1、第47頁 共47頁畢業論文“飲水機溫度智能控制系統”（三稿）論文題目： 飲水機溫度智能控制系統 學生姓名： 張祥 學 號： 2010401020102 學院專業： 電信學院10電氣工程及其自動化 電子信箱： 184542248 指導教師： 鄒云峰 2014年5月摘要本設計可以實現對水溫監控和顯示，經過改進可以用于飲水機的溫度控制。本文用AT89C51單片機與DS18B20溫度傳感器實現了對水溫的測量，并對數據用四位一體數碼管進行顯示，同時在達到輸入目標溫度時候發出報警。論文主要研究了：1 硬件方面：DS18B20溫度傳感器技術參數的檢測以及他的相關模塊電路；無線紅外遙控電路的原理和信號傳輸；用

2、于顯示溫度的數碼管顯示模塊；用于目標溫度設定的按鍵輸入模塊；用于執行的加熱模塊。2 軟件方面：主要研究溫度傳輸和數碼管顯示電路。3：電路的仿真和實物的焊接制作。本文的特色在于控制溫度的可設定，對不同溫度要求的用戶提供了很好的解決方案，對水溫的反饋調節使得系統達到了很好的動態平衡。關鍵詞：單片機，溫度控制，DS18B20溫度傳感器 ABSTRACTThe design can achieve the water temperature monitoring and shows that the improved can be used for the temperature control of

3、 the water cooler. This paper use STC89C52 MCU and DS18B20 temperature sensor for temperature measurement is achieved, and the data integration with four digital tube display, at the same time to enter the target temperature when issued a report to the police.Thesis mainly studied: 1 hardware aspect

4、s: DS18B20 temperature sensor technology parameters detection and his related module circuit; The principle of wireless infrared remote control circuit and signal transmission; Used to display temperature of digital tube display module; For the target temperature setting key input module; Used to pe

5、rform heating module. 2 software aspects: research temperature transmission and digital tube display circuit. 3: circuit simulation and real welding production.Characteristic of this paper is to control temperature can be set, the temperature requirements of different users provides a good solution,

6、 the water temperature feedback control to achieve the good dynamic balance system.KEY WORDS: Single chip computer, temperature control, DS18B20 temperature sensor目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc389095619 一、 緒論 PAGEREF _Toc389095619 h 5 HYPERLINK l _Toc389095620 1.1 本課題研究的意義 PAGEREF _Toc38909562

7、0 h 5 HYPERLINK l _Toc389095621 1.2 國內外研究現狀及存在的問題 PAGEREF _Toc389095621 h 5 HYPERLINK l _Toc389095622 1.3 本課題研究的內容和目標 PAGEREF _Toc389095622 h 5 HYPERLINK l _Toc389095623 1.4 本課題擬解決的關鍵問題 PAGEREF _Toc389095623 h 6 HYPERLINK l _Toc389095624 二、系統總體設計方案 PAGEREF _Toc389095624 h 6 HYPERLINK l _Toc389095625

8、 2.1 系統簡介 PAGEREF _Toc389095625 h 6 HYPERLINK l _Toc389095626 2.2 系統功能方框圖 PAGEREF _Toc389095626 h 6 HYPERLINK l _Toc389095627 2.3 各模塊功能的介紹 PAGEREF _Toc389095627 h 6 HYPERLINK l _Toc389095628 2.4 硬件方案的選擇 PAGEREF _Toc389095628 h 7 HYPERLINK l _Toc389095629 2.4,1 Cpu方案的選擇 PAGEREF _Toc389095629 h 7 HYPE

9、RLINK l _Toc389095630 2.4,2 溫度傳感器方案的選擇 PAGEREF _Toc389095630 h 7 HYPERLINK l _Toc389095631 2.4,3 顯示模塊方案的選擇 PAGEREF _Toc389095631 h 8 HYPERLINK l _Toc389095632 2.4,4 按鍵輸入方案選擇 PAGEREF _Toc389095632 h 8 HYPERLINK l _Toc389095633 2.4,5 電源模塊方案的選擇 PAGEREF _Toc389095633 h 9 HYPERLINK l _Toc389095634 2.4,6

