【正文】 應(yīng)用的功能。隨著人們生活水平的提高，人們需要更高質(zhì)量更智能的與溫度控制相關(guān)的產(chǎn)品，一個(gè)更優(yōu)秀的溫度控制器亟待開發(fā)。近年來全球工業(yè)電子溫度控制器市場增長緩慢，我國電子溫度控制器市場迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。 本課題的研究內(nèi)容 設(shè)計(jì)中用戶可以利用遙控或者鍵盤設(shè)置溫控器的工作，例如工作狀態(tài)、模式、室內(nèi)溫度。單片機(jī)有可能工作在掉電狀態(tài)，但是通過外部中斷喚醒可以保存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)重啟后，仍能保存用戶的設(shè)定信息。工作原理大概是這樣的：通過溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)采集一個(gè)封閉空間的溫度，然后傳送給單片機(jī)處理；單片機(jī) 根據(jù)人的設(shè)定信息結(jié)合采集的實(shí)際溫度自動(dòng)加熱或制冷以實(shí)現(xiàn)空調(diào)功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求如下：* 采用單片機(jī)做主控單元，完成對(duì)溫度的采集和控制的要求* 溫度控制約在0℃~40℃* 用LCD1602顯示當(dāng)前溫度* 有遙控器控制操作功能 系統(tǒng)方案的選擇系統(tǒng)可以用硬件的方式實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件的方式實(shí)現(xiàn)，具體方案有二：方案一：可以使用FPGA實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。但是對(duì)于控制系統(tǒng)來說，需要有多個(gè)狀態(tài)以及相應(yīng)的操作，F(xiàn)PGA對(duì)于微控制器來說并不擅長。這種方案實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制比較簡單，而且也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。筆者對(duì)題目再進(jìn)行深入的分析和思考，可將整個(gè)系統(tǒng)分區(qū)為以下幾部分：主控器電路、測溫電路、輸入電路、顯示電路，控制執(zhí)行電路。 系統(tǒng)各模塊方案選擇主控制器可以選用AVR系列單片機(jī)、51系列單片機(jī)或者ARM?？紤]到成本和編程復(fù)雜性，本設(shè)計(jì)選用51系列單片機(jī)AT89S52。80C51是MCS51系列單片機(jī)的典型品種。 與系統(tǒng)相關(guān)的單片機(jī)外設(shè)介紹單片機(jī)有5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，本設(shè)計(jì)中用到了三個(gè)中斷，分別是外部中斷0、外部中斷1以及定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷。中斷允許控制器可以對(duì)所有中斷以及某個(gè)中斷源設(shè)置成開放或者屏蔽。 單片機(jī)外圍電路一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。在80C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳上外接晶振，就能構(gòu)成自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。此種方式用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步。 LCD1602顯示器簡介及接口電路 LCD1602簡介LCD1602液晶顯示器具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富的特征，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。表31 LCD1602的引腳編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光電源正極8D1Data I/O16BLK背光電源負(fù)極 系統(tǒng)中LCD1602接口電路本設(shè)計(jì)中，LCD1602的數(shù)據(jù)端口接單片機(jī)的P0口，單片機(jī)的P0口用作通用I/O口時(shí)要接上拉電阻。