轉換電壓和自動開關調節(jié)等作用。 以上繼電器一般都采用電磁吸合的方式，在開關閉合的瞬間會產生火花。從而對單片機引起干擾。所以在實際應用中固態(tài)繼電器逐漸替代電磁式繼電器了。固態(tài)繼電器用可控硅或晶體管替代了普通繼電器的開關，它的輸入部分實際上是一個光電隔離器。繼電器具有體積小、開關速度快、輸入控制電流小等優(yōu)點?？照{是大功率電機，它產生的電磁干擾信號會影響其他器件的正常工作，為了避免單片機誤動或者損壞，在空調的單片機和執(zhí)行器的接口電路中需要用到繼電器來隔離保護系統(tǒng)正常工作。本次設計采用了簧片繼電器作為驅動控制電路的開關，用三極管放大控制電流。 驅動控制電路圖 顯示電路設計本系統(tǒng)顯示模塊采用LCM1602液晶顯示器，LCM1602是一種專門用來顯示數字、字母和一些常用符號的點陣型顯示器，可以顯示16*2字符數字。 LCM1602顯示器采用作為HD44780控制器，它的指令集比較簡單，而切指令集的功能齊全。字符能夠設置為移動或者閃爍狀態(tài)。LCM1602和單片機采用8位連接或者四位并行連接方式。LCM1602有16個引腳。 LM018L實物圖。 LCM1602接口部分引腳功能引腳號符號狀態(tài)功能1VSS接地2VDD接+5V電源3VEE驅動電源4RE輸入寄存器功能選擇(1：數據，0：指令)5RW輸入選擇讀寫操作(1：讀，0：寫)6E輸入使能信號7~17DX三態(tài)數據總線 本系統(tǒng)中LCM1602的各引腳與單片機的連接是：，，VDD接+5V電源，VSS和VEE接地。8位數據線通過10K排阻與單片機的P0端口并行連接。其中使用排阻即可以分壓，也節(jié)省了電路空間，保證焊接質量。 LCM1602液晶模塊連接電路圖 模擬執(zhí)行電路設計 空調上電工作后。通過控制制冷劑的汽化和液化來吸收室內熱量。壓縮機首先將制冷劑壓縮為汽態(tài)劑，然后送入冷凝器中散熱，汽態(tài)制冷劑液化成液態(tài)劑，液態(tài)劑進入蒸發(fā)器，再次變?yōu)槠麘B(tài)，這個過程吸收室內大量的熱能，空調內置風扇把室內空氣從蒸發(fā)器中吹出，所以空調吹出的是冷風?？照{機制熱原理和制冷原理恰好相反。把制冷過程倒過來就是制熱。空調的送風過程就是把室內和室外的空氣互相交換并形成一定的氣流。本設計方案通過不同顏色的LED燈的亮滅來模擬實現系統(tǒng)工作過程， 該部分是根據單片機發(fā)出的指令執(zhí)行相應操作，空調控制系統(tǒng)具有對室內空氣制冷、送風、加熱等功能。當前溫度低于設置溫度時，能夠驅動加熱器件工作。設置溫度低于當前溫度時，驅動制冷系統(tǒng)工作，兩者溫度相等時，驅動送風系統(tǒng)工作。執(zhí)行電路用紅色LED燈模擬加熱過程，藍色LED燈模擬制冷過程，綠色LED燈模擬送風過程。通過點亮三個不同顏色的燈模擬實現空調對溫度的控制過程。 執(zhí)行電路 蜂鈴器電路模塊本設計加用一個蜂鈴器用于警報功能。蜂鈴器在系統(tǒng)中的作用就是發(fā)出警報聲音提示用戶，由程序設定一個空調正常工作范圍（50℃~5℃），當室內溫度上升至50℃以上時，而制冷系統(tǒng)暫時無法降低溫度，蜂鈴器會一直鈴響，直至溫度降低至50℃以下或者關閉蜂鈴器電源。造成溫度突然升高的原因有可能是室內起火或者制冷系統(tǒng)出現故障等原因，鈴響蜂鈴器可以提醒用戶注意。當溫度降低至5℃以下時，蜂鈴器同樣能發(fā)出提醒聲音。用戶由于操作失誤設置溫度過高或者過低時，蜂鈴器也會發(fā)出蜂鈴聲提醒用戶從新設置，本設計的正常設置溫度范圍是：40℃~10℃。當設置溫度超過40℃或者低于10℃時，蜂鈴器將發(fā)出提示聲音。蜂鈴器的工作與否可以通過開關按鍵控制。用戶也可以關閉蜂鈴器提示功能。 蜂鈴器電路原理圖 PWM控制技術 PWM簡介 PWM是脈沖寬度調制的簡稱。它對執(zhí)行電路的控制是利用單片機的數字輸出來實現的，PWM是將模擬量變?yōu)闉閿底至康男问?，改變信號能始終保持數字形式，不需要進行數模轉換。因此PWM廣泛應用于工程測量等領域。 脈沖寬度調制的控制方式就是控制電路開關器件的閉合，可以使輸出端得到幅值相等的脈沖信號。 AT89C52單片機生成PWM方法 由于AT89系列單片機沒有內置的PWM控制器，所以需要通過軟件的方法在I/O端口上模擬PWM輸出。軟件設計一般有軟件延時和定時/計數器產生時鐘信號。軟件延時方法就是通過反復調用一個延時子函數。要使單片機某個引腳輸出PWM信號，只要反復執(zhí)行：置高輸出位，延時，置低輸出位，延時。就可以產生用于控制的PWM信號。利用定時器方法獲得PWM信號可分為定時時間固定和定時時間不固定兩種，定時時間法和延時法相似，本次設計采用定時時間固定的定時方式獲取對執(zhí)行電路作用的PWM信號。其定時時間10ms， 本章總結本章從硬件設計角度介紹了單片機、電源電路、顯示電路、鍵盤電路、驅動執(zhí)行電路、執(zhí)行電路、溫度采集電路、蜂鈴器電路等模塊的設計，簡單介紹了設計所用到的主要芯片，并以此為核心設計相應的擴展電路。概要介紹了AT89C52單片機的PWM信號的產生辦法。最后給出總電路設計圖以及設計所需要的元件清單。