【導(dǎo)讀】隨著人們生活水平的提高，各種熱水器的使用已相當(dāng)普及。與之相配套的控制儀也相。然而，目前市場(chǎng)上的各種熱水器控制電路還與理想要求相差甚遠(yuǎn)。AT89S52單片機(jī)控制、DS18B20溫度傳感器、獨(dú)立鍵盤、LED數(shù)碼管和報(bào)警系統(tǒng)組成。通過軟硬件調(diào)試使以上所述功能都能正常實(shí)現(xiàn)。由廣泛的實(shí)用價(jià)值，其基于單片機(jī)的改進(jìn)方法也具用廣泛的應(yīng)用意義。

　　

【正文】 義 由表 可見， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存 RAM 的第 8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9字節(jié)讀出前面所有8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存 存儲(chǔ)器的第 2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。 當(dāng)符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表 是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。 表 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 R1 R0 分辨率 /位 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 的測(cè)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 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將－ 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器１、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 減 法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)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(cè)溫度值。 表 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)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(jī)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(shí) DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號(hào)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(jī)端苗曦露： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和 溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時(shí) 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(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)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(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)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(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后 ，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)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(jī)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(cè) 我們把儲(chǔ)水箱大致分為 3 份，水位由潛入熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；由單片機(jī)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(jìn)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(cè)一位便得到一位數(shù)據(jù)， 3個(gè)電極檢測(cè)一遍以后便得到了 3個(gè)串行數(shù)據(jù)，然后把這 3 個(gè)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(gè)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(gè)華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。 圖 水位監(jiān)測(cè)電路 水位用三根導(dǎo)線，一個(gè)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(shí)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(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大點(diǎn)流的一種“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。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)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(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后， 電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）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(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。 本設(shè)計(jì)包含兩個(gè)繼電器， 兩個(gè)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(dòng)。 繼電器可以模擬的完成實(shí)物上的自動(dòng)控制。繼電器控制電路如圖所示。 苗曦露： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 圖 繼電器控制電路 圖 繼電器控制電路 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) 為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，即單片機(jī)上電復(fù)位開始運(yùn)行后，需要對(duì)硬件各部分進(jìn)行自動(dòng)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(cuò)報(bào)警，以便人工修正，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行作好準(zhǔn)備。 主程序流程圖如 41： 圖 子程序設(shè)計(jì) 溫度采集 溫度采集子程序的功能是對(duì) DS18B20 進(jìn)行初始化、查詢溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成，并 報(bào)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 苗曦露： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 且完成對(duì)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(jì) 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(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除機(jī)械開關(guān)的抖動(dòng)影響。消除按鍵的抖動(dòng)，通常用軟件消除的方法。在第一次檢測(cè)到有按鍵被按下時(shí)，執(zhí)行一段10ms~15ms 的延時(shí)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(cè) 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(hào) 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 說明有鍵按下，從而消除抖動(dòng)的影響。再次掃描，如果按鍵為高電平說明按鍵松開。 本報(bào)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(yàn) 9 字節(jié)完？ CRC校驗(yàn)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(shí) 10ms 去抖動(dòng) 是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤處理子程序 結(jié)束 Y 苗曦露： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 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(gè)重要因素，而零件的安裝對(duì)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(jī)工作失常，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。元件安裝時(shí)我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機(jī)械強(qiáng)度、抱著那個(gè)傳熱的要求和安裝時(shí)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(shí)應(yīng)遵循一些基本的要求與原則。 調(diào)試步驟 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)制作完成后，調(diào)試工作是 非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作。 首先對(duì)電源部分進(jìn)行調(diào)試。 檢查印刷電路是否設(shè)計(jì)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(cuò)。觀察有沒有焊接點(diǎn)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(jiǎn)單的使用萬用表測(cè)試的結(jié)果，而且要考慮在振動(dòng)，長(zhǎng)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(jī)械強(qiáng)度，電子產(chǎn)品在使用過程中，不可避免的需要運(yùn)輸和搬動(dòng)，會(huì)發(fā)聲各種有意或無 意達(dá)到振動(dòng)，沖擊，如果機(jī)械安裝不夠牢固，電氣連接不夠可靠，都有可能因?yàn)榧铀俣鹊乃查g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(shí)接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對(duì)產(chǎn)品的電磁干擾，二是消除產(chǎn)品對(duì)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(jìn)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(dòng)， 如發(fā)現(xiàn)搖動(dòng)應(yīng)立即補(bǔ)焊。 液位檢測(cè) 將自制的測(cè)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(chǔ)水箱大致分為3份，水位由潛入熱水器的儲(chǔ)水箱不同深度的水位電極和潛入儲(chǔ)水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進(jìn)行檢測(cè)；由單片機(jī)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(jìn)行電苗曦露： 基于單片機(jī)的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 位轉(zhuǎn)換，