【正文】 品，溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電阻，部分產(chǎn)品的溫度設(shè)定和風(fēng)速開關(guān)通過觸摸鍵和液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，冷熱切換自動完成，運(yùn)算放大電路和開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)雙位調(diào)節(jié)。 目前國內(nèi)外生產(chǎn)廠家正在研究開發(fā)第三代智能型溫控器，如DS18B20。現(xiàn)在已有國內(nèi)廠家生產(chǎn)出了智能型溫控器，并已應(yīng)用于實(shí)際工程。研究方法則是采用C51單片機(jī)開發(fā)板模擬電冰箱工作環(huán)境，并模擬設(shè)定電冰箱各項(xiàng)參數(shù)，以研究電冰箱溫控器的工作原理及設(shè)計。 第2章 總體設(shè)計方案 功能要求通過液晶顯示所設(shè)定的溫度，溫度能隨意調(diào)節(jié)，能自動控制電冰箱工作，使其通過制冷達(dá)到所設(shè)定的溫度。在日常生活及工農(nóng)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電耦和熱電阻。因此這種選擇就有如下主要缺點(diǎn)：● 硬件電路復(fù)雜；● 軟件調(diào)試復(fù)雜；● 制作成本高；采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的高性能數(shù)字智能溫度傳感器DS18B20。DS18B20可以直接讀出被測溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)由6個模塊組成：主控制器、測溫電路、液晶顯示電路、過欠壓檢測電路、按鍵電路、繼電器壓縮機(jī)電路。圖 2 1 溫度控制器總體電路結(jié)構(gòu)框圖第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件電路的重要芯片介紹 溫控器電路設(shè)計原理圖如附錄A所示，控制器使用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器使用DS18B20，及12864液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)溫度和其他顯示。如圖31所示。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了單片機(jī)具有體積小、成本低、可靠性高、應(yīng)用靈活、開發(fā)效率高、易于被產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)，使其具有很強(qiáng)的面向控制的能力，在工業(yè)自動化控制、家用電器、智能化儀表、機(jī)器人、軍事裝置等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。 GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是本系統(tǒng)不可或缺的元件，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的性能，因此溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的高性能數(shù)字溫度傳感器DS18B20。多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。 GND：為電源地。 ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同,這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。以下圖表為DS18B20的溫度存儲方式，負(fù)溫度S = 1，正溫度S = 0，如:0550H為+ 85℃， ℃，F(xiàn)C90H為 55℃。其中配置寄存器的格式如下： 0R1R011111 高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器。 DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。在圖34（a）中，A1,A2是專用電壓比較器LM119。在使用時，必須外接上拉電阻。 此電路的工作原理是： 當(dāng)輸入電壓UiUR2時，比較器A1的輸出管截止，而比較器A2的輸出管導(dǎo)通，此時窗口比較器的輸出電平將由比較器A2輸出電平確定為低電平。 只有當(dāng)輸入電壓處于窗口電壓之內(nèi)，即UR2UiUR1時，比較器A1和A2輸出管均截止，窗口比較器輸出電平是由上拉負(fù)載電阻拉向高電平。 (a) (b)圖 3 4 過欠壓檢測電路 12864液晶連接電路 液晶顯示屏有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 。帶中文字庫的12864每屏可顯示4行8列共32個1616點(diǎn)陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個168點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多實(shí)現(xiàn)32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。軟件程序設(shè)計總體流程圖如下圖41：圖 4 1 軟件程序設(shè)計總體流程圖 由于51系列的單片機(jī)沒有停機(jī)的指令，所以可以利用主程序設(shè)置死循環(huán)反復(fù)運(yùn)行各個任務(wù)。 顯示子程序 在本次設(shè)計中，顯示子程序包括三部分：往LCD液晶顯示屏發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令子程序，LCD液晶屏初始化子程序，顯示數(shù)據(jù)處理程序。