【文章內(nèi)容簡介】 志將置位，每次溫度測量都會更新此標(biāo)志。只要告警標(biāo)志置位， DS18B20 就將響應(yīng)告警搜索命令，這也就允許單線上多個 DS18B20 同時進(jìn)行溫度測量，即使某處溫度越限，也可以識別正在告警的器件。 、 LED 數(shù)碼 顯示 管 在本電路 中采用的 LED 數(shù)碼顯示管優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低、體積小、壽命長、工作可靠性高、響應(yīng)速度快、亮度高、顯示清晰。 LED數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分，這里采用的是共陰極接法。 單片機(jī)與LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的接口方式。這里用 軟件查表， 把機(jī)器運(yùn)行的二 十進(jìn)制 BCD 碼 轉(zhuǎn)化成 十進(jìn)制的代碼，并通過顯示器顯示出來。下圖為 LED 模型圖以及其接 法。 圖 、 LED 原理圖及段碼值 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 、 LED 數(shù)碼顯示器的接口 在本設(shè)計(jì)中采用了以軟件為主的 接 口方法。 這種接口方法是以軟件查表代替硬件譯碼的方式，來實(shí)現(xiàn) 顯示，不但省去了譯碼器， 而且還能顯示更多的字符。在電路里，驅(qū)動器是必不可少的，因?yàn)閮H靠接口是提供不了較大的電流供 LED 顯示器使用。下面的電路就是以軟件為主的 LED 顯示接口電路。 、 可編程 RAM I/O 接口 8155 芯片 介紹 8155 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程多功能接口芯片。它內(nèi)部有兩個可編程的 8 位并行 I/O 口、一個 6 位并行 I/O 口、一個定時 /計(jì)數(shù)器以及 256 字節(jié)的 RAM 存儲器。 8155 可以直接跟 51 系列單片機(jī)連接，不需要鄭家硬件電路，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的最常用的一種接口芯片。 8155 的結(jié)構(gòu)與引腳 8155 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 、 LED 接口電路 圖 、 以軟件為主的 LED 顯示接口電路 圖 、 8155 芯片引腳及原理圖 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 它含有 1 個 256 字節(jié)的 RAM、一個 14 位的定時 /計(jì)數(shù)器以及 3 個并行 I/O 口，其中 A 口、 B 口均為 8 位， C 口為 6 位。 A 口、 B 口既可以作為基本 I/O 口，也可以作為宣統(tǒng) I/O 口； C 口除了可以作為基本 I/O 口外，還可以用作 A 口、 B 口的應(yīng)答控制 聯(lián)絡(luò)信號 。此外， 8155內(nèi)部還有一個控制寄存器組，用來存放控制命令字。 8155 的引腳介紹： RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。復(fù)位后， 3 個 I/O 口均為輸入方式。 AD0～ AD7：三態(tài)的地址 /數(shù)據(jù)總線。與單片機(jī)的低 8 位地址 /數(shù)據(jù)總線（ P0 口）相連。單片 機(jī)與 8155 之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個總線口傳送的。 RD ：讀選通信號，控制對 8155 的讀操作，低電平有效。 WR ：寫選通信號，控制對 8155 的寫操作，低電平有效。 CE ：片選信號線，低電平有效。 IO/ M ： 8155 的 RAM 存儲器或 I/O 口選擇線。當(dāng) IO/M ＝ 0 時，則選擇 8155 的片內(nèi) RAM， AD0～ AD7 上地址為 8155 中 RAM 單元的地址（ 00H～ FFH）；當(dāng) IO/ M ＝ 1 時，選擇 8155 的 I/O 口， AD0～AD7 上的地址為 8155 I/O 口的地址。 ALE：地址鎖存信號。 8155 內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在 ALE 的下降沿將單片機(jī) P0 口輸出的低 8 位地址信息及 CE ， IO/ M 的狀態(tài)都鎖存到 8155 內(nèi)部鎖存器。因此， P0 口輸出的低 8 位地址信號不需外接鎖存器。 PA0～ PA7： 8 位通用 I/O 口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。 PB0～ PB7： 8 位通用 I/O 口，功能同 A 口。 PC0～ PC5：有兩個作用，既可作為通用的 I/O 口，也可作為 PA口和 PB 口的控制信號線，這些可通過程序控制。 TIMER IN：定時 /計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。 