【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濟(jì)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 DS18B20 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55℃到+125℃，在 10 到 +85℃范圍內(nèi) ,精度為177。 ℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V 到 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而 且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20 可以程序設(shè)定 9 到 12 位的分辨率，精度為177。 ℃。當(dāng)分辨率為 12 位時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750ms。使得用戶可選擇更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍和分辨率設(shè)定，同時(shí)用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 一般為三極管型封裝，其引腳圖如圖 4 所示。這三個(gè)引基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 腳分別為： GND—— 電源地； QD—— 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端 ； VDD—— 外接供電電源（可選 5V）。 圖 DS18B20 引腳圖 在該系統(tǒng)中， DS18B20 的數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端連接到 89C52 的 中，作為 89C52 的數(shù)據(jù)輸入。 信號(hào)處理與控制電路 信號(hào)處理與控制采用 52 單片機(jī)基本電路。 此電路以 52 單片機(jī)為核心， 52 的具體引腳圖如圖 。 圖 89C52引腳圖 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 在該系統(tǒng)中，要使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理與控制，則要使單片機(jī)的20 腳（ GND）接地， 40 腳（ Vcc）和 31 腳（ /EA）接正 5V 電源。 119 腳（ XTAL XTAL1）接 12MHz 的晶振和兩個(gè)電容，組成片內(nèi)振蕩電路，為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖。 9 腳（ RST）接按鍵復(fù)位電路，提供復(fù)位信號(hào)給單片機(jī)。 89C52 芯片內(nèi)部 有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。兩個(gè)電容通常取 30pF 左右，穩(wěn)定頻率并對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用。如圖 所示。 圖 時(shí)鐘電路 手動(dòng)復(fù)位是通過接通一按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運(yùn)行后，若需要復(fù)位，則通過手動(dòng)復(fù)位來實(shí)現(xiàn)的。如圖 所示。 圖 復(fù)位電路 溫度顯示電路 本系統(tǒng)中，溫度 顯示硬件由 lcd1602 液晶和上拉電阻構(gòu)成。 1602采用標(biāo)準(zhǔn) 14 腳接口，其中：包括 8根數(shù)據(jù)線 (D0D7)，三根控制線（ rs,rw,e）電源地，電源以及液晶驅(qū)動(dòng)電壓引腳 (VSS,VDD,VEE)。 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。 圖 液晶顯 示電路 按鍵功能設(shè)置電路 溫度調(diào)節(jié)由三個(gè)不鎖按鍵電路實(shí)現(xiàn)。電路圖如圖 所示。按鍵K1 一端與單片機(jī)的外部中斷 0（ /INT0,12 腳）相連，另一端接地。其功能是當(dāng)按鍵按下一次時(shí)，給單片機(jī)一個(gè)低電平，進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)；再次按下時(shí)，進(jìn)入風(fēng)速設(shè)計(jì)狀態(tài)，再次按下時(shí)則退出溫度設(shè)定狀態(tài)。按鍵 K K3，一端接地，另一端與單片機(jī)的 13 腳、 14 腳相連，其功能是每按下一次按鍵，顯示設(shè)定值加 1或減 1。 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 溫度設(shè)置電路 繼電器控制電路 繼電器控制電路由兩個(gè) 繼電器構(gòu)成，由單片機(jī) 、 輸出控制信號(hào)，控制繼電器。在該系統(tǒng)中，當(dāng)溫度超過設(shè)定值，單片機(jī) 輸出高電平，驅(qū)動(dòng)制冷電路繼電器，啟動(dòng)制冷設(shè)備。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī) 輸出高電平，驅(qū)動(dòng)供暖繼電器，啟動(dòng)電暖設(shè)備。當(dāng)不滿足條件時(shí)，不工作。 繼電器是一種電控制 器件 。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制 電路 中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種 “ 自動(dòng)開關(guān) ” 。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖 繼電器原理圖 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)電路 儲(chǔ)存數(shù)據(jù)電路由 24C02 芯片構(gòu)成，有 256 字節(jié)，由單 片機(jī) 、基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 輸出信號(hào)。在該系統(tǒng)中，每隔 20ms 記錄一次測(cè)得溫度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的溫度存儲(chǔ)。 24C02 是 串行 E2PROM， 基于 I2CBUS 的存儲(chǔ)器件，遵 循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用。 報(bào)警、音樂電路 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，廣泛應(yīng)用于 計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、 電子玩具 、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、 定時(shí)器 等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件 。 由單 片機(jī) 輸出信號(hào)。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁 式蜂鳴器兩種類型。 通過 輸出方波，這個(gè)方波輸入進(jìn)蜂鳴器就會(huì)產(chǎn)生聲音，通過控制方波的頻率、時(shí)間，還能產(chǎn)生簡(jiǎn)單的音樂 。 圖 蜂鳴器報(bào)警電路 電動(dòng)機(jī)電路 步進(jìn) 電機(jī) 由單 片機(jī) 、 、 、 輸出信號(hào)。 是將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為 “ 步距角 ” ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率 來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過 定子繞組 時(shí) ，定子繞組產(chǎn)生一矢量 磁場(chǎng) 。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電 脈沖 ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與 脈沖頻率 成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 3 仿真軟件介紹 Keil uVision2 軟件 Keil c51 開發(fā)工具提供數(shù)個(gè)十分有用的特性，可以幫助你快速地成功開發(fā)嵌入式應(yīng)用。