【正文】 igital display and offers a variety of operating light to indicate system now live in the state, such as: temperature setting, heating, and stop heating, the entire system through the four buttons to set the heating temperature and control the operating mode. KEY WORDS： Microcontroller, digital display, single bus, DS18B20 單片機的水溫控制 III 緒 論 及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制 ,在許多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié) .水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動運作，例如 冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等 ， 對工件的 水 處理溫度要求嚴格控制 。超過這個范圍，系統(tǒng)或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。同時，我們也希望在適 宜溫度范圍內可以由檢測人員根據(jù)實際情況加以改變。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機技術與傳感與測量技術 、信號與系統(tǒng)分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數(shù)據(jù)庫技術以及數(shù)據(jù)結構、計算機操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結構設計和制造工藝等的結合，使得單片機的應用非常廣泛。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內部配線少、成本低，制造、安裝、調試及維修方便?，F(xiàn)在常用的溫度傳感器芯片不但功率消耗低、準確率高，而且比傳統(tǒng)的溫度傳感器有更好的線性表現(xiàn)，最重要的一點是使用起來方便。 本系統(tǒng)的設計方案和步驟如下 ： (1) 根據(jù)需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級劃分模塊。 (3) 確定軟件開發(fā)環(huán)境，選擇設計語言，完成模塊功能設計，并分別調試通過。 首先接通電源系統(tǒng)開始工作，系統(tǒng)開始工作后，通過按鍵設定溫度值的上限值和下限值，確定按鍵將設定的溫度值存儲到指定的地址空間， 溫度傳感器 開始實時檢測，調用顯示子程序顯示檢測結果 ，調用比較當前顯示溫度值與開始設定的溫度值比較，如果當前顯示值低于設定值就通過繼電器起動加熱裝置，直到達到設定值停止加熱，之后進行保溫 ， 如果溫度高于上限進行報警。，初始按下表示開始進入溫度設定狀態(tài)，然后通過 ，再次按下 ，表示確認所 設定的溫度，然后轉入升溫或降溫。 。整個電路都是通過軟件控制實現(xiàn)設計要求。如圖 2－ 1，單片機最小系統(tǒng)有復位電路和振蕩器電路。因為該腳不接時為低電平，單片機 將直接讀取外部程序存儲器，而系統(tǒng)沒有外部程序存儲器，所以 VPEA/ 必須接 VCC。 單片機的水溫控制 3 圖 2－ 1 單片機最小系統(tǒng) 圖 鍵盤電路 鍵盤是單片機應用系統(tǒng)中的主要輸入設備，單片機使用的鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。因此使用方便，但硬件較復雜。非編碼鍵盤中鍵的數(shù)量較少，硬件簡單，在單片機中應用非常廣泛。167。241。171。由視覺暫留 ， 只要我們的延時時間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來非常的穩(wěn)定清楚 ， 過程如 表 31。171。171。171。171。第三位數(shù)碼管靜態(tài)顯示符號 “℃” 。 右上角的紅色 LED是電源指示燈； 數(shù)碼管右邊的紅色 LED是加熱指 示燈，當剛開機或溫度降到設定溫度 5℃ 以下時，該燈會亮，表示目前處于加熱狀態(tài)；當溫度上升到設定溫度時，該 LED滅，同時數(shù)碼管右邊的綠色 LED亮，表示目前處于保溫狀態(tài)，用戶可以使用熱水器；當溫度再次下降到設定溫度 5℃ 以下時，綠色 LED滅，紅色加熱的 LED燈亮 ， 不斷循環(huán)。 Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820是世界上第一片支持 “ 一單片機的水溫控制 6線總線 ” 接口的溫度傳感器。 DS18B DS1822“ 一線總線 ” 數(shù)字化溫度傳感器同 DS18B20一樣， DS18B20也支持 “ 一線總線 ” 接口，測量溫度范圍為 55℃~+125℃ ，在 10℃ ~+85℃ 范圍內 ,精度為 177。 DS1822的精度較差為 177?，F(xiàn)場溫度直接以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 圖 24 DS18B20 封裝 引腳定義： ① DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； ② GND 為電源地； ③ VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。從兩個角度來理解單線總線：第一，單線總線只定義了一個信號線，而且 DS18B20智能程度較低（這點可以與微控制器和 SPI器件間的通信做一個比較），所以 DS18B20和處理器之間的通信必然要通過嚴格的時序控制來完成。這種設計使總線上的器件在合適的時間驅動它。這就決定：（ 1）微控制器不能單方面控制單片機的水溫控制 7總線狀態(tài)。這是一個錯誤的觀點。置 1操作是為了是 I/O口截止（ cut off），以確保微控制器正確讀取數(shù)據(jù)。自動截止是為確保： 1時，在總線操作的間隙總線處于空閑狀態(tài)，即高態(tài)。 由于 DS18B20采用的是 1－ Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S52單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20芯片的訪問。 對于 DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20的讀時序圖如圖 26所示 。 