設(shè)計(jì)中用到了4個(gè)按鍵，開/關(guān)機(jī)鍵、模式切換鍵、溫度“+”鍵、溫度“”鍵，分別對(duì)應(yīng)ON_OFF、MODE、PLUS、MINUS這四個(gè)按鍵。這個(gè)下降沿會(huì)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷0 ，從而進(jìn)入對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序，這個(gè)程序也是按鍵功能實(shí)現(xiàn)的程序。該電路電阻和電容組成一個(gè)放點(diǎn)回路，防止鍵盤誤觸發(fā)而進(jìn)入中斷服務(wù)程序。圖36 鍵盤電路 無線遙控簡介與接口電路 無線遙控原理簡介無線通信的原理就是將數(shù)據(jù)加到載波上從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，主要包括兩個(gè)部分：一個(gè)是無線發(fā)射模塊，一個(gè)是無線接收模塊。無線接收模塊在接收到無線信號(hào)后，就進(jìn)行解碼。設(shè)計(jì)中用到的發(fā)射器和接收模塊實(shí)物圖如圖37所示。表32 無線遙控接收模塊引腳圖腳位名稱功能說明1VT輸出狀態(tài)指示2D3數(shù)據(jù)輸出3D2數(shù)據(jù)輸出4D1數(shù)據(jù)輸出5D0數(shù)據(jù)輸出65V電源正極7GND電源負(fù)極8ANT接天線端 溫度傳感器簡介及接口電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器可以提供912位數(shù)字量的溫度測量，它的測溫范圍為55～＋125℃。DS18B20的主要特征：(1)先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。(3)12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒。(5)檢測溫度范圍為–55176。C 系統(tǒng)中溫度傳感器接口電路系統(tǒng)中DS18B20與單片機(jī)的接口電路如圖39所示，從圖中可以看到DS18B20的只需要一個(gè)數(shù)據(jù)線就能完成數(shù)據(jù)通信工作。簡單的硬件結(jié)構(gòu)也需要付出代價(jià)，DS18B20需要精準(zhǔn)的時(shí)序控制和復(fù)雜的編程才能準(zhǔn)確采集到溫度數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體制冷片省去了機(jī)械部件，就可以使它的體積減小，這樣它就可以應(yīng)用在一些空間受到限制的場合。其缺點(diǎn)是沒有常規(guī)制冷器件那樣制冷效果強(qiáng)大，這也讓它的應(yīng)用受到了限制。電熱絲的材料通常都是耐高溫的材料，例如鐵鉻鋁、鎳鉻材料等。 繼電器驅(qū)動(dòng)電路繼電器是一種常規(guī)的電子開關(guān)，用小電流去控制大電流運(yùn)作的電控制器件，故在電路中起著安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。本系統(tǒng)中選用的是匯科（HUI KE）繼電器HK3FFDC5VSHG，它的輸入端驅(qū)動(dòng)電壓是5V,線圈電阻70，它的輸出回路直流30V時(shí)允許通過電流為10A。、。繼電器驅(qū)動(dòng)電路的工作原理是這樣的：當(dāng)單片機(jī)管腳輸出高電平時(shí)，PNP三極管就處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器輸入端口幾乎不導(dǎo)通，繼電器處于斷開狀態(tài)；當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，PNP三極管就處于飽和狀態(tài)，繼電器輸入端就可以獲得幾乎5V的電壓而使繼電器導(dǎo)通。 大功率電路模塊介紹設(shè)計(jì)用到的制冷片以及散熱系統(tǒng)實(shí)物圖與加熱絲實(shí)物圖如圖311所示。 系統(tǒng)整體原理圖 系統(tǒng)整體原理圖見附錄1。中斷0的服務(wù)程序是用來實(shí)現(xiàn)鍵盤功能的程序，這些功能包括狀態(tài)切換、模式切換、溫度值調(diào)整，也包含了狀態(tài)切換時(shí)的部分初始化程序。