TIMER OUT：定時 /計(jì)數(shù)器輸出端。 VCC：＋ 5V 電源。 8155 的地址編碼及工作方式 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 8155 是按外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址的，為16 位地址，其高 8 位由片選線 CE 提供， CE ＝ 0，選中該片。當(dāng) CE ＝基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 0， IO/ M ＝ 0 時，選中 8155 片內(nèi) RAM，這時 8155 只能作片外 RAM使用，其 RAM 的低 8 位編址為 00H～ FFH；當(dāng) CE ＝ 0， IO/ M ＝ 1 時，選中 8155 的 I/O 口，其端口地址的低 8 位由 AD7～ AD0 確定，如表 1所示。這時， A、 B、 C 口的口地址低 8 位分別為 01H、 02H、 03H（設(shè)地址無關(guān)位為 0）。 表 1 8155 芯片的 I/O 口地址 AD7～ AD0 選擇 I/O 口 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 命令 /狀態(tài)寄存器 A 口 B 口 C 口 定時器低 8 位 定時器高 6 位及方式 8155 的 I/O 工作方式選擇是通過對 8155 內(nèi)部命令寄存器設(shè)定控制字實(shí)現(xiàn)的。命令寄存器只能寫入，不能讀出，命令寄存器的格式如圖 所示。 在 ALT1～ ALT4 的不同方式下， A 口、 B 口及 C 口的各位工作方式如下： ALT1： A 口， B 口為基本輸入 /輸出， C 口為輸入方式。 ALT2： A 口， B 口為基本輸入 /輸出， C 口為輸出方式。 ALT3： A 口為選通輸入 /輸出， B 口為基本輸入 /輸出。 PC0 為AINTR， PC1 為 ABF， PC2 為 ASTB ， PC3～ PC5 為輸出。 ALT4： A 口、 B 口為選通輸入 /輸出。 PC0 為 AINTR， PC1 為 ABF，PC2 為 ASTB ， PC3 為 BINTR， PC4 為 BBF， PC5 為 BSTB 。 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 、 LED 顯示方法 通常 LED 顯示器的顯示方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示方法。在實(shí)際中，為了簡化電路、降低成本，大多采用以軟件為主的接口方法。為了實(shí)現(xiàn) LED 顯示器的動態(tài)掃描顯示 ，除了要給顯示器提供顯示段碼之外，還要對顯示器進(jìn)行位的控制，即通常 所說的“段控”和“位控”?！拔豢亍睂?shí)際上就是對 LED 顯示器的公共端進(jìn)行控制，位控信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同 ，如下圖。 圖 、 8155 命令字格式圖 圖 、 LED 掃描原理圖 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 在進(jìn)行動態(tài)掃描時，一般不知道要顯示什么內(nèi)容，這樣也就無從選擇被顯示字符的顯示段碼。為此，一般在程序里用查表的方法，來讀取要顯示的字符段碼。 、 加熱控制 器 MOC3041 該部分采用了 Motorola 公司推出的單片集成可控硅驅(qū)動器件MOC3041，作為對加熱器的驅(qū)動和控制。 MOC3041 芯片是一種集成的帶有光耦合的雙向可控硅驅(qū)動電路，它由輸入和輸出兩部分組成，其內(nèi)部集成了發(fā)光二極管 、雙向可控硅和過零觸發(fā)電路等器件。 、 MOC3041 引腳 圖及 說明 圖 、 MOC3041 引腳圖 圖 、加熱原理圖 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 1：此腳為陽極，輸入 Vcc 2：此腳為陰極 3： NC 4：主終端 5： 子端口，此腳不接 6：主終端 、 鍵盤 控制 電路 用 AT89S51 的并行口 P1 接 44 矩陣鍵盤，以 － 作輸入線，以 － 作輸出線；在數(shù)碼管上顯示每個按鍵的 “0～ 9”序號以及兩個功能鍵“ *”（設(shè)溫鍵）、“ ”（定時鍵）。 、 鍵盤工作原理 鍵盤實(shí)際上是由排列成矩陣的一系列按鍵開關(guān)組成，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最 常見的地人機(jī)聯(lián)系的一種輸入設(shè)備。用戶通過鍵盤可以向CPU 輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。 單片機(jī)系統(tǒng)中普遍使用非編碼式鍵盤，這類鍵盤的使用主要需解決以下幾個問題： 鍵的識別 如何消除鍵的抖動 鍵的保護(hù) 非編碼式鍵盤的工作原理： 非編碼式鍵盤識別閉合鍵通常有兩種方法：一種稱為行掃描法，另一種稱為線反轉(zhuǎn)法。這里采用的是 線反轉(zhuǎn)法 。 以下 為線反轉(zhuǎn)法 的原理 概述。 首先將行線作為輸出線，列線作為輸入線。先通過行線輸出全 0信號，讀入列線的值。