【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 檢測(cè)定時(shí)器是否定時(shí)結(jié)束，如果定時(shí)結(jié)束然后立即把當(dāng)前的溫度值寫入到 AT24C02 中進(jìn)行保存。這樣做的目的是防止掉電溫度數(shù)據(jù)的丟失 ，使溫度數(shù)據(jù)不完整造成經(jīng)濟(jì)影響。同時(shí) 將采集到的溫度值用 LCD1602 顯示到 每戶的 客戶端 （溫度的平均值） 。最后通過串口與 GSM 模塊通信以控制啟動(dòng) SIM300 和數(shù)據(jù)的收發(fā)等。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸 數(shù)據(jù)穩(wěn)定 可靠， 安裝方便，好組網(wǎng)又 具有實(shí)時(shí)在線通信 且 成本低 等 優(yōu)點(diǎn)。 研究 /設(shè)計(jì)的目標(biāo) 本系統(tǒng)是一種安裝在以水為媒體的集中供熱系統(tǒng)中，用于對(duì)用戶的采暖熱量進(jìn)行計(jì)算分配的裝置。該裝置集成了熱計(jì)量技術(shù)，和數(shù)據(jù)通信技術(shù)。溫度法是利用在同樣的氣候條件和相同的時(shí)間內(nèi)，各個(gè)房間的耗熱量與室溫有關(guān)的原理。此法可以將山墻，屋面，地面等 部位的多耗熱量分?jǐn)偟綐莾?nèi)的各個(gè)用戶上，體現(xiàn)了在舒適條件相同的情況下，應(yīng)交相同供熱費(fèi)的原則。按一個(gè)供熱系統(tǒng)所 4 有熱用戶每戶用的平均溫度進(jìn)行 供熱費(fèi)用 收取的基本原則，而溫度法熱計(jì)量系統(tǒng)是依據(jù)熱用戶的住房面積和室內(nèi)溫度，系統(tǒng)每十五分鐘進(jìn)行一次 每室的 溫度采集 然后求取每戶的 平均 溫度，然后再將 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存 并且遠(yuǎn)程傳輸 。 本系統(tǒng)的硬件電路圖主要實(shí)現(xiàn)的是每室溫度的采集，然后將每室的溫度通過數(shù)據(jù)線傳輸給每戶的中斷，然后利用 STC12C5A60S2 作為處理器，將每室的溫度值采集到處理器中，然后求取平均值，然后再發(fā)送開啟串口中斷通過SIM300 把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸給供熱公司，供熱公司將每戶的數(shù)據(jù)定時(shí)的保存在計(jì)算機(jī)中，留作后續(xù)的溫度記錄和處理。本設(shè)計(jì)的擴(kuò)展部分為 用 LCD1602 液晶屏顯示年月日時(shí)分秒 以及當(dāng)前的溫度值 ，并且為用戶提供了溫度上下限保護(hù)功能，同時(shí)又增加了按鍵記錄當(dāng)前溫度，這樣做的目的是可以把不合理的溫度記錄下來，方便用戶向供熱公司提出反應(yīng)的憑證。 用戶可以記錄十組溫度值，而且可以隨時(shí)調(diào)用這十組的溫度值，也可以任意的擦掉保存的記錄值。整個(gè)電路才用9V 開關(guān)電源供電。 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件 總 結(jié)構(gòu)圖如 圖 11所示 ： 圖 11 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖 5 第 2 章 系統(tǒng)的工作原理 系統(tǒng)的 原理 本系統(tǒng) 采用 STC12C5A60S2 作為主處理芯片，采集供熱用戶的每室溫度，每室 的溫度數(shù)據(jù)通過溫度通信線傳輸給戶終端 。然后 戶終端再 求取每戶的 平均溫度值， 并且每五分鐘寫一次溫度數(shù)據(jù)到 AT24C04 進(jìn)行保存，最后 由每戶的終端通 過 SIM300 將 保存在 AT24C04 中的溫度 數(shù)據(jù) 定時(shí)發(fā) 送給供熱終端，這樣可以避免 被 供熱用戶和供熱公司 之間因?yàn)楣釂栴}發(fā)生經(jīng)濟(jì)糾紛 。 本系統(tǒng)的處理芯片如圖 21 所示 。 STC12C5A60S2 處理芯片 6 圖 21 STC12C5A60S2 CPU（ STC12C5A60S2） 主要性能 CPU 的主要性能 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、 60K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、 32 個(gè)可編程 I/O 口線、三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工 UART 串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時(shí)器 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符 等 。 功能特性描述 7 STC12C5A60S2 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 60K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 [1]。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC12C5A60S2 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超 級(jí) 有效的解決方案。 STC12C5A60S2 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 60k 字節(jié) Flash， 1280 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC12C5A60S2 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash. P0 口 ： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫 “1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P1 口 的 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 。 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） 。 8 MOSI（在線系統(tǒng)編程用） 。 MISO（在線系統(tǒng)編程用） 。 SCK（在線系統(tǒng)編程用） 。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平 [2]。