10、紅外遙控方案的選擇 PAGEREF _Toc389095634 h 9 HYPERLINK l _Toc389095635 三、主要元器件介紹 PAGEREF _Toc389095635 h 9 HYPERLINK l _Toc389095636 3.1 AT89C51單片機介紹 PAGEREF _Toc389095636 h 9 HYPERLINK l _Toc389095637 3.2 LCD12864液晶顯示介紹 PAGEREF _Toc389095637 h 11 HYPERLINK l _Toc389095638 3.3 DS18B20溫度傳感器介紹 PAGEREF _Toc3890

11、95638 h 13 HYPERLINK l _Toc389095639 3.4 HT6221遙控器芯片介紹 PAGEREF _Toc389095639 h 16 HYPERLINK l _Toc389095640 四、 硬件電路設計 PAGEREF _Toc389095640 h 19 HYPERLINK l _Toc389095641 4.1 單片機最小系統 PAGEREF _Toc389095641 h 19 HYPERLINK l _Toc389095642 4.2 電源電路 PAGEREF _Toc389095642 h 21 HYPERLINK l _Toc389095643 4.

12、3 按鍵信號輸入電路 PAGEREF _Toc389095643 h 22 HYPERLINK l _Toc389095644 4.4 紅外遙控電路 PAGEREF _Toc389095644 h 24 HYPERLINK l _Toc389095645 4.5 溫度傳感器電路 PAGEREF _Toc389095645 h 25 HYPERLINK l _Toc389095646 4.6 顯示電路 PAGEREF _Toc389095646 h 25 HYPERLINK l _Toc389095647 4.7 報警電路 PAGEREF _Toc389095647 h 26 HYPERLINK

13、 l _Toc389095648 4.8 繼電器加熱電路 PAGEREF _Toc389095648 h 27 HYPERLINK l _Toc389095649 4.9 硬件電路仿真圖 PAGEREF _Toc389095649 h 28 HYPERLINK l _Toc389095650 4.10 硬件電路實物圖 PAGEREF _Toc389095650 h 29 HYPERLINK l _Toc389095651 五、軟件編程 PAGEREF _Toc389095651 h 29 HYPERLINK l _Toc389095652 5.1 總程序流程 PAGEREF _Toc38909

14、5652 h 29 HYPERLINK l _Toc389095653 5.2 溫度采集子程序 PAGEREF _Toc389095653 h 30 HYPERLINK l _Toc389095654 5.3 紅外遙控子程序 PAGEREF _Toc389095654 h 31 HYPERLINK l _Toc389095655 5.4 獨立鍵盤子程序 PAGEREF _Toc389095655 h 31 HYPERLINK l _Toc389095656 5.5 液晶顯示子程序 PAGEREF _Toc389095656 h 33 HYPERLINK l _Toc389095657 5.6

15、執行加熱子程序 PAGEREF _Toc389095657 h 34 HYPERLINK l _Toc389095658 五、總結與展望 PAGEREF _Toc389095658 h 35 HYPERLINK l _Toc389095659 致謝 PAGEREF _Toc389095659 h 35 HYPERLINK l _Toc389095660 參考文獻 PAGEREF _Toc389095660 h 36 HYPERLINK l _Toc389095661 附錄（程序） PAGEREF _Toc389095661 h 37一、 緒論1.1 本課題研究的意義隨著人類社會的不斷進步，人類

16、飲用水的供給方式也隨其發生著變化，其過程為：河水井水自來水購買桶裝水自制健康純水。對此已形成了“喝純凈水，用自來水”的現代飲水新觀念。我國現階段的生活飲用水市場，實質上是桶裝飲用水、自來水終端制水、管道直飲水三分天下的格局。其中桶裝水以85%的絕對優勢占據著市場的主導地位，但是桶裝水存在著“二次污染”問題以及假冒偽劣等現實問題。管道分質供水在美國等發達國家的普及率為30%左右，但由于工程浩大，近年內難有大的作為。自來水終端制水就產品來分，可以分為對自來水等進行初步過濾的凈水器和各種大、中、小型的辦公、家用純水機，普及率在15%左右。可見現在仍普遍用桶裝水，但是為避免反復燒開造成的“千滾水”產生