如列線某一鍵被按下，則該列線值為 0。然后將行線和列線的輸入輸出關(guān)系互換 （重新設(shè)置輸入輸出 口的狀態(tài)），并將剛才讀到的列線值從列線所接的并行口輸出，再讀入行線的輸入值。那么閉合鍵所在的行線 上的值必定為 0。這樣一個鍵被按下時，必定基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 得到一對唯一的行值和列值。將行值和列值合并起來就得到一個特征值 ，用此特征值對應(yīng)查表就可以得到我們設(shè)定的按鍵值。 為了防止雙鍵或多鍵同時按下，往往從第 0 行一直掃描到最后一行，若只發(fā)現(xiàn) 1 個閉合鍵；若發(fā)現(xiàn)兩個或兩個以上的閉合鍵，則全部作廢。 消除鍵的抖動 可采用軟件方法來消除鍵抖動 問題。軟件方法則是采用時間延遲以避開抖動，待信號穩(wěn)定之后，在進(jìn)行鍵掃描。一般情況下，延遲消抖 的時間約為 10～ 20ms。 、 電子式水位開關(guān) BZ2401 應(yīng)用 電子式水位開關(guān)（ BZ2401） 電子式水位開關(guān)原理： 電子式水位開關(guān) BZ2401（如右圖）通過內(nèi)置電子探頭對水位進(jìn)行檢測，再由芯片對檢測到的信號進(jìn)行處理，當(dāng)被測液體的液位到達(dá)動作點(diǎn)時，芯片輸出高電平或低電平信號，與外置控制電路配合使用，從而實(shí)現(xiàn)對液位的控制。不需浮球，無需干簧管，外部無機(jī)械動作，壽命長，性能穩(wěn)定，一經(jīng)安裝無需調(diào)試、維護(hù)，即使外表積有污垢，它也表現(xiàn)出色?？膳浜?單片機(jī) 或小功率的負(fù)載直接工作，可根據(jù)客戶提出的使用條件設(shè)計(jì)。 電 子式水位開關(guān)特點(diǎn)如下： 特性：耐污、耐傾搖、耐顛簸、抗摔性強(qiáng)、耐鹽霧、耐酸堿，外部無可動部件，不怕固體漂浮物的影響等 適用范圍：清水、污水、酸堿鹽水、海水、水處理藥劑、河涌水、紡織印染水、各種工業(yè)廢水等 安裝方法：同一水位開關(guān)，可以橫裝、豎裝、斜裝等方式自由安裝，靈活方便 固定方法：螺紋接口（ M20）固定或管夾固定 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 任意延長：根據(jù)自己的需要把水位開關(guān)加接材料任意延長或改變方向，而不會影響其功能，而材料只是普通而廉價的自來水 PVC 管和內(nèi)牙接口、彎頭，一經(jīng)安裝， 無需調(diào)試，維護(hù)簡單。 工作電壓： 5V（可根據(jù)客戶要求定制）等，功耗小于 、判斷有水時綠線輸出 5V，無水時 0V。 2 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)核心器件是采用單片機(jī)和單線數(shù)字溫度傳感器，單線器件和單片機(jī)的接口只需要一根信號線，所以硬件電路簡化得十分簡單。通過用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集溫度至單片機(jī) AT89S51 進(jìn)行處理，使系統(tǒng)可以控制對熱水器的加熱和保溫，通過 LED 來實(shí)時顯示溫度；同時通過水位采集系統(tǒng)來實(shí)時監(jiān)控水箱水位并顯示，當(dāng)水位過低時采取報警燈提示，干燒時警鈴報警。本設(shè)計(jì)可以通過鍵盤方式 來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度和定時開機(jī)功能。本系統(tǒng)還設(shè)有保護(hù)功能，包括漏電保護(hù)，掉電保護(hù)及高溫保護(hù)。硬件電路主框圖見圖 。 在本系統(tǒng)中， P０口 用于七段碼 LED 指示燈 顯示， P１口 用于按鍵設(shè)計(jì)， P２ .2 用于跟 DS18B20 通信進(jìn)行水溫測量 ， 控制電加熱管， 控制揚(yáng)聲器用于報警和指示 ， 用于水位監(jiān)控 ， 用于漏電檢測 。 本系統(tǒng)的硬件電路見附錄 1。 圖 、系統(tǒng)原理框圖 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 、 芯片處理電路 單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖： 、 溫度采集電路 DS18B20 與 AT89S51 的接口電路 圖 、芯片處理電路 圖 、溫度采集原理圖 基于單片機(jī)的室內(nèi)熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 溫度采集原 理圖見圖 。此電路中用到 AT89S51 單片機(jī)、溫度測試器 DS18B20 器件。其中， DS18B20 與單片機(jī)通過一線總線相連接， 89S51 通過通用 I/O 口 對 DS18B20 進(jìn)行控制，讀取 DS18B20所測得的溫度；再用 2 個字節(jié)數(shù)碼管連接至單片機(jī)的通用 I/O 口進(jìn)行顯示，一個數(shù)碼管顯示采集溫度的個位，另一個顯示采集溫度的十位。顯示電路圖參見顯示電路模塊 。 、 溫度顯示電路 LED 顯示接口的電路 LED 數(shù)碼管通過 8155