【正文】 ........................ 9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ..................................... 11 AT89S52 單片機(jī) ............................................ 13 單片機(jī)各引腳功能 ......................................... 14 溫度采集電路設(shè)計(jì) ............................................ 16 顯示電路 ..................................................... 19 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng) ............................................. 20 數(shù)碼管靜態(tài)顯示原理 ....................................... 20 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理 ....................................... 20 輸出報(bào)警電路設(shè)計(jì) ............................................ 21 繼電器控制系統(tǒng) .............................................. 22 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) .............................................. 24 溫度顯示子程序設(shè)計(jì) ......................................... 25 輸出報(bào)警驅(qū)動(dòng)子程序 ......................................... 25 5 結(jié)論 ............................................... 27 致謝 .................................................. 28 參考文獻(xiàn) .............................................. 29 附錄 .................................................. 30 1 緒論 本課題的研究背景和意義 在當(dāng)今社會(huì)，人們對(duì)汽車(chē)的需求和依賴(lài)越來(lái)越強(qiáng)，汽車(chē)已是最重要的現(xiàn)代化交通工具。但是隨著汽車(chē)業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)也給社會(huì)帶來(lái)一些不易解決的難題：交通安全問(wèn)題、能源危機(jī)和環(huán)境污染。為了節(jié)能和減少排氣污染，必須不斷改進(jìn)現(xiàn)代的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)以提高性能。但是，現(xiàn)在的汽車(chē)仍存在很多不完善的地方，其各總成和部件還存在結(jié)構(gòu)不合理的地方，其各系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制 還存在不完善、不理想之處。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)資料表明：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻過(guò)度和冷卻不足都會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性下降，零部件磨損加劇，熱量不平衡等問(wèn)題，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性 [1]。而有的資料認(rèn)為： 850C~950C 最為適宜?？刂坪冒l(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度，可以使 發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排氣污染。 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀 發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史已超過(guò)了 100 年，最早的汽車(chē)電動(dòng)冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)在 1981 年 3 月的美國(guó)專(zhuān)利文件中 (專(zhuān)利號(hào) US4257554） [4]。然而該項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)由于沒(méi)有采用護(hù)風(fēng)罩，降低了風(fēng)機(jī)的容積效率，同時(shí)引起風(fēng)機(jī)總 效率的降低，最終只能應(yīng)用在熱負(fù)荷比較小的轎車(chē)散熱器上。該項(xiàng)專(zhuān)利在汽車(chē)散熱器前方設(shè)置空氣吸入口和輔助通口，加快了散熱器的冷卻速度，減少了電動(dòng)風(fēng)扇的電能消耗。 1989 年，美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 (專(zhuān)利號(hào) US4875521)首次在載重汽車(chē)上采用電動(dòng)冷卻風(fēng)扇，風(fēng)扇布置在散熱器中部，葉片直徑較大，驅(qū)動(dòng)功率也較大 [5]。 1994 年，臺(tái)灣裕隆汽車(chē)公司申請(qǐng)專(zhuān)利 (專(zhuān)利號(hào) 94119819)，提出了在冷卻系統(tǒng)中裝置可調(diào)轉(zhuǎn)速電動(dòng)水泵的設(shè)計(jì)。 縱觀(guān)國(guó)內(nèi)外汽車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展，目前發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)的機(jī)械控制。 改變散熱器的尺寸，以使冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配。 國(guó)內(nèi)外己進(jìn)行汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)先進(jìn)控制研究，但還沒(méi)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。但是從整個(gè)冷卻系統(tǒng)看，控制裝置的控制效果很 不精確，相互協(xié)調(diào)性較差，故發(fā)動(dòng)機(jī)未在最佳溫度下工作：且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度變化時(shí)，控制裝置的執(zhí)行動(dòng)作十分緩慢 (即反應(yīng)很慢 )，未能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況所需的最適宜溫度要求進(jìn)行控制：當(dāng)外界氣溫比較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不容易冷起動(dòng) ,且起動(dòng)后暖機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)，諸如此類(lèi)情況已不適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展。 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題研究的是基于 單片機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫控制系統(tǒng)，以當(dāng)前廣泛使用在汽車(chē)上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻系統(tǒng)為研究對(duì)象，冷卻水溫為控制對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和控制。 系統(tǒng)原理： DS18B20 傳感器組成的溫度測(cè)量電路，把測(cè)得數(shù)字信號(hào)輸入AT89S52 單片機(jī)中。 