17、的重金屬對身體的危害，因而本文設計用單片機來控制水溫使其保持在一個較適合的溫度，以適于用戶的即時飲用。1.2 國內外研究現狀及存在的問題目前飲水機的控制方式可分為普通控制型、智能感應型和微電腦控制型三類。普通控制型飲水機其加熱和制冷均自動恒溫控制，是目前用戶使用最多的機型，并且其價位適中一般為首選。因而，本文在此基礎上，做了一些改造使其更為人性化，比如說設置一定的保溫溫度使其一直處在這已設定溫度左右，可供隨時飲用，不必擔心水溫過燙的問題等1.3 本課題研究的內容和目標該設計可以實時檢測飲水機水箱的水溫，并且可以顯示飲水機水箱水溫度數，可以人為設置水的溫度的保溫值，當溫度在設定的范圍內時正常工作

18、，當低于保溫溫度時控制加熱器加熱；當溫度高于水溫保溫溫度時繼電器斷開停止加熱。另外，其溫度檢測范圍為0100，精度1，并且有一定的時間延遲本設計以常見的入門級單片機STC51單片機為核心，有鍵盤輸入模塊和無線輸入模塊進行控制信號輸入，溫度傳感器進行溫度信號反饋，數碼管顯示電路對溫度進行顯示，以及蜂鳴器電路進行報警。通過相關硬件電路模塊搭建一個平臺。用c語言編寫相關程序，從而實現設計的要求。研究的溫控系統能用于簡易家用飲水機的改造，實現飲水機的人性化智能管理，提高用電效率;實現自動、手動控制相兼容，以降低成本;通過反復試驗和改進，最終達到可靠性、實用性、推廣性較好的目標。1.4 本課題擬解決的關

19、鍵問題1、溫度檢測與傳輸問題；2、人機交互問題（包括鍵盤、遙控和顯示）；3、光耦繼電器的控制原理問題；4、家用飲水機的改裝問題；5、閉環系統的反饋和延時性問題。二、系統總體設計方案 2.1 系統簡介飲水機溫度控制系統以調節飲水機溫度為目的，其輸入參數主要是水溫信號和設置的設定溫度。輸出信號主要是溫度顯示、聲光報警和執行加熱。工作時傳感器將溫度傳給單片機，當水溫低于設定溫度時，單片機控制加熱模塊加熱，當溫度低于設定溫度，繼電器斷開，加熱停止。從而實現溫度控制的目標。2.2 系統功能方框圖 圖2.2.2 系統功能原理圖2.3 各模塊功能的介紹 1、溫度傳輸：以溫度傳感器實時反饋溫度給中央處理器。2

20、、人機交互：3.1 遠程控制：遠程設置飲水機設定溫度。3.2 按鍵控制：按鍵設置飲水機設定溫度。3.3 顯示輸出：顯示系統設定溫度和水溫。4、中央控制：負責系統的集中控制。5、執行加熱：控制繼電器開合，從而控制加熱器加熱。2.4 硬件方案的選擇2.4,1 Cpu方案的選擇按MCU內核可分為： MSP、ARM、MCS51等等。MSP430單片機功耗低，速度快，內置硬件乘法器，乘除法運算都為單周期指令，片內集成資源豐富，但是學習起來比較復雜。ARM單片機控制能力強，速度快，價格比較適中，但比51要貴些，可以加操作系統，但是對ARM接觸較少，應用起來較為困難。AT89C51是一種帶4K字節FLASH

21、存儲器）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。AT89C51是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。本設計選擇AT89C51 單片機作為主控部分。2.4,2 溫度傳感器方案的選擇常用的溫度傳感器芯片有pt100、AD590、DS18B

22、20等等。pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表。主要用于工業過程溫度參數的測量和控制。帶傳感器的變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號轉換器。傳感器主要是熱電偶或熱電阻；信號轉換器主要由測量單元、信號處理和轉換單元組成（由于工業用熱電阻和熱電偶分度表是標準化的，因此信號轉換器作為獨立產品時也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現場總線功能。但溫度電阻曲線為非線性，易干擾，且存在延時溫度累計現象。AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍內，該器件可充當一個高阻