其流程圖如圖42所示。LCD液晶屏初始化完成后就可以顯示各種字符了，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。3) 顯示數(shù)據(jù)處理程序調(diào)用方式：void lcd_mesg(uchar code *adder1)函數(shù)說明：顯示全屏的內(nèi)容調(diào)用方式：void lcd_mesg2(uchar add,uchar code *adder2)函數(shù)說明：顯示某一行的內(nèi)容調(diào)用方式：void LCD_w_wd(uchar add2,int wwd,uchar fs)函數(shù)說明：溫度顯示處理并送入LCD的指定區(qū)域這些函數(shù)的使用可以使得顯示內(nèi)容時，非常合適的處理好了頁切換和列切換，只要通過查表送至12864液晶顯示屏RAM中便可顯示自如。讀DS18B20程序流程圖如圖44。2） 讀溫度子程序的主要功能是讀出DS18B20的RAM中的9個字節(jié)。在讀出時須進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。3） 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換開始命令。在本程序中，采用2s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換完成。4） 計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。DS18B20的轉(zhuǎn)換精度為9~12位可選，為了提高精度采用12位。擴(kuò)大十倍，℃。在編寫程序過程中，如果直接對代表溫度值的變量yskey的值在20~20操作對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換將很復(fù)雜和麻煩。程序的詳細(xì)設(shè)計流程圖如下圖45：圖 4 5預(yù)置溫度調(diào)節(jié)程序流程圖 yskey返回給主函數(shù)中的ys后，要得到真實(shí)的溫度值，只需要判斷ys是大于等于20，還是小于20的。將其值送入指定的溫度顯示區(qū)域，我們便能夠適時的看到調(diào)節(jié)的預(yù)置溫度了。而對壓縮機(jī)的控制則是通過控制繼電器的通斷決定是否給壓縮機(jī)通電工作來實(shí)現(xiàn)的。若當(dāng)壓縮機(jī)的工作電壓不正常時，壓縮機(jī)將有被燒壞的危險，程序自動進(jìn)入故障處理部分，在液晶顯示屏上顯示故障原因，壓縮機(jī)停止工作。圖46所示的就是該程序的流程圖。這一部分將不再圖46中畫出。若未達(dá)到需延時到5分鐘后才能啟動,因此在設(shè)計時應(yīng)有判斷與延時功能。為了延長壓縮機(jī)的壽命,都要延時5分鐘后壓縮機(jī)才能啟動。若時間不到,延時后才能接通壓縮機(jī)。但在本程序中壓縮機(jī)的開啟延時時間為30秒，方便演示。圖 4 7 開啟延時程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試及性能分析 調(diào)試系統(tǒng)的調(diào)試以程序調(diào)試為主。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序和各個子程序的編程和功能調(diào)試。在調(diào)試過程中由于對顯示的地址把握不準(zhǔn)導(dǎo)致顯示覆蓋并且錯誤的現(xiàn)象。預(yù)置溫度程序就看能不能正確地調(diào)動溫度，智能控制就看在實(shí)測溫度和預(yù)置溫度大小比較時和電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時，能不能正確的控制制冷設(shè)備工作和保護(hù)制冷設(shè)備；延時開啟程序就看在制冷設(shè)備啟動前是否有相應(yīng)的一段時間間隔。 性能分析 電冰箱各個性能分析如下： 預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)范圍：20℃~20℃； 壓縮機(jī)延時開啟時間：30秒； DS18B20測溫精度：℃； 第6章 分析與結(jié)論通過此項(xiàng)設(shè)計的分析可得到如下結(jié)論： 、體積小、價格低廉的8位STC89C52單片機(jī),可以做出可行、可靠性強(qiáng)的自動控制產(chǎn)品電冰箱溫度的控制系統(tǒng)。 ，利用軟件抗干擾也可以達(dá)到精度不高的要求，而且，節(jié)省了硬件資源，降低了產(chǎn)品設(shè)計成本，有助于產(chǎn)品的推廣、民用化。 。致謝在此論文最終完成之際，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示深深感謝！首先感謝通信與控制工程系的領(lǐng)導(dǎo)和老師對我的關(guān)心和幫助，感謝他們?yōu)槲姨峁┍憷臈l件，使我的畢業(yè)設(shè)計能順利完成。在此，我向我的指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和深深的敬意。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:人民郵電出版社,2006[2] [M].北京:電子工業(yè)出版社,2006[3] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008[4] 樓然苗,[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社,2007[5] (第三版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005[6] 楊克昌,羊四清,[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2007[7] 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