【正文】 值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位 S＝ 1時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表 。 表 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大 轉(zhuǎn)換時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 表 一部分溫度對應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號線， 3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機端張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 28 口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET管來完成對總線的上拉。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線 器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 圖 DS18B20 電路 DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳數(shù)據(jù)端接單片機的 ， 3腳接 VCC，為了確保 DS18B20工作可靠， 2 腳要接 10K 的上拉電阻。 二、 水位檢測 我們把儲水箱大致分為 3份，水位由潛入熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0）；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)， 3個電極檢測一遍以后便得到了 3個串行數(shù)據(jù)，然后把這 3個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 圖 水位監(jiān)測電路 水位用三根導(dǎo)線，一個是電源負(fù)極，當(dāng)導(dǎo)線接觸到水 后，由于水的導(dǎo)電性，使得兩外兩根導(dǎo)線也是低電平，從而使三極管 9012 導(dǎo)通， 和 是低電平，當(dāng)兩根導(dǎo)線不接觸水的時候，輸出是高電平。 三、 繼電器 繼電器是一種電子控制器件，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），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大點流的一種“自動開關(guān)”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵 就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 本設(shè)計包含兩個繼電器， 兩個繼電器分別是控制加熱裝置和加水裝置，用發(fā)光二極管來代替加熱裝置和加水 裝置，繼電器用三極管 9012 驅(qū)動。 繼電器可以模擬的完成實物上的自動控制。繼電器控制電路如圖所示。 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 30 圖 繼電器控制電路 圖 繼電器控制電路 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序設(shè)計 為了保證系統(tǒng)的正常運行，當(dāng)系統(tǒng)開機后，即單片機上電復(fù)位開始運行后，需要對硬件各部分進行自動檢查，如果正常，系統(tǒng)就可以繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常就必須出錯報警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運行作好準(zhǔn)備。 主程序流程圖如 41： 圖 子程序設(shè)計 溫度采集 溫度采集子程序的功能是對 DS18B20 進行初始化、查詢溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成，并 報警 轉(zhuǎn)換并顯示 結(jié)束 N 開始 初始化 水位溫度值 與上下限比較 Y 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 32 且完成對溫度數(shù)據(jù)的處理以便送 LED 顯示。其程序流圖如圖所示： 圖 溫度采集程序 控制按鍵設(shè)計 按鍵的確認(rèn)就是判斷按鍵是否閉合，反映在電壓上就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。如果是低電平，則表示閉合。因此，通過判斷電平的高低，就可以確定是否有鍵按下。但是為了確保一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除機械開關(guān)的抖動影響。消除按鍵的抖動， 通常用軟件消除的方法。在第一次檢測到有按鍵被按下時，執(zhí)行一段10ms~15ms 的延時子程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍然為低電平，如果保持為低電平狀態(tài)就 檢測 DS18B20 存在？ 發(fā)送跳過 ROM 指令 溫度轉(zhuǎn)換 等待 N Y 讀取溫度數(shù)據(jù) 處理數(shù)據(jù) 返回 開始 初始化 DS18B20 讀 DS18B20 的序列號 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 說明有鍵按下，從而消除抖動的影響。再次掃描，如果按鍵為高電平說明按鍵松開。 本報警器按鍵處理子程序流程圖如圖 所示 。 讀溫度 N Y N 圖 圖 Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗 9 字節(jié)完？ CRC校驗正？確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束 N N Y 開始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時 10ms 去抖動 是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤處理子程序 結(jié)束 Y 張 勝 ： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 34 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是兩個重要因素，而零件的安裝對于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的。如何疏忽都可能造成整機工作失常，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。元件安裝時我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機械強度、抱著那個傳熱的要求和安裝時接地與屏蔽要充分利用。為達(dá)到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時應(yīng)遵循一些基本的要求與原則。 調(diào)試步驟 對于整個系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。 首先對電源部分進行調(diào)試。 檢查印刷電路是否設(shè)計正確，元器件位置是否安裝正確。特別是二極管、三極管、電容等極性不要裝錯。觀察有沒有焊接點短路，虛焊，多余的管腳有沒有剪去。 保證導(dǎo)通與絕緣的電氣特性，電氣連接的通與斷是安裝的核心這里所說的通與斷，不僅是安裝后簡單的使用萬用表測試的結(jié)果，而且要考慮在振動，長期工作，濕度等自然條件變化的環(huán)境中，都能保證通者恒通，斷者恒斷。 保證機械強度，電子產(chǎn)品在使用過程中，不可避免的需要運輸和搬動，會發(fā)聲各種有意或無意達(dá)到振動，沖擊，如果機械安裝不夠牢固，電氣連接不 夠可靠，都有可能因為加速度的瞬間受力使裝置受到損害。 保證傳熱的要求，在安裝中，必須考慮某些零部件在傳熱，電磁方面的要求。 安裝時接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。 當(dāng)檢查電路和焊接無誤后，就可以將一些比較主要的元器件和主控芯片裝上去進行調(diào)試。 焊接后的檢查：焊接結(jié)束后必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖動應(yīng)立即補焊。 液位檢測 將自制 的測水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。我們把儲水箱大致分為3份，水位由潛入熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換，水位到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（ 0）；水位沒有到達(dá)的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（ 1）；北京交通大學(xué)海濱學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)， 3 個電極檢測一遍以后便得到了 3 個串行數(shù)據(jù)，然后把這 3個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。（若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者 只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 將自制的測水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。導(dǎo)線分三級，當(dāng)水位沒有達(dá)到最低級時，蜂鳴器響，繼電器開始模擬進水的過程；當(dāng)水位高于最低級時，蜂鳴器停止，顯示中等水位，繼電器繼續(xù)模擬上水；當(dāng)水位達(dá)到最高點時，顯示最高水位的發(fā)光二極管亮，繼電器停止工作。 溫度檢測 溫度傳感器檢測到的水溫，利用數(shù)碼管能正確顯示出當(dāng)前的水溫。 圖 軟件調(diào)試 Proteus 仿真 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件，它組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真