【正文】 顯示單元設(shè)計報警電路的設(shè)計蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中發(fā)生器。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。當(dāng)接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴器發(fā)聲。在陶瓷片的兩個鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘著一起。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。蜂鳴器的驅(qū)動由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動的，不需要利用交流信號進行驅(qū)動，只需對驅(qū)動口輸出驅(qū)動電平并通過三極管放大驅(qū)動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單，這里就不對張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 18 自激蜂鳴器進行說明了。單片機驅(qū)動他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是 PWM 輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用I/O 定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進行驅(qū)動。在單片機的軟件設(shè)置中有幾個系統(tǒng)寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開 PWM 輸出，PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。比如為 2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為 400μs ，這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的 I/O 口每 200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為 2500Hz，占空比為 1/2duty的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。因為蜂鳴器內(nèi)部有一簡單的振蕩電路，能將恒定的電流電轉(zhuǎn)化成一定頻率的脈沖信號，從面實出磁場交變，帶動鉬片振動發(fā)音。而無源蜂鳴器沒有內(nèi)部驅(qū)動電路。如果給預(yù)直流信號蜂鳴器是不響應(yīng)的，因為磁路恒定，鉬片不能振動發(fā)音。有源蜂鳴器和無源蜂鳴器好像一樣，但仔細(xì)看，兩者的高度略有區(qū)別，兩種蜂鳴器的引腳朝上放置事，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種有源蜂鳴器。報警電路北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 蜂鳴器電路本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報警，由于單片機輸出電流較小，所以用三極管 9013 驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。LED 數(shù)碼管顯示張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 20 數(shù)碼管數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動態(tài)：平均電流 45mA 峰值電流 100mA上面這個只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的，4位數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管使用注意事項說明：（1）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；（2）焊接溫度：260 度；焊接時間：5S （3）表面有保護膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。圖中的 8 個 LED 分別與上面那個圖中的 A~DP 各段相對應(yīng)，通過控制各個 LED 的亮滅來顯示數(shù)字。注意，3 腳和 8 腳是連通的，這兩個都是公共腳。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1 腳）開始，以逆時針方向依次為 1~12 腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應(yīng)。12986—公共腳A11 B7 C4 D2 E1 F10 G5 DP3北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 L 0 0 1 1 0 0 0 1 3DH 1 1 1 1 0 1 1 1 F7HC 0 0 1 1 1 1 0 0 3CH表 （續(xù)）（2） 、四位數(shù)碼管顯示電路圖 數(shù)碼管顯示電路4 位數(shù)碼管為共陽管，由于單片機輸出電流比較小，故用 4 個 PNP 型的三極管 9015來驅(qū)動數(shù)碼管。 檢測單元設(shè)計一、溫度傳感器張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 24 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 圖 DS18B20 （底視圖）表 　DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述序號名稱 引腳功能描述1 GND 地信號2 DQ 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低 5 位一直為 1，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式，DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。第 9 字節(jié)讀出前面所有8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。當(dāng)符號位 S＝0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位 S＝1 時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 375溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié) 1TL 用戶字節(jié) 2配置寄存器保留保留保留CRC北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 1 1 12 750DS18B20 的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET管來完成對總線的上拉。