23、抗、恒流調節器，調節系數為1 A/K。片內薄膜電阻經過激光調整，可用于校準器件，使該器件在298.2K (25C)時輸出298.2 A電流。AD590適用于150C以下、目前采用傳統電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，成為許多溫度測量應用的備選方案。應用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結補償。屬于特種環境的傳感器。DALLAS(達拉斯)公司生產的DS18B20溫度傳感器，全數字溫度轉換及輸出，先進的單總線數據通信，小體積,低硬件開消，干擾能力強，精度高，DS18B20優勢明顯。封裝后的DS18B20可用于各種非極限溫度場合

24、，適用于各種狹小空間設備數字測溫。綜合考慮電路設計、測量精度、測量范圍以及性價比，本設計采用DS81B20芯片。2.4,3 顯示模塊方案的選擇一般的顯示有LED8位數碼管顯示、LCD1602、lcd12864等等LED8位數碼管顯示，顯示分為動態顯示和靜態顯示，雖然價格比較便宜，但是其外部電路比較復雜。LCD液晶顯示器在單片機中應用一般有LCD1602液晶顯示和LCD12864液晶顯示。LCD1602液晶顯示沒有中文字庫，而且顯示的內容也較少。LCD12864液晶顯示分為兩種，帶字庫的和不帶字庫的，不帶字庫的液晶顯示漢字的時候可以選擇自己喜歡的字體。而帶字庫的液晶，只能顯示GB2312字體，當

25、然也可以顯示其他的字體，不過是用圖片的形式顯示。LCD12864液晶顯示外圍電路連接相對于LED8位數碼管和LCD1602液晶顯示件來說更簡單，程序的編寫比較簡單，顯示效果更好，本設計選用無字庫的LCD12864液晶顯示作為顯示部分。2.4,4 按鍵輸入方案選擇微機鍵盤主要有兩種：一種是全編碼鍵盤，另一種是非編碼鍵盤。全編碼鍵盤，其鍵碼全由硬件提供，但是這種方式硬件結構復雜，成本高。典型的編碼矩陣式鍵盤接口設計。將I/O口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設置在行線和列線的交叉點上，這就構成了矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤中按鍵的數量可達行線數n乘以列線數m，如4行、4列的矩陣鍵盤的按鍵數可以

26、達到44=16個。此類鍵盤在按鍵較多時，可以節省IO口線。非編碼鍵盤，這種鍵盤多采用矩陣方式，利用軟件識別鍵碼及完成各種鍵功能處理。實現起來簡單，典型的獨立式按鍵是各按鍵相互獨立的接通一條輸入數據線，每個鍵的工作不會影響其它的I/0口。但占用I/O口多。考慮簡化結構，降低成本，本系統中多采用非編碼的獨立式按鍵。2.4,5 電源模塊方案的選擇電源供電部分可采取三端穩壓電路進行電源轉換、多節干電池串聯供電。用市電220V，50Hz電源轉換供電，而單片機以及其它芯片均采用直流5V和12V電壓供電。故需要設計降壓電路。三端穩壓電路使用了由LM7805和LM7812構成的橋式穩壓整流電路。該電路具有結構

27、簡單、調節方便、輸出電壓穩定性強、波紋電壓和輸出電流小的特點。但是，由于調整管始終工作在放大狀態，自身功耗比較大，故三端穩壓器的效率比較低，甚至僅為3040。為了解決散熱問題，必須安裝散熱器，這必然增大整個電源設備的體積、重量和成本。干電池串聯供電，由于單片機機芯片的工作電壓都是5V，但是干電池一般都是每節1.5V，若想得到要求的工作電壓，需要幾節干電池串聯進行供電。所以還需再加上一個穩壓集成電路就可達到要求的5V電壓，穩壓芯片選擇LM7805芯片。 由于本設計使用需220v供電，綜合考慮最終選電源轉換作為電源供電部分。2.4,6 紅外遙控方案的選擇市場上紅外芯片種類繁瑣，BC7210、TC9

28、012、ht6122等等BC7210比高公司擁有版權的紅外遙控解碼專用芯片。BC7210 可以完成目前國內市場上最常用的飛利浦RC5和NEC兩種紅外編碼信號的解碼。(支持的編碼芯片包括：SAA3010, KS51900, uPD6121, uPD6122, TC9012, KS5410, MN6010, LC7426, PT2210, PT2221, PT2222, SC6121, SC6122, SC9012等等) BC7210的輸出可以設置為并行輸出或者串行輸出，串行輸出方式兼容SPI和UART兩種接口，可以輕松完成與各種MCU、PC機的接口。可以取代SAA3049等芯片。TC9012是一