這些工具使用簡(jiǎn)單并保證你達(dá)到你的設(shè)計(jì)目的 uVision2 IDE 是一個(gè)基于 Window 的開發(fā)平臺(tái)，包含一個(gè)高效的編輯器，一個(gè)項(xiàng)目管理器和一個(gè) MAKE 工具。 uVision2 支持所有的 KEIL 8051 工具，包括 C 編譯器，宏匯編器，連接 /定位器，目標(biāo)代碼到 HEX 的轉(zhuǎn)換器。 uVision2 通過以下特性加速你的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程： ? 全功能的源代碼編輯器。 ? 器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置。 ? 項(xiàng)目管理器用來創(chuàng)建和維護(hù)你的項(xiàng)目。 ? 集成的 MAKE 工具可以匯編，編譯和連接你的嵌入式應(yīng)用。 ? 所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對(duì)話框形式的。 ? 真正的源代碼級(jí)的對(duì) CPU 和外圍器件的調(diào)試器。 ? 高級(jí) GDI（ AGDI）接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試，以及和 Monitor51進(jìn)行通信。 ? 與開發(fā)工具手冊(cè)和器件數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶指南有直接的鏈接。 uVision2 界面提供一個(gè)菜單，一個(gè)工具條以便你快速選擇命令按鈕，另外還有源代碼的顯示窗口，對(duì)話框和信息顯示。 uVision2 允許同時(shí)打開瀏覽多個(gè)源文件。 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 圖 keil uVision2 軟件界面 Proteus 軟件 Proteus 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件。 ? Proteus 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系 統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和 PCB設(shè)計(jì)等功能。 ? Proteus 是目前唯一能對(duì)各種處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的 EDA 工具，真正實(shí)現(xiàn)了在沒有目標(biāo)原形時(shí)就可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)證。 ? Proteus 軟件大大提高了企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)效率，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。 Proteus 主要由兩個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)組成： ? ISIS（ Intelligent Schematic Input System） —— 原理圖設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，它用于電路原理圖的設(shè)計(jì)以及交互式仿真。 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 ? ARES（ Advanced Routing and Editing Software） —— 高級(jí)布線和編輯軟件平臺(tái)，它用于印制電路板的設(shè)計(jì)，并產(chǎn)生光繪輸出文件。 在 Proteus 中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到 PCB 設(shè)計(jì)可以一氣呵成，具有從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)能力。 Proteus ISIS 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 界面，如圖所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 圖 Proteus ISIS軟件界面 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 確定了相關(guān)模塊功能、功能以及用到的器件后，系統(tǒng)做如下連接設(shè)計(jì)： 圖 總體硬件電路圖 其中 各引腳對(duì)應(yīng)的端口如下表所示： 表 單片機(jī)引腳與各器件對(duì)應(yīng)表 接口 對(duì)應(yīng)器件引腳 接口 對(duì)應(yīng)器件引腳 接 LCD1602 的 D0 端 空置 接 LCD1602 的 D1 端 接 LCD1602 的 RS 端 接 LCD1602 的 D2 端 接 LCD1602 的 R/W 端 接 LCD1602 的 D3 端 接 LCD1602 的 E 端 接 LCD1602 的 D4 端 接 warm 繼電器端 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 接口 對(duì)應(yīng)器件引腳 接口 對(duì)應(yīng)器件引腳 接 LCD1602 的 D5 端 接 cool繼電器端 接 LCD1602 的 D6 端 接 S1 按鍵 接 LCD1602 的 D7 端 接 S2 按鍵 空置 接 S3 按鍵 空置 接 24C02 的 SCK 端 空置 接 24C02 的 SDA端 空置 接蜂鳴器報(bào)警電路 接步進(jìn)電機(jī) A極 XTAL1 接晶振時(shí)鐘電路 接步進(jìn)電機(jī) B 極 XPAL2 接晶振時(shí)鐘電路 接步進(jìn)電機(jī) C 極 RST 接復(fù)位電路 接步進(jìn)電機(jī) D 極 PSEN—————— 空置 空置 ALE 空置 空置 EA______ 空置 空置 VCC 接電源 接 DS18B20 的 DQ 端 GND 接地 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) DS18B20 數(shù)據(jù)通信概述 和 DS18B20 通信，其命令序列有 3步：初始化、 ROM 命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)）和功能命令（跟隨需要交換的數(shù)據(jù)）。 每次訪問 DS18B20，必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令時(shí)序，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于搜索 ROM命令和報(bào)警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機(jī)不能執(zhí)行其后的功 能命令，而必須返回至第一步。 單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成，應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道總線上有從機(jī)設(shè)備且準(zhǔn)備就緒。 命令 在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM 命令。 ROM 命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一 64 位 ROM 代碼相關(guān)，允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備。 ROM 命令還允許能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。 (1)搜索 ROM[F0h] 當(dāng)系統(tǒng)初始上電時(shí)，主機(jī)必須找出 總線上所有從機(jī)設(shè)備的 ROM 代碼，這樣主機(jī)才能夠判斷出從機(jī)的數(shù)目和類型。主機(jī)通過重復(fù)執(zhí)行搜索 ROM 循環(huán)（搜索 ROM 命令跟隨著位數(shù)據(jù)交換），以找出總線上所有的從機(jī)設(shè)備。如果總線只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備，則可以采用讀 ROM 命令來替代搜索 ROM 命令。在每次執(zhí)行完搜索 ROM 循環(huán)后，主機(jī)必須返回至命令序列的第一步：初始化。 (2)讀 ROM[33h]（僅適合于單節(jié)點(diǎn)） 該命令僅適用于總線上只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備，它允許主機(jī)直接讀出從機(jī)的 64 位 ROM 代