【文章內(nèi)容簡介】 其中前3位數(shù)碼管DSDSDS3用于顯示溫度傳感器實(shí)時檢測采集到的溫度，顯示范圍為0~；后2位數(shù)碼管DSDS5用于顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值溫度，只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為0~99攝氏度。5位數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、~，其中P0口需接一10K的上拉電阻，以使單片機(jī)的P0口能夠輸出高低電平。5位數(shù)碼管的位選W1~~，~，則選中與該位相連的數(shù)碼管。圖7 獨(dú)立鍵盤連接電路 溫度采集電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過其內(nèi)部計(jì)數(shù)時鐘周期來的作用，實(shí)現(xiàn)了特有的溫度測量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器預(yù)先置有與55℃相對應(yīng)的一個基權(quán)值。如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，則表示測量的溫度值高于55℃，被預(yù)置在55℃的溫度寄存器中的值就增加1℃，然后這個過程不斷重復(fù)，直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。此時溫度寄存器中的值即為被測溫度值，這個值以16位二進(jìn)制形式存放在存儲器中，通過主機(jī)發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進(jìn)行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進(jìn)行補(bǔ)償 [6] 李鋼,[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005,28(21)：77—79.6]。DS18B20在使用時，一般都采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只須將DS18B20信號線與單片機(jī)1位I/O線相連，且單片機(jī)的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測[7] [J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2007,10(4)：278—280.。其與單片機(jī)的連接如圖9所示。圖8 數(shù)碼管顯示電路圖9 溫度采集電路 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動與調(diào)速電路本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的I/O口輸出PWM脈沖，通過一個達(dá)林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動12V直流無刷風(fēng)扇電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。鍵盤控制設(shè)置溫度，通過軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，經(jīng)過ULN2803驅(qū)動風(fēng)扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與啟停的自動控制[8] 王會明，侯加林. 智能電風(fēng)扇控制器的研制[J]. 電子與自動化，1998,5(4)：25—26.。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速會相應(yīng)按照設(shè)定的等級有所提高；當(dāng)環(huán)境溫度下降時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會相應(yīng)的下降；當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，而環(huán)境溫度又高于預(yù)設(shè)溫度時，電機(jī)重新啟動。電路如圖10所示，風(fēng)扇電機(jī)的一端接12V電源，另一端接ULN2803的OUT7引腳，，由此控制風(fēng)扇直流電機(jī)的速度與啟停。系統(tǒng)選用的風(fēng)扇電機(jī)為12V直流無刷電機(jī)，單達(dá)林頓反向驅(qū)動器ULN2803輸入TTL信號為5V或CMOS信號為6~15V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為0~70℃。本系統(tǒng)中單片機(jī)I/O口輸出的TTL信號為5V，因此此風(fēng)扇電機(jī)可以用ULN2803來驅(qū)動。圖10 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動與調(diào)速電第三章 軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)置程序設(shè)計(jì)部分主要包括主程序、DS18B20初始化函數(shù)、DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)、溫度讀取函數(shù)、鍵盤掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)。DS18B20初始化函數(shù)完成對DS18B20的初始化；DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)完成對環(huán)境溫度的實(shí)時采集；溫度讀取函數(shù)完成主機(jī)對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算，鍵盤掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成初值的加減設(shè)定；溫度處理函數(shù)對采集到的溫度進(jìn)行分析出理，為電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化提供條件；風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速及啟停的控制。主程序流程圖如圖11：主程序開始程序初始化調(diào)用DS18B20初始化函數(shù)調(diào)用DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)調(diào)用溫度讀取函數(shù)調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)調(diào)用溫度處理函數(shù)調(diào)用風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)結(jié)束 圖11 主程序流程圖 用Keil C51編寫程序Keil C51是美國Keil Software公司開發(fā)的51系列兼容單片機(jī)C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，與單片機(jī)匯編語言相比，C語言在不僅語句簡單靈活，而且編寫的函數(shù)模塊可移植性強(qiáng)[9] [M]（第三版）.北京：—65.，因而易學(xué)易用，效率高。隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前使用較多的MCS51系列單片機(jī)開發(fā)的軟件。