29、塊用于東芝系列紅外遙控系統中的專用發射集成電路，采用CMOS工藝制造。它可外接32個按鍵， 提供8種用戶編碼，另外還具有3種雙重按鍵功能。TC9012的管腳設置和外圍應用線路都進行了高度優化，以配合PCB的布圖和低成本的要求ht6122 芯片是通用紅外遙控發射集成電路,采用CMOS 工藝制造,最多可外接64個按鍵,并有三組雙重按鍵。封裝形式為SOP-24和SOP-20。考慮應用方便，本設計用此方案。三、主要元器件介紹3.1 AT89C51單片機介紹AT89C51的主要特點：與MCS-51 兼容、4K字節可編程閃爍存儲器 、壽命：1000寫/擦循環數據保留時間：10年、全靜態工作：0Hz-24H

30、z、三級程序存儲器鎖定、1288位內部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計數器、5個中斷源 、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內振蕩器和時鐘電路。 (b)圖3.1.1 單片機芯片實物引腳圖管腳說明：VCC：供電電壓、GND：接地。P0,P1,P2,P3：輸入/輸出端口。P3.0/RXD：串行輸入口、P3.1/TXD：串行輸出口、P3.2 /INT0：外部中斷0、P3.3 /INT1：外部中斷1、P3.4/T0：計時器0外部輸入、P3.5 T1：計時器1外部輸入、P3.6 /WR：外部數據存儲器寫選通、P3.7 /RD：外部數據存儲器讀選通、P3口同時為閃爍編程和編程校驗接

31、收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。/PSE

32、N：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入、XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE

33、管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。3.2 LCD12864液晶顯示介紹LCD液晶顯示，LCD （ Liquid Crystal Display 的簡稱）液晶顯示器。LCD 的構造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設置彩色濾光片，通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。LCD12864液晶顯示：LCD12864液晶顯示是帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行

34、多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84 行1616 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。LCD12864液晶顯示基本特性：（1）低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）（2）顯示分辨率:12864 點（3）內置漢字字庫，提供8192 個1616 點陣漢字(簡繁體可選)（4）內置128 個168 點陣字符（5）2MHZ 時鐘頻率（6）

35、顯示方式：STN、半透、正顯（7）驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6 點（9）背光方式：側部高亮白色LED，功耗僅為普通LED 的1/51/10（10）通訊方式：串行、并口可選（11）內置DC-DC 轉換電路，無需外加負壓（12）無需片選信號，簡化軟件設計（13）工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +60表3.2.1 相關引腳功能引腳符號狀態引腳名稱功能CS1，CS2輸入芯片片選端，都是低電平有效CS1=0開左屏幕，CS1=1關左屏幕CS2=0開右屏幕，CS2=1關右屏幕RS輸入數據/命令選擇信號RS=1為數據操作，RS=0為寫指令或讀狀態RW輸入讀

36、寫選擇信號R/W=1為讀選通，R/W=0為寫選通E輸入讀寫使能信號在E下降沿，數據被鎖存(寫)入液晶，在E高電平期間，數據被讀出 DB0DB7三態數據總線數據或指令的傳送通道RST輸入復位信號，低電平時復位復位時，關閉液晶顯示，使顯示起始行為0，可以跟單片機的復位引腳RST相連，也可以直接接VCC，使之不起作用V0液晶顯示器驅動電壓-Vout-10VLCD驅動負電壓表3.2.2相關控制命令表指 指 令 碼功 能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示0000000001將DDRAM填滿20H,并且設定DDRAM的地址計數器(AC)到00H地址歸位000000001X設定DDRAM的

37、地址計數器(AC)到00H,并且將游標移到開頭原點位置；顯示狀態開/關0000001DCBD=1: 整體顯示 ONC=1: 游標ONB=1:游標位置反白允許進入點設定00000001I/DS指定在數據的讀取與寫入時,設定游標的移動方向及指定顯示的移位游標或顯示移位控制000001S/CR/LXX設定游標的移動與顯示的移位控制位;這個指令不改變DDRAM 的內容功能設定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位數據RE=1: 擴充指令操作RE=0: 基本指令操作設定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定CGRAM 地址設定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2