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。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。圖 DS18B20 電路 DS18B20 的 1 腳接地，2 腳數(shù)據(jù)端接單片機的 ，3 腳接 VCC，為了確保DS18B20 工作可靠，2 腳要接 10K 的上拉電阻。 （若沒有發(fā)光二極管亮則表示箱內(nèi)沒有水或者只有少量的水，若有一個發(fā)光二極管燈亮則表示箱內(nèi)有三分之一箱的水，以此類推，若有三個發(fā)光二極管亮，則表示水箱水是滿的。三、 繼電器繼電器是一種電子控制器件，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(yīng)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點流的一種“自動開關(guān)” ，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。 本設(shè)計包含兩個繼電器， 兩個繼電器分別是控制加熱裝置和加水裝置，用發(fā)光二極張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 30 管來代替加熱裝置和加水裝置，繼電器用三極管 9012 驅(qū)動。繼電器控制電路如圖所示。主程序流程圖如 41： 報警轉(zhuǎn)換并顯示結(jié)束N 圖 主程序流程圖 開始 初始化水位溫度值與上下限比較Y張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 32 子程序設(shè)計 溫度采集溫度采集子程序的功能是對 DS18B20 進行初始化、查詢溫度采集和轉(zhuǎn)換是否完成，并且完成對溫度數(shù)據(jù)的處理以便送 LED 顯示。如果是低電平，則表示閉合。但是為了確保一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除機械開關(guān)的抖動影響。在第一次檢測到有按鍵被按下時，執(zhí)行一段 10ms~15ms 的延時子程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍然為低電平，如果保持為低電平狀態(tài)就說明有鍵按下，從而消除抖動的影響。本報警器按鍵處理子程序流程圖如圖 所示。如何疏忽都可能造成整機工作失常，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。為達到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時應(yīng)遵循一些基本的要求與原則。 首先對電源部分進行調(diào)試。特別是二極管、三極管、電容等極性不要裝錯。保證導(dǎo)通與絕緣的電氣特性，電氣連接的通與斷是安裝的核心這里所說的通與斷，不僅是安裝后簡單的使用萬用表測試的結(jié)果，而且要考慮在振動，長期工作，濕度等自然條件變化的環(huán)境中，都能保證通者恒通，斷者恒斷。保證傳熱的要求，在安裝中，必須考慮某些零部件在傳熱，電磁方面的要求。當(dāng)檢查電路和焊接無誤后，就可以將一些比較主要的元器件和主控芯片裝上去進行調(diào)試。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖動應(yīng)立即補焊。我們把儲水箱大致分為 3 份，水位由潛入熱水器的儲水箱不同深度的水位電極和潛入儲水箱底部的公共電極（導(dǎo)線）進行檢測；由單片機依次使各水位電極呈現(xiàn)高電平，由公共電極所接的三極管進行電位轉(zhuǎn)換，水位到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為低（0） ；水位沒有到達的電極，轉(zhuǎn)換電位為高（1） ；每檢測一位便得到一位數(shù)據(jù)，3 個電極檢測一遍以后便得到了 3 個串行數(shù)據(jù)，然后把這 3 個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字節(jié)一路送發(fā)光二極管；在這里我們可以用發(fā)光二極管亮的盞數(shù)來顯示水位的高低。將自制的測水位導(dǎo)線放入水中，通電之后，顯示當(dāng)前的水位。 溫度檢測 溫度傳感器檢測到的水溫，利用數(shù)碼管能正確顯示出當(dāng)前的水溫。此系統(tǒng)受益于 15 年來的持續(xù)開發(fā),被《電子世界》在其對 PCB 設(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品—“The Route to PCB CAD”。用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、RS232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。PROSPICE 仿真器的一個擴展 PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。支持許多通用的微控制器,如PIC，AVR，HC11 以及 8051。交互的裝置模型包括：LED 和 LCD 顯示，RS232 終端，通用鍵盤，I2C，SPI 器件。IAR CSPY 和 Keil uVision2 等開發(fā)工具的源層調(diào)試。 軟件調(diào)試過程本系統(tǒng)所使用的匯編軟件是 編譯器把 C 語言編寫的源程序與 Keil 內(nèi)含的庫函數(shù)裝配在一起，然后由 C51 編譯器編譯成目標(biāo)文件（.OBJ） 。ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 HEX 文件，然后將其寫入 CPU 存儲器中。（1） 、使用菜單“Project/New Project”出現(xiàn)一個對話框，然后給將要建立的工程取一個名字，單擊保存后會出現(xiàn)另外一個對話框選擇系統(tǒng)所使用的單片機型號，本系統(tǒng)所使用的單片機型號為 80C51。（2）單擊“Project/Target 1”出現(xiàn)對話框選中“Target”頁面修改單片機的頻率項 Xtal(MHz）為 “Out put”頁面選中“Create HEX”選項。 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)通上電源，在缺水的狀態(tài)下發(fā)光二極管紅燈亮，蜂鳴器報警系統(tǒng)啟動，繼電器旁的綠燈亮表示上水繼電器開始工作，溫度傳感器檢測后數(shù)碼顯示的溫度 21 度，如圖 所示。如圖 所示，黃燈亮表示水位到中等，蜂鳴器報警系統(tǒng)關(guān)閉，繼電器繼續(xù)顯示上水功能。張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 38 圖 中水位顯示 圖 水箱滿水位顯示 調(diào)節(jié)設(shè)置最高溫度和最低溫度的溫度值，最高溫度設(shè)置成 20 度，最低溫度設(shè)置成 18 度。 圖 加熱 圖 停止加熱張勝： 基于單片機的電熱水器水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 40 總結(jié)此次水溫水位控制系統(tǒng)耗時近四個月，先后經(jīng)歷了硬件制作和軟件設(shè)計，具體是通過每個板塊的設(shè)計