Keil C51軟件不僅提供了豐富的庫函數(shù)，而且它強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具為程序編輯調(diào)試帶來便利，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。在使用時要先建立一個工程，然后添加文件并編寫程序，編寫好后再編輯調(diào)試。Keil C51的使用界面如圖12。圖12 Keil C51的使用界面 用Proteus進(jìn)行仿真 Proteus簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其它EDA工具一樣有原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，他的電路仿真是互動的，可以根據(jù)仿真實(shí)時觀察到得現(xiàn)象驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性及準(zhǔn)確性并及時改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。它還能配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器來顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀等[10] [J] .儀表技術(shù)，2009,8:74—75，效果很好。Proteus有4個功能模塊：智能原理圖設(shè)計(jì)、完善的電路仿真功能、獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能以及實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺。其內(nèi)部元件庫含有豐富的元件，支持總線結(jié)構(gòu)以及智能化的連線功能；支持主流CPU（如ARM、8051/5AVR）及其通用外設(shè)模型的實(shí)時仿真等，為單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用等帶來極大的便利。軟件使用的主界面如圖13。圖13 Proteus使用界面 本設(shè)計(jì)基于Proteus的仿真 首先啟動Proteus軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調(diào)出相應(yīng)的原件，再根據(jù)要求改變各原件的屬性并把各個原件按原理圖連接起來。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到其中[11] [J].科技信息，2010,23:第50頁。最后根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能分步進(jìn)行仿真[12] 王文海，[J] .IT技術(shù)，2006,20:10—11。，用鍵盤S2調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為22攝氏度。點(diǎn)擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為+，如圖14所示。圖14 Proteus仿真效果圖一，用鍵盤S2調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為22攝氏度。點(diǎn)擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為+ r/s，如圖15所示。圖15 Proteus仿真效果圖二 ，用鍵盤S2調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為22攝氏度。點(diǎn)擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為+ r/s，如圖16所示。圖16 Proteus仿真效果圖三在上一步仿真的基礎(chǔ)上(，系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為22攝氏度)，用鍵盤S2調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度至34攝氏度，此時可知系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度大于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸變慢，最后轉(zhuǎn)速變?yōu)?，符合系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，如圖17所示。圖17 Proteus仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出，直流風(fēng)扇電機(jī)在系統(tǒng)設(shè)定溫度一定的情況下，其轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測到的溫度）的增加而增大。當(dāng)環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度時，風(fēng)扇自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能。當(dāng)然，在此沒有實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇直流電機(jī)的無級調(diào)速，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是電機(jī)在隨環(huán)境溫度變化的四個等級的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內(nèi)變化風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速是不變的，只有超過了設(shè)定的某一界限時轉(zhuǎn)速才會變化。第四章 系統(tǒng)調(diào)試 軟件調(diào)試 按鍵顯示部分的調(diào)試起初根據(jù)設(shè)計(jì)編寫的系統(tǒng)程序：程序的鍵盤接口采用P1口，數(shù)碼管顯示采用P0口控制LED的斷碼，P2口控制LED的位碼，從而實(shí)現(xiàn)鍵盤功能及數(shù)碼管的顯示。經(jīng)過編譯沒有出錯，但在仿真調(diào)試時，數(shù)碼管顯示的只是亂碼，沒有正確的顯示溫度，按鍵功能也不靈，當(dāng)按下鍵時，顯示并不變化。經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn)鍵盤掃描程序沒有沒有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時，都會有一定程度的抖動，從而可能使單片機(jī)做出錯誤的判斷，導(dǎo)致按鍵條件預(yù)設(shè)溫度時失靈，甚至根本不能工作。因此必須在按鍵掃描程序中加入消抖部分，即在按鍵按下與松手時加入延時判斷，以檢測鍵盤是否真的按下或已完全松手。數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因?yàn)樗詳?shù)碼管的段碼都由P0口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設(shè)置顯示段碼的暫存器，導(dǎo)致當(dāng)P0口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。應(yīng)在系統(tǒng)中加入鎖存器，或是在程序中設(shè)定存儲段碼的空間。在鍵盤加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能夠工作，達(dá)到了較好的效果。 傳感器DS18B20溫