【正文】 以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。因此，不僅必須掌握各類(lèi)傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。溫度傳感器是其中重要的一類(lèi)傳感器。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文4本設(shè)計(jì)實(shí)用性及綜合性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅可以作為智能飲水機(jī)的控制系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做環(huán)境溫度檢測(cè)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。該系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文51 緒 論 課題研究的背景從飲水機(jī)問(wèn)世以來(lái)，在中國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)逐年增加?！? 飲水機(jī)是采用瓶裝水或者自來(lái)水經(jīng)凈水器凈化作為水源，利用電能對(duì)其進(jìn)行加熱，一年四季提供常溫水或熱水的飲水電器。飲水機(jī)具有飲水時(shí)尚、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、清潔衛(wèi)生、價(jià)廉物美等優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)前絕大多數(shù)廠家生產(chǎn)的飲水機(jī)都采用智能化控制。 市場(chǎng)飲水機(jī)現(xiàn)狀可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在。單片機(jī)按其應(yīng)用范圍可分為通用型和專(zhuān)用型兩類(lèi)。家用電器所采用的通用型單片機(jī)，主要是Intel 公司的 MCS 系列產(chǎn)品。智能化，多功能必定是發(fā)展趨勢(shì)。目前廣泛使用的飲水機(jī)，具有價(jià)格低廉，制造簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的飲水機(jī)的局限性一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一,功能相對(duì)簡(jiǎn)單。第二,能耗較大。第三, 長(zhǎng)期飲用飲水機(jī)里的水會(huì)對(duì)健康不利。本此設(shè)計(jì)的基于 AT89S52 的多功能飲水機(jī), 采用 DS18B20 實(shí)現(xiàn)溫度采集，經(jīng)過(guò) LED 顯示, 讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確。同時(shí)可以對(duì)加熱溫度進(jìn)行控制，從而防止了每次加熱都使水沸騰，既節(jié)能又能更好的滿足人們的需求。(2)智能飲水機(jī)的按鍵功能：①出水鍵：控制飲水機(jī)出水和停止出水；②加熱鍵：負(fù)責(zé)控制開(kāi)始加熱和停止加熱；③鎖定鍵：按下鎖定鍵，其他按鍵無(wú)效；④切換?。喊聪潞箝_(kāi)始設(shè)定用戶想要的溫度；⑤溫度設(shè)定鍵：按一下溫度增加 5℃，溫度可在 0℃到 100℃之間循環(huán)。再次按下加熱鍵，指示燈熄滅，表示燒水停止；③鎖定鍵指示燈(藍(lán)色)：鎖定其他按鍵功能，燈亮表示其他按鍵均不可用；④超溫報(bào)警燈(紅色)：燈點(diǎn)亮表示水已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的加熱溫度或已沸騰并停止加熱；⑤數(shù)碼管：顯示當(dāng)前水溫或用戶設(shè)定的溫度。 課題設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容該設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容主要包括設(shè)計(jì)方向的選擇、設(shè)計(jì)題目的確定、設(shè)計(jì)方法的研究與比較，選擇最優(yōu)方案后開(kāi)始進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)以及最終的仿真調(diào)試。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文82 智能飲水機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 智能飲水機(jī)的總體設(shè)計(jì)整個(gè)硬件系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)、輸入輸出模塊、傳感器、其他功能電路和電源部分組成。整體框圖如圖 21 所示。 圖 21 智能飲水機(jī)電路框圖溫度檢測(cè)電路晶振電路復(fù)位電路其他功能電路功能顯示報(bào)警電路鍵盤(pán)單片機(jī)AT89S52數(shù)碼顯示電源電路河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文9 元器件選擇主機(jī)單元由 AT89S52 單片機(jī)和相關(guān)的存儲(chǔ)器組成，是儀表的核心。是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理器，單片機(jī)首先把通過(guò)傳感器測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，如果大于或小于預(yù)先設(shè)置值,就輸出信號(hào)去控制加熱器的工作,從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。(3)DS18B20:單線數(shù)字溫度傳感器，可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號(hào)，以供單片機(jī)處理。(5)按鍵：輸入模塊，用于控制單片機(jī)完成各項(xiàng)功能。同時(shí)，AT89S52 可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作指導(dǎo)下一個(gè)硬件復(fù)位。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。另外，AT89S52 可降至 0KHZ 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)停止工作，直到一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 AT89S52 晶振電路的設(shè)計(jì)每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱(chēng)是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十，高級(jí)的精度更高。一般單片機(jī)的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。也能保證溫漂等誤差。在本設(shè)計(jì)中 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶體作為定時(shí)元件，內(nèi)部反向放大器自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘。圖 22 晶振電路河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文12 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì) DS18B20 的引腳圖及方框圖DS18B20 的外形及管腳排列圖如下圖 23 所示。