38、AC1AC0設定DDRAM 地址（顯示位址）第一行：80H87H第二行：90H97H讀取忙標志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標志(BF)可以確認內部動作是否完成,同時可以讀出地址計數器(AC)的值寫數據到RAM10數據將數據D7D0寫入到內部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出RAM的值11數據從內部RAM讀取數據D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)LCD12864液晶顯示實物引腳圖： (b)圖3.2.1 LCD12864液晶顯示實物圖3.3 DS18B20溫度傳感器介紹1: 技術性能描述、 獨特的單線接口方式，DS18B

39、20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。、測溫范圍 55+125，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）1。、支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩定。、工作電源: 3.05.5V/DC （可以數據線寄生電源）、在使用中不需要任何外圍元件、 測量結果以912位數字量方式串行傳送、不銹鋼保護管直徑 6、適用于DN1525, DN40DN250各種介質工業管道和狹小空間設備測溫、 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”

40、任選、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。2、結構 DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內部電容器 儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20的電源也可以從外部3V-5 .5V的電壓得到。DS18B20采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成ROM設定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）讀ROM， 2 ）ROM匹配， 3 ）搜索ROM， 4 ）跳過ROM，

41、5 ）報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數據存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結果將被放置在DS18B20內存中，并可以讓閱讀發出記憶功能的指揮，閱讀內容的片上存儲器。溫度報警觸發器TH和TL都有一字節EEPROM 的數據。如果DS18B20不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節以理想的解決溫度數字轉換。寫TH,TL指令以及配置字節利用一個記憶功能

42、的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數據的讀，寫都是從最低位開始。3特點一線接口，簡化了分布式溫度傳感應用，可用數據總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 C至+125 ，精度為0.5 C。溫度傳感器可編程的分辨率為912位，溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒，應用范圍包括恒溫控制、工業系統、消費電子產品溫度計、或任何熱敏感系統。描述該DS18B20的數字溫度計提供9至12位（可編程設備溫度讀數)。由于DS18B20是一條口線通信，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b2

43、0s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。4.工作原理：DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3-5所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數值。計數器1對 低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重

44、新被裝入，計數器1重 新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即 為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。圖3.3.1 DS18B20測溫原理圖DS81B20芯片實物引腳圖： (b)圖3.3.2 DS81B20芯片實物引腳圖相關指令表：表3-4：ROM指令表指 令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合 ROM55H發出此命令之后，接著發出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的 DS1820 使

45、之作出響應，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準備。搜索 ROM0FOH用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準備。跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應。表3-5：RAM指令表指 令約定代碼功 能溫度變換44H啟動DS1820進行溫度轉換，12位轉換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結果存入內部9字節RAM中。讀暫存器0BEH讀內部RAM中9字節的內容寫暫存器4EH發出向內部RAM的3、4字

46、節寫上、下限溫度數據命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節的數據。復制暫存器48H將RAM中第3 、4字節的內容復制到EEPROM中。重調 EEPROM0B8H將EEPROM中內容恢復到RAM中的第2、3字節。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時DS1820發送“ 0 ”，外接電源供電 DS1820發送“ 1 ”。3.4 HT6221遙控器芯片介紹特征工作電壓: 1.8V3.5V、Dout 輸出 38KHz、最小發射字: 一個字、一個 455KHz 的陶瓷或晶體、16 位地址碼、8 位數據碼、ppm代碼方式、最大活動鍵 HT6221: 32 鍵表3.4.1 引腳說明代碼的特征1：

47、 HT6221 鍵碼的形成當一個鍵按下超過36ms 振蕩器使芯片激活如果這個鍵按下且延遲大約108ms,這 108ms 發射代碼由一個起始碼9ms ,一個結果碼4.5ms ,低 8 位地址碼9ms18ms ,高 8 位地址碼9ms18ms ,8 位數據碼9ms18ms 和這 8 位數據的反碼 9ms18ms 組成 如果鍵按下超過108ms 仍未松開接下來發射的代碼 連發代碼將僅由起始碼9ms 和結束碼2.5ms 組成2 ：代碼格式以接收代碼為準接收代碼與發射代碼反向位定義圖3.4.1 紅外高低位定義單發代碼格式 (b)連發代碼格式圖3.4.2 代碼格式解碼方法及軟件說明解碼的關鍵是如何識別0

