單片機(jī)在太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、單片機(jī)在太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要太陽(yáng)能熱水器以其諸多的優(yōu)點(diǎn)受到人們的歡迎。本文結(jié)合實(shí)際太陽(yáng)能熱水器的具體應(yīng)用，在介紹太陽(yáng)能、傳感器、單片機(jī)的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了太陽(yáng)能熱水器的工作原理和設(shè)計(jì)方案。這里根據(jù)太陽(yáng)能熱水器對(duì)控制器的要求與特點(diǎn)，提出了一種基于at89s52的太陽(yáng)能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)方法，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法。全文分三大部分。第一部分包括第一章，描述太陽(yáng)能的利用和前景發(fā)展?fàn)顩r。第二部分包括第二章，設(shè)計(jì)思路及要求。第三部分包括第三、四章硬件設(shè)計(jì)及電路原理和軟件設(shè)計(jì)，分別介紹了傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用、一般的太陽(yáng)能熱水器及循環(huán)系統(tǒng)、單片機(jī)發(fā)展和原理，這也是此款太陽(yáng)能熱水器

2、的理論基礎(chǔ)和必要前提。通過(guò)使用單片機(jī)為核心的控制電路，可以減少原有控制電路的體積，并且能大大降低了太陽(yáng)能熱水器控制電路的生產(chǎn)成本，使用起來(lái)也很簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱水器，傳感器，單片機(jī)microcomputer in the application of solar central hot water systemabstractsolar water heater is popular with its pretty benefit, based on authors real experience on solar water heater design, this article des

3、cribes the working theory of this solar water hearer after introducing the characters of solar, sensor, microcontroller. according to the request and characteristic of solar water heater for the controller. providing a design of intelligent controller for solar water heater based on at89s52. sum up

4、a design way of the systems hardware and software.this article is divided into 3 parts. part one is chapter 1, including the use and perspective of solar energy. part two, including chapter 2, design ideas and requirements. part three, including chapter 3,chapter 4: the design of hardware and softwa

5、re、the theory of the circuit. separately introducing the characters and use of transducer, common solar water heater and cycle system, the development and theory of microcontroller, which are the basic theory and necessary precondition. by using singlechip control circuit, can reduce the volume of t

6、he original control circuit, and can greatly reduce the solar energy water heater control circuit of the production cost, use rise also horizontal simple.key words: solar water heater, sensor, microcontroller目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀11.2 太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用及意義11.3 小結(jié)32 設(shè)計(jì)思路及要求42.1 本設(shè)計(jì)的目的和意義42.2

7、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求42.3 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法42.4 小結(jié)53 硬件設(shè)計(jì)方案63.1 電路總體結(jié)構(gòu)及原理63.2 主要元器件介紹63.2.1 單片機(jī)芯片at89s5263.2.2 數(shù)碼管93.2.3 數(shù)字溫度傳感器ds18b20主要特性及測(cè)溫原理123.2.4 繼電器（relay）的工作原理和特性163.2.5 電磁閥173.2.6 晶振183.3 at89s52單片機(jī)的最小系統(tǒng)183.4 水位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)193.4.1 水位傳感器的選用193.4.2 水位檢測(cè)原理193.5 水溫顯示電路203.5.1 ds18b20傳感器采集電路213.5.2 led顯示電路213.6 蜂鳴器報(bào)警電路2

8、23.7 小結(jié)224 軟件設(shè)計(jì)方案234.1 主程序設(shè)計(jì)234.2 子程序244.3 小結(jié)245 總結(jié)26致 謝27參考文獻(xiàn)28附錄 系統(tǒng)原理圖29附錄 系統(tǒng)程序301 緒論1.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀在全球能源形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。太陽(yáng)能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，成為關(guān)注重點(diǎn)。在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽(yáng)能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無(wú)疑是最為成熟的。在建筑物的運(yùn)行能耗中，生活熱水和采暖占了能源消耗的很大比重。隨著經(jīng)濟(jì)水平和生活水平的提高，人們對(duì)熱水的需求越來(lái)越大。熱水不

9、僅用于沐浴，還要洗涮、溫水沖車(chē)等。家庭熱水中心的擁有者得到的不僅是舒適的享受，也體現(xiàn)了一種健康的綠色文明。許多工業(yè)化國(guó)家，太陽(yáng)能熱水器已列為與建筑配套的衛(wèi)生設(shè)備的一部分。例如在以色列，凡是新建的私人住宅必須配備太陽(yáng)能熱水器。我國(guó)有13億人口，3.5億個(gè)家庭，若每日每戶供應(yīng)60c熱水100升，全年需6643億度電，幾乎用掉全國(guó)年發(fā)電量的一半，電費(fèi)約為4000億元，費(fèi)用極大。由于市場(chǎng)需求，太陽(yáng)能熱水器是光熱利用最成功的領(lǐng)域。目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和，已有一百多家太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠。但是與之配套的太陽(yáng)能熱水器控制器卻一直處在研究與開(kāi)發(fā)階段。這種控制器只具

