【正文】 核心。如圖 27 為系統(tǒng)報警電路圖 圖 217 系統(tǒng)報警 電路 本章小結(jié) 本章主要講述了硬件電路系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)是在硬件電路的基礎(chǔ)上，通過軟件來完善系統(tǒng)的功能。 在對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及運(yùn)算后，要進(jìn)行查詢報警，查看鍋爐的溫度是否超出了鍋爐正常運(yùn)行的允許范圍。當(dāng)下降到 Vcc/3 時， Vo 翻轉(zhuǎn)為高電平。利用它可以構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。 Td 是放電管，當(dāng) Td 導(dǎo)通時，為放電端 7 腳提供低阻抗放電通路。平時 4 腳開路或接 Vcc。當(dāng)輸入信號從 2 腳輸入并低于 Vcc/3 時，基本 RS 觸發(fā)器置位， 555 的輸出 Vo 為高電平，同時放電開關(guān)管截止。 C C2 的輸出端控制 RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。他含有兩個電壓比較器 C C2，一個基本 RS 觸發(fā)器，一 個放電開關(guān)管 Td，比較器的參考電壓由三只 5K 的電阻構(gòu)成的分壓器提供。 圖 215 溫度顯示同步指示電路 系統(tǒng)報警電路的設(shè)計(jì) 報警電路由 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩電路，通過控制它的起振使喇叭發(fā)出聲響，并使發(fā)光二極管發(fā)光，使用時與單片機(jī)的 口相連。這樣就可以通過軟件控制 口輸出高低電平，安裝時將發(fā)光二極管與顯示器安裝在比較接近的地方，這樣便可以準(zhǔn)確地判斷顯示器顯示的是溫度還是液位。 LED 的連接如圖 214 所示。不過在這種方式的數(shù)碼管接口電路中，數(shù)碼管不宜太多，一般在 8 個以內(nèi)，否則每個數(shù)碼管所分配到的實(shí)際導(dǎo)通時間會太少，亮度不足。在這種顯示電路中，一個字位一個字位地輪流點(diǎn)亮各個 LED，每一位停留 1ms 左右，由于人的視覺暫留，好像 4 只 LED 是同時點(diǎn)亮的，并不覺察有閃爍現(xiàn)象。 4個數(shù)碼管的 8 段段選線分別與 74LS240 的輸出對應(yīng)相連，而 4 個 LED 共陰極端與7406 的輸出端 Y0 到 Y3 對應(yīng)相連。采用 8155 作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的 I/O 口，占用片外數(shù)據(jù)存儲器空間。 圖 213 鍵盤輸入電路 系統(tǒng)顯示電路的設(shè)計(jì) 動態(tài)顯示電路由顯示塊、字形碼鎖存驅(qū)動器、字位鎖存驅(qū)動器三部分組成。當(dāng)系統(tǒng)正在運(yùn)行時，也可以根據(jù)需要，隨時輸入液位值，只要按下鍵盤啟動鍵 ，便向 CPU 請求中斷， CPU 響應(yīng)鍵盤輸入的中斷，對鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)輸入完畢后，按下退出鍵時， CPU 響應(yīng)中斷完畢，釋放中斷，系統(tǒng)正常運(yùn)行。 CPU 對鍵盤上閉合鍵的鍵號確定，可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計(jì)算求得，也可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)查表求得。按鍵數(shù)較多時，為了少占用 I/O 口線，通常采用矩陣式又稱行列式鍵盤接口。 系統(tǒng)鍵盤輸入電路的設(shè)計(jì) 液位控制輸入模塊由鍵盤來設(shè)定液位的最高值和最低值，鍵盤的結(jié)構(gòu)有行列式、獨(dú)立式兩種。 圖 212 超聲波 發(fā)射和接收電路 系統(tǒng)鍵盤顯示模塊的設(shè)計(jì) 液位和溫度公用一個顯示電路，由 4 個 LED 構(gòu)成的動態(tài)顯示，為了區(qū)分顯示的是液位還是溫度，增加了一個溫度顯示同步指示電路，當(dāng)顯示溫度時發(fā)光二極管點(diǎn)亮，顯示液位時，發(fā)光二極管不亮。整流電路采用 1 個運(yùn)算放大器構(gòu)成半波整流電路，也可以采用二極管整流電路。放大電路具有頻率選擇性，僅放大 40KHZ頻率的信號，峰值頻率為 ，增益為 10 倍。從而使超聲波的發(fā)射頻率為40KHZ。超過波從發(fā)射到接收的間隔時間的測定是由單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器 T1 來完成的。 圖 211 DS18B20 與單片機(jī)的接口 液位檢測模塊的設(shè)計(jì) 液位檢測采用超聲波傳感器，超聲波頻率為 40kHz 左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳；同時，為了方便處理，發(fā)射的超聲被調(diào)制成 40kHz 左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。在 12 位有效、標(biāo)準(zhǔn)溫度下傳感器的數(shù)據(jù)輸出見表 DS18B20 的 DQ 端直接與單片機(jī)的 口相連， VDD 端接 +5V 電源， DQ 端與 +5V 電源之間通過電阻相連， GND 接地。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后 ，就把測得的溫度值與 H， TL 作比較，若 T TH 或 T TL 則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。溫度傳感器在測量完成后將測量的結(jié)果存儲在 DS18B20 的兩個 8BIT 的 RAM 中，單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取 時低位在前，高位在后數(shù)據(jù)的存儲格式如表（以12 位轉(zhuǎn)化為例）這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)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(shí)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(shí)際溫度。 DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端，電（在寄生電源接線方式時接地）。減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(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 時溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)將重新被裝入，減法計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)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 。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器 產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。 圖 29 水溫檢測電路 氣溫檢測模塊的設(shè)計(jì) 氣溫檢測選用溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 的內(nèi)部測溫電路框圖低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器 1，為計(jì)數(shù)器提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。in + 輸入，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號從 DB0 到 DB7 口輸出， ADC0804 的引腳如圖 28所示。 AD590 共有 I、 J、K、 L、 M 五檔，其中 M 檔精度最高，在 55～ +150 范圍內(nèi)，非線性誤差為177。 輸出電阻為 710MW。電源電壓可在 4V6V 范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590 的測溫范圍為 55～ +150。 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。如圖 27為水溫監(jiān)測系統(tǒng)框圖 。采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示測得的數(shù)值，采用一片 8 路三態(tài)反相緩沖器 74LS240 作為字形碼鎖存驅(qū)動器，報警電路采用555 定時器組成的振蕩電路。各種模擬信號均需通過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，考慮到被測量的有效位數(shù)及其富裕量，選 ADC0804 芯片作 A/D 轉(zhuǎn)換器。 水溫檢測模塊的設(shè)計(jì) 在熱水鍋爐中，只需把水加熱到 100℃，然后保溫，因 此必須要采用測量量程大于 100℃的溫度傳感器，該系統(tǒng)是溫度檢測系統(tǒng)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，同時可以將被測溫度顯示出來。如圖 21 為超聲波聲速表 。如果溫度改變了，則聲速的值也就不同。 圖 25 超聲波測距的 （ 21） 式中； C 為聲波在空氣中的傳播速度；為空氣的比熱比，且；為大氣靜壓強(qiáng)，且（０℃）；為空氣密度，且（０℃）；因此，可算得。這里可以用 DS18B20 測量環(huán)境溫度，根據(jù)不同的環(huán)境溫度確定聲速提高測距的穩(wěn)定性。聲速確定后，只要測得超聲波往返時間，即可求得距離。 距離計(jì)算公式： d s/2 c*t /2 *d 為被測物與測距器的距離， s 為聲波的來回路程，c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間聲速 c 與溫度有關(guān)，如溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。圖示意了超聲波測距的原理，即超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出的一個超 聲波信號，當(dāng)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接受。采用所組成的液位傳感器測量水位，可有效保證水位的自動控制，保證水質(zhì)無污染，能更好地對鍋爐進(jìn)行自動化控制控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；單片機(jī)不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性價比，應(yīng)用前景廣，同時有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動控制與調(diào)節(jié)，將保證鍋爐正常供供暖，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 圖 23 單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)展 液位控制模塊的設(shè)計(jì) 液位控制液位控制輸入模塊和控制水泵模塊，液位控制輸入模塊的作用是設(shè)定液位的最高值和最低值，控制水泵模塊的作用是控制水泵開關(guān)是否導(dǎo)通，從而達(dá)到控制液位的目的。只要讓單片機(jī)的 P20 口輸出 的脈沖，就能實(shí)現(xiàn)兩片 8155 分別占用 P20 口 2 秒的功能。對其寫入時，作為命令寄存器，寫入的是命令；而對其讀出時，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當(dāng)前 I/O 口和定時器的狀態(tài)。 I/O 的狀態(tài)查詢 8155 用狀態(tài)寄存器鎖存 I/O 口和定時器的當(dāng)前狀態(tài)，供單片機(jī)查詢用。緩沖器有數(shù)據(jù)時， BF 為高電平，否則為低電平。當(dāng) 8155的 A 口（或 B 口）緩沖器接收到設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)或設(shè)備從緩沖器中取走數(shù)據(jù)時，中斷請求線 INTR 變高（僅當(dāng)命令寄存器相應(yīng)中斷允許位為 1 時），向單片機(jī)請求中斷，單片機(jī)對 8