【正文】 此控制過程十分簡單也容易實現(xiàn)。 后向通道中單片機對繼電器的控制方案的確定 [4] 由于水溫控制電路的控制對象具有熱貯存能力大，慣性也較大的特點，水在容器內(nèi)的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以 歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)。所以繼電器的要選用交流型（ ACSSR），耐壓在220V 以上，電流為 以上。 本設(shè)計中繼電器是由單片圖 322 TTL驅(qū)動 SSR 圖 323 CMOS驅(qū)動 SSR 圖 325 DC— SSR驅(qū)動大功率高壓負載 圖 324 DC— SSR驅(qū)動大功率負載 圖 326 固態(tài)繼電器控制電路 單片機水溫控制電路設(shè)計 第 25 頁 機控制的所以它的供電電壓選擇 5V 直流電。 接口驅(qū)動本設(shè)計使用的是集成塊 7407（在 處略有介紹）。 （ 2） DC— SSR 驅(qū)動大功率高壓負載，見圖 325。 （ 3） CMOS 驅(qū)動 SSR，見圖 323。 三 .固態(tài)繼電器的典型應(yīng)用 圖 321 觸點控制 單片機水溫控制電路設(shè)計 第 24 頁 (1)觸點控制 最基本的驅(qū)動 —— 觸點控制，見圖 321。而過零型必須在 負載 電源電壓接近零且控制信號有效時，輸出端負載電源才導(dǎo)通。他們的區(qū)別在于負載交流電流導(dǎo)通的條件。目前市場上以常開式為多。直流型是用功率晶體管做開關(guān)器件；交流型則用雙向晶閘管做開關(guān)器件，分別用來接通和斷開直流或交流負載電源。他們之間用光電耦合器隔離。另外，又在輸出端附加了干擾抑制網(wǎng)絡(luò)，有效地抑制了線路中的 dv/di 和 di/dt 的影響。 （ 5） 對縣原電壓適應(yīng)能力強：交流型 SSR 的負載電源電壓可以在 30～ 220V 范圍內(nèi)任選。 （ 3） 低電磁噪聲：交流型 SSR 在采用了過零觸發(fā)技術(shù)后，電路具有零電壓開啟、零電流關(guān)斷的特性，可使對外界和本系統(tǒng) 的射頻干擾減低到最低程度。 一 .固態(tài)繼電器的主要特性 （ 1） 功率?。河捎谄漭斎氩捎玫氖枪怆婑詈掀鳎潋?qū)動電流僅需幾毫安便能可靠地控制，所以可以直接用 TTL、 HTL、 CMOS 等集成驅(qū)動電路控制。 固態(tài)繼電器 [6] 固態(tài)繼電器（ Solid state RelaySSR） 是近幾年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用 TTL、 HTL、 CMOS 等集成電路或加簡單的輔助電路就可直接驅(qū)動，因此適宜于單片機測控系統(tǒng)中作為輸出通道的控制元件；其輸出利用晶體管或可控硅驅(qū)動，無觸點。由于電磁繼電器啟動瞬間會產(chǎn)生電磁火花干擾，所以在實際應(yīng)用中如本設(shè)計類似的控制一般都選用固態(tài)繼電器 SSR[10]。因此對于大功率負載的控制，信號的隔離是電路設(shè)計中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。在實際 的工程項目設(shè)計中，由于繼電器控制的負載多為感性或容性負載 （比如本設(shè)計中的電爐就是感性負載），如果電磁隔離不好，這些負載所產(chǎn)生的高次諧波信號便會串進單片機控制電路產(chǎn)生各種干擾。繼電器又有電磁繼電器和固態(tài)繼電器之分。這種方法不僅十輸出通道省去了 D/A 轉(zhuǎn)換器和移向觸發(fā)電路，大大簡化了硬件系統(tǒng) [4]。一般來說改變輸入電爐的電壓平均值就可以改變電爐的輸出功率，而較簡單的調(diào)壓方法有相位控制調(diào)壓和通斷控制調(diào)壓法。 由于本設(shè)計要求不高，所以只采用了簡單的電源線。這一點在進行 DS1820 硬件連接 和軟件單片機水溫控制電路設(shè)計 第 22 頁 設(shè)計時也要給予一定的重視。因此，在用 DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分 布電容和阻抗匹配問題。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。 四 .本設(shè)計中 DS1820 使用中注意事項 [14] DS18B20雖然具有測溫系 統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意 一些 問題 ，下面列出本設(shè)計中使用 DS18B20 應(yīng)注意的問題： 1) 連接 DS18B20的總線電纜是由長度限制的。 站長推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根 VCC 引線。 單片機水溫控制電路設(shè)計 第 21 頁 圖 319 DS18B20 的外部電源供電方式 注意：在外部供電的方式下， DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ 。 圖 318 DS18B20 寄生電源強上拉供電方式電路圖 注意：在圖 317 和圖 318 寄生電源供電方式中， DS18B20 的 VDD 引腳必須接地 。 圖 317 DS18B20 寄生電源供電方式電路圖 [2].DS18B20 寄生電源強上拉供電方式電路圖 單片機水溫控制電路設(shè)計 第 20 頁 改進的寄生電源供電方式如下面圖 318 所示，為了 使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2 存儲器操作時，用MOSFET 把 I/O 線直接拉到 VCC 就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μS 內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。 注：此電路當(dāng) VCC 低于 時， 測出的溫度值比實際的溫度高，誤差較大。 因此，圖 34 電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不是一待用電池供電系統(tǒng)中。 獨特的寄生電源方式有三個好處： 1) 進行遠距離測溫時，無須本地電源； 2) 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM； 3) 電路更加簡潔，僅適用一個 I/O 口實 現(xiàn)測溫。 單片機水溫控制電路設(shè)計 第 19 頁 三 .DS18B20 的應(yīng)用電路 DS18B20 測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單 、測溫精度高、廉潔方便、占用口線少等優(yōu)點。 讀供電方式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式。 復(fù)制暫存器 0CCH 將 RAM中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 4 字節(jié)。 讀暫存 器 55H 讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的內(nèi)容。 表 38： (b) RAM 指令表 指令 約定代碼 功能 溫度變換 33H 啟動 DS18B20 進行溫度轉(zhuǎn)換， 12 位抓換時間最長為 750ms（ 9 位為 ms）。適用于單片機工作。為操作個器件做好準備。 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64位 ROM 編碼，訪問但總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作 準備。