定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)輸出控制功能，即啟動(dòng)或者停止加熱制冷操作[12]。 主程序介紹 主程序開始后，先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括LCD1602的初始化和單片機(jī)中斷系統(tǒng)的初始化。初始化結(jié)束后，就進(jìn)入了死循環(huán)。如果是正常工作狀態(tài)，還需要判斷en_display_normal標(biāo)志位分成不同的兩支程序。圖42 按鍵程序流程圖 按鍵程序簡介按鍵程序是安排在外部中斷0的服務(wù)程序中。當(dāng)進(jìn)入外部中斷0程序后，首先執(zhí)行延時(shí)程序，然后再次判斷是否有按鍵按下，以達(dá)到按鍵消抖的目的。根據(jù)不同的工作狀態(tài)又將程序分為兩支。當(dāng)處于正常工作狀態(tài)，然后根據(jù)不同的按鍵值選擇不同的操作程序。需要說明的是中斷服務(wù)程序的結(jié)尾部分，有一句語句是中斷標(biāo)志位清0，這是為了避免因?yàn)榘讣秳?dòng)出現(xiàn)按一次進(jìn)入兩次中斷。圖43 溫度采集與顯示程序流程圖 溫度采集與顯示程序簡介溫度采集是通過調(diào)用函數(shù)ReadTemp()實(shí)現(xiàn)的，溫度顯示是通過調(diào)用函數(shù)disply_temp()實(shí)現(xiàn)的。緊接著，判斷溫度的正負(fù)。倘若溫度為正，可以直接去轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)。 控制執(zhí)行程序設(shè)計(jì) 控制執(zhí)行程序流程圖控制執(zhí)行程序流程圖如圖44所示。在初始化程序中，將定時(shí)/計(jì)數(shù)器0設(shè)置成定時(shí)模式1，也就是16位定時(shí)器。輸出控制是這樣設(shè)想的，每隔一定的時(shí)間就來執(zhí)行一遍，這個(gè)時(shí)間就是執(zhí)行周期。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序 系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序包含5個(gè)源程序文件，；還包括7個(gè)頭文件，、。由于文件比較多，程序見附錄2。表51 元器件清單表AT89S521片繼電器3個(gè)74041片LED紅色指示燈3個(gè)10K排阻1個(gè)按鍵4個(gè)LCD16021個(gè)加熱絲1段DS18B201個(gè)制冷片及配套散熱模塊1套8550三極管3個(gè)瓷片電容30uF2個(gè)1N400710個(gè)12MH晶振1個(gè)1 kΩ電阻3個(gè)電解電容30uF1個(gè)10K電阻2個(gè)杜邦線若干6個(gè)無線遙控發(fā)射器1個(gè)無線遙控接收模塊1套茶杯1個(gè) 系統(tǒng)調(diào)試 單片機(jī)最小系統(tǒng)及液晶顯示模塊調(diào)試本人制作了一個(gè)最小系統(tǒng)板，為了避免重復(fù)插拔芯片和下載程序的方便，最小系統(tǒng)板上帶有一個(gè)USBISP接口。由于元件短缺，本人用三極管代替二極管。但是存在著一些不穩(wěn)定因素，比如模式鍵按一下，模式有時(shí)連續(xù)切換兩次?？墒牵锌赡芤?yàn)榘聪潞吞疬^程中的抖動(dòng)使中斷標(biāo)志位重新置1。所以，設(shè)計(jì)在中斷服務(wù)程序的最后加了一句中斷標(biāo)志位清零的程序，這種狀況有所改善。但是，軟件開銷很大。在設(shè)計(jì)中，由于時(shí)序程序中延時(shí)的錯(cuò)誤導(dǎo)致不能正確通信。 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試在設(shè)計(jì)中，起初只設(shè)計(jì)了兩個(gè)繼電器，分別控制加熱絲和制冷片。這個(gè)繼電器只有在正常工作狀態(tài)下才會(huì)導(dǎo)通，待機(jī)模式下便斷開。繼電器模塊實(shí)物圖如圖53所示。本人首先制作了一個(gè)封閉的空間以達(dá)到一定的絕熱效果，然后將制冷片和加熱絲分別裝進(jìn)這個(gè)空間中，用溫度傳感器去檢測制熱和制冷效果。另外，封閉空間的隔熱也并非理想，所以一開始測試時(shí)制冷片的制冷效果并不能滿足設(shè)計(jì)的需要?？墒乔皟蓚€(gè)辦法需要更多的投入，制作成本較高，所以我只能采取第三種辦法。加熱絲測試時(shí)，一開始用的是1米長左右的電熱絲，