48、和 1 從位的定義我們可以發現0 1 均以 0.56ms的低電平開始不同的是高電平的寬度不同0 為 0.56ms, 1 為 1.68ms,所以必須根據高電平的寬度區別0 和 1 如果從 0.56ms 低電平過后開始延時0.56ms 以后 若讀到的電平為低說明該位為0 反之則為1 為了可靠起見 延時必須比0.56ms 長些 但又不能超過1.12ms,否則如果該位為0 讀到的已是下一位的高電平因此取1.12ms+0.56ms /2=0.84ms 最為可靠一般取0.84ms左右均可根據碼的格式應該等待9ms 的起始碼和4.5ms 的結果碼完成后才能讀碼四、 硬件電路設計4.1 單片機最小系統單片機芯

49、片工作時，必需加一個最小系統。最小系統中主要包括復位電路和時鐘電路兩大部分。圖4.1.1 最小系統圖1.復位電路單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現死機，按下重啟按鈕電腦內部的程序從頭開始執行。單片機也一樣，當單片機系統在運行中，受到環境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執行。常用的復位電路有四種方式：（1）上電復位電路（2）按鍵復位電路（3）脈沖復位電路（4）兼有上電復位與按鍵復位的電路。由于考慮到結構和成本等原因，決定選用兼有上電復位與按鍵復位的電路。該復位電路工作原理為：在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現正脈沖，保證RST引腳出現10

50、 ms以上穩定的高電平，從而使單片機復位。在電路圖中，電容的的大小是10uF，電阻的大小是10k。所以根據公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍(單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V)，需要的時間是10K*10UF=0.1S。也就是說在電腦啟動的0.1S內，電容兩端的電壓時在03.5V增加。這個時候10K電阻兩端的電壓為從51.5V減少(串聯電路各處電壓之和為總電壓)。所以在0.1S內，RST引腳所接收到的電壓是5V1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.1S內，單片機系統自動復位(RST引

51、腳接收到的高電平信號時間為0.1S左右)。2. 時鐘電路時鐘電路用于產生AT89C51單片機工作時所必需的時鐘信號。在MCS51單片機片內有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構成的振蕩電路和時鐘電路一起構成了單片機的時鐘方式。根據硬件電路的不同，單片機的時鐘連接方式可分為內部時鐘方式和外部時鐘方式.（a）內部方式時鐘電路（b）外接時鐘電路本設計使用內部方式，須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調電容構成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz12MHz之間。對于外接時鐘電路，要求XTAL1接

52、地，XTAL2腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz即可4.2 電源電路本設計將220V的電網電壓，經變壓、整流后得到+5v直流電壓。1變壓部分：規定v1為變壓器的高壓側，v2為低壓側，v1側的線圈要比v2側的線圈多，將220V的電網電壓降低。圖4.2.1 變壓器2.單相橋式整流電路：整流電路由四只整流二極管組成。單相橋式整流電路的工作原理如下：在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，經過二極管D1，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D4正向導通，D2、D3反向截止，產生一個極性為上正下負的輸出電壓。在v2的負半周，其極性正好相反，

53、電流從變壓器副邊線圈的下端流出，經過二極管D2，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D4反向截止，D2、D3正向導通。橋式整流電路利用了二極管的單向導電性，利用四個二極管，是它們交替導通，從而負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。單相橋式整流電路如圖所示：圖4.2.2 單相橋式整流電路3.濾波電路：采用電解電容和二極管并聯方式濾波，電容兩端電壓升高時，電容充電，電壓降低時，電容放電，讓電壓降低時的坡度變得平緩，從而起到濾波的作用。這里選用電解電容是因為電解電容單位體積的電容量非常大，能比其它種類的電容大幾十到數百倍，并且其額定的容量可以做到非常大，價格比其它種類相比具有相當大的優勢，因為其組

54、成材料都是普通的工業材料，比如鋁等等。電解電容并聯二極管，有效防止了電壓反相。濾波電路如圖所示：圖4.2.3 濾波電路47805三端穩壓集成芯片：電子產品中，常見的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78 系列和負電壓輸出的79系列三端穩壓器。 MC78M05CT將輸出電壓穩定在+5V上，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 (b)圖4.2.4 7805三端穩壓芯片引腳圖圖4.2.5 電源電路總設計圖4.3 按鍵信號輸入電路按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均