用在寄生電源下，可以向器件提供電源。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 DS18B20 功能特性描述DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。前兩個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第 5 字節(jié)為河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文14配置寄存器，見(jiàn)表 23，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。該字節(jié)各位的定義如表 23 所示。表 21 高速暫存 RAM字節(jié)數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9存儲(chǔ)信息 LSB MSB TH 1 TL 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC表 22 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/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750表 23 配置寄存器TM R1 R0 1 1 1 1 1由表 22 可見(jiàn)，DS18B20 分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。轉(zhuǎn)換后，溫度值就以 16 位帶符號(hào)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)。DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例。DS18B20 的溫度值格式如表 24 所示。表 25 是部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制度數(shù)據(jù)。因此，只適用于單一溫度傳感器測(cè)溫，也不宜采用電池供電系統(tǒng)，并且電源電壓必須保證是 5V。(2)DS18B20 的外部電源供電方式DS18B20 采用外部供電時(shí)，I/O 線不需要強(qiáng)上拉電壓，同時(shí)在總線上可以掛接多個(gè) DS18B20 傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。但在 proteus 仿真中 VCC 和 GND 均懸空，否則仿真錯(cuò)誤。仿真電路如下圖 24：圖 24 采用外部供電的測(cè)溫電路 主控系統(tǒng)主控系統(tǒng)采用單片機(jī)控制。電容 C7，電阻 RR8 和按鍵 S1 構(gòu)成上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位電路。 輸入控制輸入控制如圖 26 所示，采用的按鍵控制，這樣不僅減少的制作成本而且便于做。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文18圖 26 輸入電路 顯示部分LED 數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。LED 數(shù)碼管有微亮亮和超亮等不同之分，也有 寸、1 寸等不同的尺寸。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極稱(chēng)為共陽(yáng)極數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極稱(chēng)為共陰極數(shù)碼管。 顯示電路見(jiàn)圖 27。相反用 VCC 不動(dòng)，GND 逐個(gè)碰剩下的腳，如果有多個(gè) LED（一般是 8 個(gè)） ，那它就是共陽(yáng)。一般十個(gè)引腳分別為 7 個(gè)段加 2 個(gè)公共加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。至于其他引腳的排序你可以自己量出來(lái)。直到假設(shè)正確，也就是說(shuō)判斷正確，那么引腳的順序和位置就出來(lái)。(2)電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當(dāng)紅色時(shí)，使用 乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)；當(dāng)綠色時(shí)，使用 乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)。如圖 28 所示。見(jiàn)圖 29。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以控制其工作。所謂“模塊” ，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序、溫度檢測(cè)程序、顯示子程序、延時(shí)程序和其他相關(guān)程序等組成。人機(jī)對(duì)話功能鍵設(shè)置如下：(1)“出水”鍵：控制其出水和停止出水；(2)“加熱”鍵：控制其加熱和停止加熱；(3)“鎖定”鍵：用于鎖定其他所有按鍵；(4)“切換”鍵：用于將顯示器切換至溫度設(shè)定界面并開(kāi)始設(shè)定溫度； (5)“設(shè)置溫度”鍵：以 5℃為間隔在 0℃至 100℃之間以遞增方式設(shè)定水溫。 while(1) { Lock_key()。 if(flag2==0) temp_display()。 if(temp=T*10) {Temp_led=0。Hot_led=1。 if(temp=1000){Beep=0。Hot_led=1。 }}河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文24主程序程序框圖如圖 31 所示：芯片初始化開(kāi)始圖 31 主程序框圖變量定義按鍵掃描，判斷是否有鍵按下延時(shí)按鍵掃描，判斷是否有鍵按下按“出水”鍵，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)按“加熱”鍵，加熱按“鎖定”鍵，其他鍵無(wú)效按“切換”鍵，切換至調(diào)溫按“設(shè)置溫度”鍵，進(jìn)行溫度設(shè)置NYYYN顯示河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文25 各模塊程序設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)程序設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)運(yùn)用 DS18B20 芯片，因?yàn)槠涔δ苋媲揖雀?，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求，它將檢測(cè)到的水溫送給單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出給顯示電路將實(shí)時(shí)水溫顯示出來(lái)。DQ = 1。 //稍做延時(shí)DQ = 0。 //精確延時(shí) 大于 480us河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文26DQ = 1。x=DQ。} uchar ReadOneChar() { uchar i。 for (i=8。i) { DQ = 0。 DQ = 1。 delay_us(10)。 }void WriteOneChar(uchar dat) { uchar i。 i0。 DQ = datamp。 delay_us(10)。 dat=1。 uchar a,b。 WriteOneChar(0xcc)。