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待 16～60微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收 到此信號表示復(fù)位成功。第九個字節(jié)是 冗余檢驗字節(jié)。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng) S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0和第1個字節(jié)。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。如實際溫度值單片機水溫控制電路設(shè)計 第 16 頁 十進制與傳感器輸出二進制、十六進制對應(yīng)表 34所示 表 34 實際溫度值十進制與傳感器輸出二進制、十六進制對應(yīng)表 注： The poweron reset value of the temperature register is ＋ 85℃ （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的 內(nèi)部 存儲器 包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可 電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和第溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 DS18B20 溫度值格式表 如表 33所示 表 33： DS18B20 溫度值格式表 LS Byte bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 23 22 21 20 21 22 23 24 BS Byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20的兩個 8比特的 RAM中，二進制中的前面 5位 是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實際溫度。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就 可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 一 .DS18B20 有 4個主要的數(shù)據(jù)部件 : （ 1） 光刻 ROM 中 的 64位序列號是出廠前被光刻好的 ,他可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。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)計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，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)直到計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2的脈沖輸入。 DS18B20 測溫原理如圖 316所示。如圖 315 所示 圖 315 DS18B20 的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 三 .DS18B20 引腳定義： （ 1） DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； （ 2） GND 為電源地線； （ 3） VDD 為外界供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 DS18B20 的外形 、 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 及引腳定義 一 .DS18B20 的外形及管腳排列 。 （ 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。 （ 6）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 。 （ 5）溫 度 范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 。 DS18B20 的主要特性 [9] （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。使你可以充分發(fā)揮 “ 一線圖 312 鍵按下和釋放時的電壓波形 圖 313 獨立式鍵盤 單片機水溫控制電路設(shè)計 第 13 頁 總線 ” 的優(yōu)點。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測 量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 前向通道 的設(shè)計 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的發(fā)展 美國 Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專利技術(shù)。要判別是否有鍵按下，用單片機的位處理指令十分方便。這是最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)，該電路為查詢方式電路。 二 .獨立式按鍵 鍵盤可分為獨立連接式和行列式（矩陣式）兩類， 本設(shè)計使用的是獨立連接式，所以這里只介紹獨立連接式。 如果按鍵較 多，常用軟件方法去抖動，及檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，產(chǎn)生 5～10ms 的延時；讓前沿抖動消失后，再一次檢測按鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確定真正有鍵按下。按鍵的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。為確保 CPU 對按鍵的一次閉合僅做一次處理，必須去除鍵抖動。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖 312 所示。通常按鍵所用的開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當(dāng)機械觸點端來、閉合時，電壓信號波形如 圖 312所示。 一 .鍵盤工作原理 鍵盤中每個按鍵都是一個常開開關(guān)電路，如圖 311所示。靠軟件識別的稱為非編碼鍵盤。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。下面我就來介紹一下 LED 顯示器動態(tài)顯示的軟件 子程序清單 （以圖 39 共陰極 2 位 LED 顯示器為例） ： 見附 錄 四 （ 本設(shè)計就是采用這種方式顯示 ）。雖然這些字符是不在同一時刻出現(xiàn)的，但由于 LED 顯示器的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時亮”的假象，達到同時顯示的效果。也就是說在同一時刻只有選通位才能顯示出相應(yīng)的字符，而其它位是熄滅的。這樣，在同一時刻 2 位 LED 中只有選通的那一位顯示出字符，而其它的 LED 則是熄滅的。因此，要在同一時刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，那兩位 LED 將顯示相同的字符。 圖 39 用 AT89C51 單片機控制 LED 動態(tài)顯示方式接口 其中 7407 是同 相 器集成塊，其 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如圖 310， 它是用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管的。 在多位 LED顯示時 ,為簡化硬件電路 ,