55、伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms10ms。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩定時讀取鍵的狀態，并且必須判別到鍵釋放穩定后再作處理。圖4.3.1 按鍵抖動原理圖按鍵的消抖，可用硬件或軟件兩種方法硬件消抖。在鍵數較少時可用硬件方法消除鍵抖動。下圖所示的RS觸發器為常用的硬件去抖。圖4.3.1硬件消抖原理兩個“與非”門構成一個RS觸發器。當按鍵未按下時，輸出為0;當鍵按下時，輸出為1。此時即使用按鍵的機械性能，使按鍵因彈性抖動而產生瞬時斷開（抖動跳開B），只要按鍵不返回原始狀態A，雙穩態電路的狀態不改

56、變，輸出保持為0，不會產生抖動的波形。也就是說，即使B點的電壓波形是抖動的，但經雙穩態電路之后，其輸出為正規的矩形波。這一點通過分析RS觸發器的工作過程很容易得到驗證。軟件消抖。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖，即檢測出鍵閉合后執行一個延時程序，5ms10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態，如果仍保持閉合狀態電平，則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給5ms10ms的延時，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。一般來說，軟件消抖的方法是不斷檢測按鍵值，直到按鍵值穩定。實現方法：假設未按鍵時輸入1，按鍵后輸入為0，抖動時不定。可以做以下檢測：檢測到按鍵輸入為0之后，延時5m

57、s10ms，再次檢測，如果按鍵還為0，那么就認為有按鍵輸入。延時的5ms10ms恰好避開了抖動期。本設計使用軟件消抖的方法。圖4.3.1 按鍵信號輸入電路圖鍵盤功能說明S1：模式設置鍵，按一下進入到溫度系統設置狀態。S2：步進加鍵，每按一下，要設置的限制值加5。S3：步進減鍵，每按一下，要設置的限制值減5。S4：確定鍵，確定前面所設的溫度值。4.4 紅外遙控電路 圖4.4.1紅外遙控發送端電路圖4.5 溫度傳感器電路DS18B20 接線方式有兩種：第一種方法，當進行溫度轉換或拷貝到E2存儲器操作時，給I/O線提供一個強上拉。用MOSFET把I/O線直接拉到電源上就可以實現，見圖2。在發出任何涉

58、及拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉換的協議之后，必須在最多10s之內把I/O線轉換到強上拉。使用寄生電源方式時，VDD引腳必須接地。圖4.5.1 DS18B20寄生電源接線方式另一種給DS1820供電的方法是從VDD引腳接入一個外部電源。這樣做的好處是I/O線上不需要加強上拉，而且總線控制器不用在溫度轉換期間總保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線總線上進行其他數據往來。另外，在單線總線上可以掛任意多片DS1820，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發一個SkipROM命令，再接一個ConvertT命令，讓它們同時進行溫度轉換。注意當加上外部電源時，GND引腳不能懸空。圖4.5.1 DS1

59、8B20外部電源接線方式本設計使用的接線方式為第二種外部電源接線方式。4.6 顯示電路圖4.6.1 液晶顯示電路圖 4.7 報警電路當引腳為低電平時，蜂鳴器響，也就是說，如果溫度超過上限值時，通過DS18B20報警信號使單片機內部引腳口拉低，高電平時，蜂鳴器響聲停止。從而達到報警作用。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老

60、化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。圖4.7.1 報警電路圖4.8 繼電器加熱電路控制電路就是用I/O口控制繼電器線圈，繼電器來控制加熱器。來達到加熱的目的，通過繼電器根據單片機從DS18B20讀入的數據打開和閉合來達到控制飲水機溫度的控制，下圖為部分控制電路。圖4.8.1 執行加熱電路圖 固態繼電器是一種無觸點通斷型電子開關，是四端有源器件，其中兩個端子為控制輸入端，另外兩個為輸出受控端。為了實現輸入與輸出的隔離，器件采用了高耐壓的光耦合器。當輸入信號有效時，電路呈導通狀態，反之，呈斷開狀態，可以實現類似電磁繼電器的開關功能。固態繼電器將MOSFET、GTR、普通晶閘管等組合在一起與觸發