對(duì) P2 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容 [3]。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也 可以 接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 STC12C5A60S2 特殊功能（第二功能）使用，如下所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 P3 口的 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位 [4]。 9 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖。對(duì) FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效 [5]。 PSEN—— 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) STC12C5A60S2 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 本系統(tǒng)采用 給 SIM300 模塊供電，采用 5V 給單片機(jī)供電。擴(kuò)展功能為可以顯示時(shí)鐘 溫度上下限報(bào)警 以及按鍵保存當(dāng)前溫度等功能 ，以及發(fā)送手機(jī)號(hào)碼的設(shè)置，可以按鍵修改發(fā)送溫度的時(shí)間，同時(shí)應(yīng)用 AT24C04 EEPROM 作為 溫度數(shù)據(jù)的 掉電保護(hù) [6]。 10 第 3 章 系統(tǒng)的 硬件 選擇 本系統(tǒng)的構(gòu)成 溫度法熱計(jì)量 器 系統(tǒng)由溫度傳感 器 采集每室的溫度值然后發(fā)送給戶終端 ，然后 戶 終端的單片機(jī)求取戶 溫度 的 平均 值 ， 然后顯示到 LCD1602 顯示器 上 、 最后利用通信模塊 SIM300 利用單片機(jī)定時(shí)器和串口中斷將記錄在 AT24C04 中的溫度值發(fā)送 到供熱公司 。 本系統(tǒng)的硬件選擇 11 溫度傳感器的選擇 方案一：溫度采集選擇 DS18B20 電路 的性能指標(biāo) DS18xx 系列溫度傳感器是數(shù)字式溫度傳感器，相對(duì)于傳統(tǒng)溫度傳感器精度高、穩(wěn)定性好、電路簡(jiǎn)單、控制方便 [7]。 DS18B20 有很多特性，現(xiàn)列舉以下幾點(diǎn)： （ 1） 應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫電路； （ 2） 測(cè)溫范圍為 55度 — 125度，最大精度可以達(dá)到 ； （ 3） 只通過一條數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)通信。 （ 4） 每個(gè) DS18B20 器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)，所以一條數(shù)據(jù)線上可以掛接很多 該傳感器。 （ 5） 內(nèi)部有溫度上下限警告功能。 DS18B20 工作時(shí)需要接受特定的指令來完成相應(yīng)的功能，它的指令可分為 ROM 指令和 RAM 指令 [8]。 ROM 指令主要是對(duì)其內(nèi)部的 ROM 進(jìn)行操作，每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi) ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過 ROM，啟動(dòng)所有 DSl8B20 進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個(gè) DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)； RAM 指令主要是完成對(duì)其內(nèi) RAM 中 的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，如讓其開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、讀數(shù)據(jù)等。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是單總線器件，數(shù)據(jù)的讀寫只通過一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行并且這一條線上可以掛很多該傳感器。這樣對(duì)器件進(jìn)行讀寫指令時(shí)就比較麻煩，必須應(yīng)用特定時(shí)序來識(shí)別高低平信號(hào)，所以指令表中 0、 1 在寫給DS18B20 時(shí)就得變成代表 0、 1 電平的時(shí)序段序列 [9]。同樣，從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，也是由特定的時(shí)序來完成數(shù)據(jù)讀取。 DS18B20 可以初始化數(shù)據(jù)精度，按芯片手冊(cè)寫入固定指令。數(shù)據(jù)位數(shù)可設(shè)置成 1 12 位，其中七位為溫度整數(shù)部分， 1 位表示溫度正負(fù) ，其余位數(shù)為小數(shù)。如 9 位數(shù)據(jù)時(shí)，有 1 位為小數(shù)，精度為 。溫度以 16 位帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出， DS18B20 測(cè)溫范圍為 55 度至 125 度，以 度遞增。溫度值與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系如表 所示： 12 表 溫度值與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系 溫度℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 + 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 11111111 11111111 FFFF 25 11111111 11001110 FFCE 55 11111111 10010010 FF92 DS18B20 需要嚴(yán)格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性，協(xié)議包括幾種單線信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫 0、