基于單片機(jī)的游泳池保溫控制器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-24 20:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 器啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)對游泳次進(jìn)行保溫的效果。使用 DS18B20 測溫，測溫電路簡單，測溫精度高，但 DS18B20 初始化程序比較復(fù)雜，可以說是以復(fù)雜的程序換來簡單的電路。比較上述兩種方案，方案 2 改善了方案 1 的不足及缺點(diǎn)，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點(diǎn)所以我們采用方案二，單總線 DS18B20，硬件簡單，精度高，設(shè)計(jì)中容易實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖 21 所示，它由三部分組成:A 控制部分主芯片采用單片機(jī) AT89C2051；B 顯示部分采用兩位共陽七段數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；C 溫度采集部分采用 DS18B20 溫度傳感器。4單片機(jī)DS18B20七段數(shù)碼管顯示溫度指示燈加熱繼電器圖 2－1 總體設(shè)計(jì)方案 控制部分單片機(jī) AT89C2051 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM,15 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串口通信口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)，AT89C2051 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止它所有的部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 顯示部分顯示電路采用兩位位共陽七段數(shù)碼管，從 P1 口送數(shù)，P3 口掃描。 溫度采集部分DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。這一部分主要完成對溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳 DQ 腳傳到單片機(jī)的 口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到 DS18B20 和單片機(jī)，硬件很簡單。 的性能特點(diǎn)如下 [3]：； DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；；，電壓范圍為 ～；； 3 位數(shù)字顯示；5；（溫度報(bào)警條件）的器件；，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 采用 3 腳 PR－35 封裝，如圖 22 所示；DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖 23 所示。 引 腳 說 明 ：地 數(shù) 據(jù) 線可 選圖 2－2 DS18B20 封裝內(nèi) 部電 源探 測 位 和單 線 端 口位產(chǎn) 生 器暫 存 器 下 限 觸 發(fā)上 限 觸 發(fā)溫 度 傳 感 器存 儲(chǔ) 器 和 控 制 邏 輯圖 2－3 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成 [4]： 位光刻 ROM。開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因 [3]。64 位閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下表：表 2－1 ROM 結(jié)構(gòu)6 8b 檢驗(yàn) CRC 48b 序列號(hào) 8b 工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。，可以設(shè)置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如表 22 所示。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如表 23 所示。低 5 位一直為１，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率,如表 24。表 2－2 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)Byte0 溫度測量值 LSB（50H）Byte1 溫度測量值 MSB（50H） EEPROMByte2 TH 高溫寄存器 ?? TH 高溫寄存器Byte3 TL 低溫寄存器 ?? TL 低溫寄存器Byte4 配位寄存器 ?? 配位寄存器Byte5 預(yù)留（FFH）Byte6 預(yù)留（0CH）Byte7 預(yù)留（IOH）Byte8 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）表 2－3 DS18B20 字節(jié)定義TM R1 R0 1 1 1 1 1由表 24 可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／LSB 形式表示。7當(dāng)符號(hào)位 S＝0 時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝1 時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 表 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表 2－4 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750表 2－5 一部分溫度對應(yīng)值表溫度/℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示+125 0000 0000 1111 1010 00FAH+25 0000 0000 0011 0010 0
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