單片機的水溫控制 8對于 DS18B20寫 0時序和寫 1時序的要求不同，當要寫 0時序時， 單總線要被拉低至少60us，保證 DS18B20能夠在 15us到 45us之間能夠正確地采樣 IO總線上的 “0” 電平，當要寫 1時序時，單總線被拉低之后，在 15us之內就得釋放單總線。 圖 27 DS18B20 的寫時序圖 （ 3） DS18B20的供電方式 在圖 28中示出了 DS18B20的寄生電源電路。寄生電路的優(yōu)點是雙重的 ， 遠程溫度控制監(jiān)測無需本地電源 ， 缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。 有兩種方法確保 DS18B20 在其有效變換期內得到足夠的電源電流。如圖 28 所示，通過使用一個 MOSFET 把 DQ 線直接接到電源可實現(xiàn)這一點，這時DS18B20 工作在寄生電源工作方式，在該方式下 VDD 引腳必須連接到地。這種方法的優(yōu)點是在 DQ 線上不要求強的上拉，總線上主機不需要連接其它的外圍器件便在溫度變換期間使總線保持高電平，這樣也允許在變換期間其它數(shù)據(jù)在單總線上傳送。 圖 29 DS18B20 供電方式 2 （ 4） DS18B20 設計中應注意的幾個問題 DS18B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點 ， 但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題 ： 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償 ， 由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送 。在 DS18B20 有關資料中均未提及 1Wire上所掛 DS18B20數(shù)量問題 ， 容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20， 在實際應用中并非如此。連接 DS18B20的總線 電纜是有長度限制的。 本文以廣泛應用的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20為例 ， 說明了 1Wire總線的操作過程和基本原理。他們都具有節(jié)省 I/O資源、結構簡單、開發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴展等優(yōu)點 ， 因此有廣闊的應用空間 ， 具有較大的推廣價值。DS18B20與單片機連接圖如圖所示 210所示。電子組件要正常運作都需要電源電壓供電，一般常用的電源電壓為 +5V或 +12V，因為數(shù)字 IC （ Ingegrated Circuit：集成電路）所供給的電壓為 +5V， 而 CMOS IC所供給的電壓為 +12V， 7805是一個穩(wěn)壓塊。 L7805輸出端要并聯(lián)上一個電解電容，濾除交流電干擾，防止損壞單片機系統(tǒng)。黃色發(fā)光二極管表示保溫，紅色的表示加熱狀態(tài)。報 警電路原理圖如圖所示。當程序進入報警子程序時，把 0，就會觸發(fā)蜂鳴器， 為了使報警聲音效果更好，對 ， 發(fā)出報警 嘟嚕 聲音。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電流的一種 “ 自動開關 ” 。繼電器控制接點操作說明如下： ●COM ： Common，共同點。 ●NC ： Normal Close常閉點。 ●NO ： Normal Open常開點。 當 89S52的 ，繼電器不導通，反之當輸出低電平時，繼電器導通，這樣就激活了連接回路。主要包括四段程序的設計：DS18B20讀溫度程序，數(shù)碼管的驅動程序，鍵盤掃描程序，以及抱經處理程序。 DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復位脈沖） → 發(fā) ROM功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù) 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， DS18B20必須首先調用啟動溫度轉換函數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊上對應轉換時間來超作，如為 12位轉換，則應該是最大 750mS，另外在對 DS18B20超作時，時序要求非常嚴格 ，因此最好禁止系統(tǒng)中斷。 DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時序都是將主機作為主設備，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。 DS18B20的讀時序： （ 1）對于 DS18B20的讀時序分為讀 0時序和讀 1時序兩個過程 。 DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要 60us才能完成。 （ 2）對于 DS18B20寫 0時序和寫 1時序的要求不同，當要寫 0時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20能夠在 15us到 45us之間能夠正確地采樣 IO總線上的 “0” 電單片機的水溫控制 16 平，當要寫 1時序時，單總線被拉低之后，在 15us之內就得釋放單總線。 開 始初 始 化D S 1 8 B 2 0 存 在 嗎 ？R O M 操 作 命 令存 儲 操 作 命 令讀 取 溫 度 值返 回YN 圖 32 讀取溫度 DS18B20 模塊的流程 圖 程序代碼為： GET_TEMPER: SETB DQ 。先復位 DS18B20 JB FLAG1,TSS2 RET 。DS18B20 已經被檢測到 !!!!!!!!!!!!!!!跳過 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,44H 。這里通過調用顯示子程序實現(xiàn)延時一段時間 ,等待 AD轉換結束 ,12 位的話 750 微秒 LCALL INIT_1820 。跳過 ROM 匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,0BEH 。將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到 35H/36H RET 鍵盤掃描處理流程 此流程為鍵盤掃描處理， CPU通過檢測各數(shù)據(jù)線的狀態(tài) (0或 1)就能知道是否有按鍵閉合以及哪個按鍵閉合。 開 始溫 度 設 置 鍵 是 否 按 下 ?調 設 置 功 能 子 程 序溫 度 + 5 鍵 是 否 按 下 ?溫 度 5 鍵 是 否 按 下 ?返 回 鍵 是 否 按 下 ?調 溫 度 + 5 功 能 子 程 序調 溫 度 5 功 能 子 程 序調 顯 示 子 程 序返 回 主 程 序YNNYYYN溫 度 設 置 鍵 是 否 按 下 ?YNNYN 圖 33 鍵盤掃描子程序流程圖 單片機的水溫控制