4 系統(tǒng)軟件設計 主程序設計 系統(tǒng)上電后，單片機開始運行，首先進行系統(tǒng)復位。系統(tǒng)從復位后的初始的狀態(tài)開始運行。然后執(zhí)行系統(tǒng)初始化操作，℃，℃。接著讀取當前室內溫度并顯示。比較當前室溫和設置溫度，初始狀態(tài)下兩者溫度相等，送風系統(tǒng)開始工作，綠燈亮。當外界溫度變化時，單片機通過定時/計數器功能定時采樣溫度變化，定時比較溫度大小。并由定時器產生PWM信號驅動相關電路工作。用戶可隨時通過鍵盤設置需求溫度。若當前溫度大于設置溫度，制冷系統(tǒng)開始工作，藍燈亮。若當前溫度小于設置溫度，制熱系統(tǒng)工作，紅燈亮。整個過程都是基于單片機的實時自動控制。 開始main 系統(tǒng)初始化 T50℃或者T5℃ DS18B20采樣當前溫度T40℃或者T10℃ 設置溫度是是否高于當前溫度 蜂鈴器響否是 制熱是否低于設置溫度 制冷 送風 主程序流程圖 初始化程序設計初始化程序主要是設置P3=0x0f，P2=0xf0，設置外部中斷0，選擇定時/計數器0。外部中斷服務子程序的功能是：當有按鍵按下時，通過與門觸發(fā)中斷。獲取按鍵鍵值并處理該按鍵對應的功能函數。定時/中斷服務子程序功能是：產生PWM控制信號和定時獲取當前溫度并顯示出來。 中斷/定時函數表序號函數名功能1void time0(void) interrupt 1定時器函數,計數2void Compare_S_N_Temper(void)外部中斷0中斷函數 。 開始 返回 開總中斷 開外部中斷0 開定時/計數器0 設置PP3端口 初始化程序流程圖 DS18B20溫度采樣程序設計 首先初始化DS18B20傳感器。再進行讀寫命令操作，最后才能對顯示數據操作。 DS18B20的部分操作指令 序號指令說明20x44H溫度轉換指令30xCCH跳過ROM序列號指令40xBEH讀數據指令5Ox4EH寫數據 。 開始 否是否初始化成功是 發(fā)跳過ROM命令 發(fā)溫度轉換命令(0x44H)否是否轉換完成是 初始化DS18B20 讀暫存器命令(0xBEH) 讀轉換后的數據 送單片機 返回 DS18B20的工作流程圖 。 傳感器模塊函數列表序號函數名 功能1void delay_ds18b20(uint useconds)延時函數2void Write_One_Bit(uchar value)寫入一位值3void Write_One_Byte(uchar value)寫入字節(jié)數據4uchar Read_One_Bit(void)讀取一位值5uchar Read_One_Byte(void)讀取一個字節(jié)數據6uchar DS18B20_Init(void)初始化傳感器7void TransAndDisplayTemp(void)轉換并顯示溫度8void Get_Temperature(void)傳感器獲取外界溫度 LCD顯示程序設計首先初始化LCM1602液晶模塊，然后寫命令到顯示器，再發(fā)送待顯示溫度給顯示器。LCM1602液晶模塊內部已經存儲了阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號等不同的點陣字符圖形，能夠滿足空調溫度控制系統(tǒng)需要的人機交互界面的顯示工作。： LCM1602的常用命令序號命令功能10x01顯示清屏，數據指針=020x02顯示回車，數據指針=030x0C顯示開關及光標設置40x06移動光標設置50x38設置兩行十六位的顯示，5*7點陣，八個數據接口引腳 LCM1602可以顯示2*16個字符，本系統(tǒng)中，顯示字符從0x03H開始，從0x08H開始顯示溫度。 LCM1602顯示地址1234567800H01H02H03H04H05H06H07H40H41H42H43H44H45H46H47H91011121314151608H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH 。 開始 初始化LCM1602 寫命令到LCM1602 發(fā)送顯示數據 顯示 顯示程序流程圖 。 顯示模塊函數列表序號函數名 功能1void delay_lcd(uint temp)延時函數2void Write_Cmd_LCD(uchar cmd)寫指令到LCD3void Write_Date_LCD(uchar date)寫顯示數據到LCD4void Init_LCD(void)初始化LCD5void DisplayToLCD(void)在液晶屏上顯示溫度 按鍵程序設計矩陣非編碼鍵盤的處理流程：首先單片機向鍵盤接口輸出0xF0，然后再讀取列檢測信號。若有一列信號為“1”，則表示有鍵按下，反之，沒有鍵按下。然后判斷按鍵所在行和列，計算該按鍵的鍵碼。其中行掃描碼HM是：0xFE、0xFD、0xFB、0xF7,列掃描碼LM是：0xE0、0xD0、0xB0、0x70。鍵值計算公式是：KEY=（HM）（取反）+（LM | 0x0f）（取反）。 4x4矩陣鍵盤鍵值表0x110x120x140x180x210x220x240x280x410x420x440x480x810x820x840x88