【文章內(nèi)容簡介】 ST 持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且按鈕復(fù)位的操作。一般電容選 10～ 30μF，電阻選 1～ 10K。 R310 kC310 uR 1 020 0 RRS T 圖 33 復(fù)位電路圖 7 信息采集模 塊 — 數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 溫度傳感器是美國 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的世界上第一個支持一線總線接口的溫度傳感器。 DS18B20 本身可以實現(xiàn)對溫度的采集和轉(zhuǎn)換，極大地簡化了電路的復(fù)雜程度。 （ 1） DS18B20 的特性 ① 測溫范圍 55℃ ～ +125℃ ， 10℃ ～ +85℃ 范圍內(nèi)精度為正負 ℃ 。 ② 無需外部轉(zhuǎn)換元件； ③ 可編程分辨率 9～ 12 位，可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ ； ④ 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為 數(shù)字，靈敏度大為提高； ⑤ 負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； （ 2） DS18B20 的引腳及說明如圖 34 所示。 DS18B20GND I/O VDD 引腳說明： DQ 為數(shù)字信號輸入輸出端 ， GND 端接地 ， VDD 端接電源 圖 34 DS18B20 引腳圖 （ 3） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 35 所示。 圖 35 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 4） DS18B20 的溫度計算 64 位ROM 單線 接口 溫度靈敏元件 8 位 CRC 生成器 高速 緩存 存儲器 存儲器和控制器 電源檢測 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 低溫觸發(fā)器 TL 8 每個 DS18B20 有唯一的 64 位序號，該序號存放在各自的 ROM 中。另外 DS18B20 還有兩個字節(jié)的 RAM 用于存儲檢測溫度數(shù)值（補碼形式存儲），其格式如下： S S S S S 62 52 42 32 2 12 02 12? 22? 32? 42? 高 5 位是符號位， 62 ～ 02 位是檢測溫度整數(shù)位， 12? ～ 42? 位是檢測溫度小數(shù)。當檢測到正溫度時 S 為 0，當檢測到負溫度時 S 為 1。 如果讀取 DS18B20 數(shù)據(jù)為 0000001111010011（ 03D3H），則實際檢測到的溫度為：正溫度，數(shù)值 =01111010011= 062 ＋ 152 ＋ 142 ＋ 132 ＋ 12 ＋ 012 ＋ 102 ＋ 012? ＋ 022? ＋132? ＋ 142? =，即 ℃ 。 DS18B20 的分辨率為 42? 。 如果讀取的數(shù)據(jù)為 1111110010010000（ FC90H） ， 則實際檢測到的溫度為：負溫度，數(shù)值=10010010000 取反后加 1=01101101111+1=01101110000=062 ＋ 152 ＋ 142 ＋ 032 ＋ 12 ＋112 ＋ 102 ＋ 012? ＋ 022? ＋ 032? ＋ 042? =55，即 55℃ 。 （ 5） DS18B20 與 AT89C51 單片機 的連接電路如圖 36 所示。 27 .0 DQ2V C C 3G ND 1U2DS 18 B 2 0 R24k 7P 1 .7 圖 36 DS18B20 與 AT89C51 單片機的連接電路圖 鍵盤模塊 本系統(tǒng)的鍵盤模塊主要分為兩部分，溫度 設(shè)置 鍵盤模塊和 溫度 顯示 切換鍵盤模塊。 溫度 設(shè)置 鍵盤模塊 用于控制是否 設(shè)置 溫度，我選用 手撥開關(guān)。一般封裝好了的手撥開關(guān)外觀上，一端為開或 ON，另一端為關(guān)或 OFF。當用戶想要設(shè)置溫度值時，就按手撥開關(guān)的 ON 端，用戶設(shè)置好了溫度值后，再按手撥開關(guān)的 OFF 端，即可完成設(shè)置溫度。當開關(guān)作為輸入端時，一般需要在 Vcc或 GND 端接一個上拉電阻或下拉電阻，本系統(tǒng)是在 Vcc端接一個上拉電阻。