課題研究的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)： (1)溫度值采集 :采用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)得數(shù)字信號(hào)輸入AT89S52 單片機(jī)中。自動(dòng)控制模塊中的繼電器可以用于控制電控冷卻風(fēng)扇或者閥門(mén)、電控導(dǎo)風(fēng)板等。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為 1升凈水，容器為搪瓷器皿。 本課題綜合了非電量檢測(cè)技術(shù)與單片機(jī)控制技術(shù)。 環(huán)境溫度降低時(shí)（例如用電風(fēng)扇降溫）溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 10C。 采用適當(dāng)?shù)目刂品绞剑?dāng)設(shè)定溫度突變（由 400C 提高到 600C）時(shí)，減少系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。但是附加顯示、溫度設(shè)定等功能，還要附加許多電路，稍顯麻煩。 方案二：采用 AT89S52 單片機(jī)作為控制主板，同時(shí)完成溫度采集、數(shù)據(jù)顯示、按鍵設(shè)定、自動(dòng)控制功能。 綜上所述本設(shè)計(jì)采用方案 二 作為設(shè)計(jì)方案。 本系統(tǒng)利用 AT89S52 單片機(jī)作為控制核心，鍵盤(pán)電路來(lái)設(shè)定溫度值，顯示電路利用數(shù)碼管顯示溫度，報(bào)警電路對(duì)溫度高于設(shè)定值的信號(hào)產(chǎn)生警報(bào)，通過(guò)單片機(jī)的反饋繼電器是否閉合來(lái)帶動(dòng)風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到降溫的目的。單片機(jī)根據(jù)不同的輸入信號(hào)分析處理 ,并將檢測(cè)到的水溫通過(guò)數(shù)字顯示電路顯示出來(lái)，進(jìn)而與設(shè)定 的溫度值 進(jìn)行比較，如果超出設(shè)定值，立即啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)， 繼電器閉 合使風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行降溫， 如果正常，循環(huán)采集數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的自動(dòng)檢測(cè)。 采用溫度傳感器和單片機(jī)組成的溫度測(cè)量系統(tǒng) ， 測(cè)量溫度，并且用 數(shù)碼管 顯示所測(cè)溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度值的時(shí)候，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的檢測(cè)和報(bào)警。 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分電路設(shè) 計(jì) 圖 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、 /EA=1 組成，下面介紹一下每一個(gè)組成部分。 XTAL1 19 XTAL2 18 圖 3 晶振連接的內(nèi)部、外部方式圖 XTAL1 是片內(nèi)振蕩器 的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。晶振的頻率可以從1MHz24MHz 內(nèi)選擇。 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體諧振 器以及電容C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。復(fù)位后 P0－ P3口均置 1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。另外， AT89S52 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。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。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)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 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 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。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）。 腳號(hào) 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） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 表 1 AT89S52 P1口第二功能表 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) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。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(fǎng)問(wèn)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 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， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。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）。 腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) 表 2 AT89S52 P3口第二功能表 RST: 復(fù)位輸入。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端?？刹捎猛獠侩娫垂╇姡部刹捎每偩€(xiàn)供電方式，此時(shí)，把 VDD 連接在一起作為數(shù)字電源。此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC 環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)，以及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。 DS18B20 的引腳說(shuō)明如表 3： 圖 6 DS18B20引腳排列 引 腳 符 號(hào) 說(shuō) 明 1 GND 地 2 DQ 單線(xiàn)運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳漏極開(kāi)路 3 VCC 可選 VDD 引腳兩種供電方式 表 3 DS18B20的引腳說(shuō)明 4．內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 7 所示，主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。作 為另一種可供選擇的方法， DS18B20 也可用外部 5V電源供電。在單線(xiàn)接口情況下，在 ROM 操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作。這些命令對(duì)每一器件的 64 位激光 ROM 部分進(jìn)行操作。在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。該測(cè)量的結(jié)果將放入 DS18B20 的高速暫存（便箋式）存貯器（ Scratchpad memory）通過(guò)發(fā)出 讀暫存存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以讀出此結(jié)果。如果不對(duì) DS18B20 施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶(hù)存儲(chǔ)器。對(duì)這些寄存器的讀訪(fǎng)問(wèn)通過(guò)便箋存儲(chǔ)器。 DS18B20 內(nèi)部有一個(gè) 64 位的 ROM 區(qū)，其中前 8 位為該器件的序列號(hào)，接下來(lái) 48 是該器件的編號(hào)，每個(gè)器件都不一樣，用于在一線(xiàn)總線(xiàn)上連接多傳感器時(shí)進(jìn)圖 7 DS18B20內(nèi)部結(jié) 構(gòu)圖