如圖 37 9 所示。 關(guān)于到底是上調(diào)溫度還是下調(diào)溫度，我 采 用具有機械彈性的按鍵開關(guān)。當用戶想要在系統(tǒng)默認的溫度值的基礎(chǔ)上調(diào)整溫度的話，先按下手撥開關(guān)的 ON 端，再按上調(diào)按鈕，這樣就可以實現(xiàn)增加溫度設(shè)定值；如果按 下調(diào)按鈕，則實現(xiàn)減小溫度設(shè)定值。當用戶設(shè)置好溫度值后，再按下手撥開關(guān)的 OFF 端，即完成設(shè)置溫度值的操作。如圖 37 所示。 溫度 顯示 切換鍵盤模塊 因為本系統(tǒng)中需要顯示的溫度值有實時溫度和 設(shè)置 溫度兩個溫度 值 ， 如果同時顯示兩個溫度值的話，必須至少選用 4 個七段 LED 數(shù)碼管顯示器，這樣 就會提高整個系統(tǒng)的造價。所以我選擇 2 個 LED 數(shù)碼管顯示器，用按鍵控制顯示的溫度是實時溫度值還是 設(shè)置 的溫度值，這樣不僅使程序簡單化，也降低了成本。溫度顯示切換鍵盤電路如圖 37 所示。 R810 kR910 kR 1 010 kR510 kS W 1S W S P S TP 2 .2P 2 .3P 2 .4P 2 .7 圖 37 鍵盤模塊電路圖 系統(tǒng)啟動后，默認顯示的是實時溫度值，如果用戶想要看設(shè)定的溫度值的話，按下按鈕顯示器就會顯示出來設(shè)置的溫度值。 具有機械彈性的按鍵開關(guān)，在實際使用當中都會或多或少存在抖動現(xiàn)象。使用鍵盤時，如果有抖動現(xiàn)象的話，輕微的抖動會對輸入的信號產(chǎn)生干擾。抖動 還 可能會造成按一次鍵卻多次處理問題，按鍵的抖動時間一般 是 5～ 10ms。消除抖動的方法通常有兩種，硬件消除抖動和軟件消除抖動。 硬件消除抖動一般是采用 RS 觸發(fā)器來實現(xiàn)，只有選擇適當?shù)?器件 參數(shù)，才能夠得到較好的消抖動效果。 軟件消除抖動就是在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時子程序，然后確認鍵電平是否仍 10 然保持鍵按下的狀態(tài)電平 ， 如果是 ， 則認為有鍵按下。延時子程序的延時時間應(yīng)該大于按鍵的抖動時間。軟件消除抖動節(jié)省了硬件，并且處理靈活，但是占用 CPU 時間較長。本系統(tǒng)采用軟件消除抖動，延時子程序的延時時間為 12ms。 顯示模塊 本設(shè)計的 目的主要是應(yīng)用于像育嬰室、花店的 鮮花儲存室之類的小空間、并且對溫度精度要求不是很高的地方。所以顯示模塊只顯示了溫度的整數(shù)部分，以 1℃ 為單位升高或降低溫度。因此我只選擇了 2 個 LED 數(shù)碼管顯示。 LED 顯示器的顯示原理 LED 即發(fā)光二極管的縮寫，是由若干段發(fā)光二極管構(gòu)成的。當某些段的發(fā)光二極管導(dǎo)通時，顯示對應(yīng)的字符。由于 LED 數(shù)碼管顯示器控制簡單，使用方便，因此它在單片機中的應(yīng)用非常的普遍。 LED 數(shù)碼管顯示器的外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 38 所示。 LED 數(shù)碼管顯示器的內(nèi)部發(fā)光二極管有共陰極和共陽極兩種連接方法，如圖 38 所示。若采樣共 陰極接法，輸入高電平時發(fā)光二極管點亮；若采用共陽極接法，輸入低電平時發(fā)光二極管點亮。本系統(tǒng)采用了共陰極接法。 bcdefgad p abcdefgDp abcdefgDp （ a）數(shù)碼管引腳圖 （ b）共陰極 （ c）共陽極 圖 38 二極管結(jié)構(gòu)圖 7 段覆蓋二極管各字型碼的對應(yīng)關(guān)系如表 32 所示。 表 32 7 段二極管各字型碼的對應(yīng)關(guān)系 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 Dp g f D d c b a 11 用 LED 顯示器顯示十六進制 數(shù)的共陰極字型碼見下表 33。 表 33 LED 顯示器顯示的十六進制數(shù)的共陰極字型碼 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 共陰極碼 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 顯示字符 9 A B C D E F “滅 ” 共陰極碼 6FH 77H 7GH 39H 5EH 79H 71H 00H 顯示電路 LED 顯示電路如圖 39 所示。 圖 39 LED 顯示電路圖 LED 顯示器的顯示方式 LED 顯示器的顯示方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示 兩種。 在實際的應(yīng)用當中 LED 顯示器通常由多位構(gòu)成，對其的控制包括字形控制和字位控制。在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字形控制線是獨立的，字位控制線 則 連接在一起，接 +5V電源。動態(tài)顯示就是一位一位輪流點亮每個顯示器，同時只能一個顯示器工作，只是由于人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅的余暉， 使 看到的結(jié)果是多個字符 “同時 ”顯示。 靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，并且占用很少的 CPU 時間，卻占用的 I/O 口和硬件較多。動態(tài)顯示需要 CPU 隨時對顯示器件的數(shù)據(jù)進行刷新，且顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時間多， 12 但是使用的硬件少 ， 可節(jié)省 I/O 口 。在較為簡單的系統(tǒng)中，為了降低成本，一般選用動態(tài)顯示方式。本系統(tǒng)就是采用了動態(tài)顯示方式。 RP1 為由 8 個獨立的電阻組成的電阻盒，在顯示電路中作為上拉電阻。圖中的 2 個七段LED 數(shù)碼管，它們的 2 端分別接到單片機的 、 口，而單片機的這 2 個 I/O 口則輸出位選信號用于動態(tài)掃描 。 單片機的 － LED數(shù)碼管。 溫度控制模塊 在溫度自動控制系統(tǒng)中，溫度的控制模塊應(yīng)該說是系統(tǒng)的功能實現(xiàn)部分和核心部分。由采樣 模塊 采集的信息，經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后將采 集 轉(zhuǎn)換后 的溫度值與設(shè)定的溫度值相比較，如果實際溫度值大于設(shè)定溫度值，單片機系統(tǒng)給 端口一個低電 平， 導(dǎo)通 雙向晶閘管觸發(fā)電路啟動制冷裝置（藍燈亮）；如果實際溫度 值 小于設(shè)定溫度值，單片機系統(tǒng)給 端口一個低電平， 導(dǎo)通 雙向晶閘管觸發(fā)電路啟動加熱裝置（紅燈亮）。溫度控制模塊 的 電路 圖 如圖 310所示。 Z e r oC r o ssin g1264U4M O C 30 3 1 M3 4U 2 :B74 0 7R218 0 RR636 0 RR733 0 RU5L2 00 4 L 3R839 RC110 00 0 p F負載220V 圖 310 溫度控制電路 該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是在開關(guān)量的選擇上。以往的輸出控制開關(guān)通常采用繼電器、耦合器和晶閘管等。如今在應(yīng)用中老式的觸發(fā)器已經(jīng)逐漸的被晶閘管所代替。這里我采用了帶過零觸發(fā)的雙向晶閘管觸 發(fā)電路。 雙向 晶閘管是由 NPNPN 五層半導(dǎo)體材料 制成的，對外引出三個電極。與單向晶閘管一樣，雙向晶閘管也具有 觸發(fā) 控制特性。不過，雙向晶閘管不論在陽極與 陰極 之間接哪種極性的電壓，只要在其控制極上加一個觸發(fā)脈沖，都可以使 雙向 晶閘管導(dǎo)通 ，從而控制工作裝置做出相應(yīng)的反應(yīng)。 MOC3031 是常用的雙向可控硅輸出的光電耦合器，它帶 有 過零觸發(fā)電路， 其 輸入端的控制電流至少為 15mA。用于驅(qū)動發(fā)光 管的電源和光敏管的電源必須分開供電，才能夠避免輸出 13 端和輸入端間 產(chǎn)生 反饋和干擾。因此，采用光電耦合器 就 可以有效地隔離電磁場的 干擾。 為了仿真效果的直觀可視性，我用了兩種顏色的發(fā)光二極管來代替了加熱裝置和制冷裝置。 如果 紅色燈亮 ，則 表示系統(tǒng)進入 了 加熱狀態(tài)， 如果 藍色燈亮 ，則 表示系統(tǒng) 進入了 制冷狀態(tài)。 電源模塊 本系統(tǒng)中用到的 +5V 的直流電由家用的 220V 交流電經(jīng)過變壓器、橋式整流和平滑電容濾波后得到非穩(wěn)定的 8～ 12V 直流電壓加在 78