10、有溫度和液位顯示功能， 而且為分段顯示，溫度顯示誤差為10%，水位顯示誤差為25%。這種顯示器(還稱不上控制器)不具有溫度控制功能，當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會(huì)給熱水器用戶帶來(lái)不便；即使熱水器具有輔助加熱功能，由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)大量的電能。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月異，人們衣食住行也在不斷的提高?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩裕遗欧哦趸嘉廴敬髿?，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器良好的外部生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器 克服了上述缺點(diǎn)，他是綠色環(huán)保產(chǎn)品。它使用簡(jiǎn)單、方便。太陽(yáng)能熱水器順呼時(shí)代發(fā)展的要求，滿足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類(lèi)文明程

11、度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會(huì)的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對(duì)太陽(yáng)能熱水器的用量很大。新建商住樓安裝熱水器，已是房屋開(kāi)發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷(xiāo)勢(shì)更好。1.2 太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用及意義眾所周知，太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭，沒(méi)有污染的巨大能源。隨著世界上煤、油、氣的儲(chǔ)量日益減少，能源危機(jī)已日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染的危機(jī)已威脅著生態(tài)平衡，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的課題已提到人類(lèi)的面前。有人預(yù)測(cè)：二十一世紀(jì)太陽(yáng)能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽(yáng)能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽(yáng)能利用帶來(lái)重重困難，有些技術(shù)難點(diǎn)尚未突破，產(chǎn)品造價(jià)偏高，因而尚未被人們大規(guī)模的使用1。在太陽(yáng)能熱利用技術(shù)中，太陽(yáng)能

12、熱水器是技術(shù)上比較成熟、造價(jià)比較低廉的產(chǎn)品，同時(shí)給人民提供不耗能源、保護(hù)環(huán)境、絕對(duì)安全的熱水而受到人們的歡迎。太陽(yáng)能熱水器是以太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換，利用溫室效應(yīng)和虹吸原理使水加熱的裝置，此裝置分為兩個(gè)不同的概念：（a）太陽(yáng)能熱水工程系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)水箱管線、補(bǔ)水箱組成不同形式的熱水系統(tǒng)，包括自然循環(huán)式、定溫放水式等等，可構(gòu)成提供熱水10噸到100噸的裝置，大多提供集體單位使用。（b）太陽(yáng)能熱水器是指將上述各種不見(jiàn)組裝成一個(gè)小系統(tǒng)，提供家庭或需要產(chǎn)熱水1噸以下的單位使用，此種裝置算為太陽(yáng)能熱水器。太陽(yáng)能熱水器（或系統(tǒng)）均以其采光面積作為計(jì)量單位，一般1平方米光面積可產(chǎn)熱水100升，采光

13、面積每種型號(hào)不同，一般在1.52.0平方米。我國(guó)從“六五”計(jì)劃期間開(kāi)始推廣太陽(yáng)能熱水器，到目前全國(guó)已有250萬(wàn)平方米采光面積的太陽(yáng)能熱水器，廠家又幾家發(fā)展到全國(guó)約有180家左右，是目前世界上推廣最大的國(guó)家之一，而且形成了規(guī)模，形成了中國(guó)特色的太陽(yáng)能企業(yè)，有中國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)為中心的學(xué)術(shù)中心，以中國(guó)農(nóng)村能源企業(yè)協(xié)會(huì)太陽(yáng)能熱利用專業(yè)委員會(huì)為中心，制定了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試條件、產(chǎn)品合格證頒發(fā)等一系列措施。世界各國(guó)的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)發(fā)展也很快。例如：澳大利亞政府規(guī)定，在北部地區(qū)新建房屋一定要設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽(yáng)能熱水器。日本現(xiàn)在每年安裝太陽(yáng)能熱水器近50萬(wàn)臺(tái)，現(xiàn)在有20%的

14、家庭安裝了太陽(yáng)能熱水器，計(jì)劃今后普及率達(dá)到25%，按照日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”還將為公寓，辦公樓安裝6500套太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，為工廠安裝1900套工業(yè)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。以色列的法令規(guī)定所有新建筑物必須配備太陽(yáng)能熱水器，目前普及率已超過(guò)60%。英、法、德、意、希臘五國(guó)到2000年底推廣熱水器600萬(wàn)平方米，比1990年增長(zhǎng)2倍多。國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱水器使用量增長(zhǎng)如此之快，其根本原因是：能源問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題是當(dāng)今世界各國(guó)面臨的主要問(wèn)題之一。太陽(yáng)能熱水器是節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，故受到廣泛重視，發(fā)展極快，預(yù)計(jì)今后每年將以15%20%的速度發(fā)展。有專家預(yù)計(jì)到2015年，僅全國(guó)住宅用太陽(yáng)熱水器將達(dá)到2.32億平方米的擁有量

15、，普及率將達(dá)到20-30%，太陽(yáng)能熱水器行業(yè)前景和“錢(qián)”景都被雙重看好。據(jù)中國(guó)五金制品協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)城市家庭中，57.4%擁有燃?xì)鉄崴鳎?1.3%擁有電熱水器，擁有太陽(yáng)能熱水器的只有7.6%，但在城市家庭的購(gòu)買(mǎi)預(yù)期調(diào)查中，三者的比例將演變?yōu)?5.8%、30.2%、23.2%，太陽(yáng)能熱水器的比例將大幅度增長(zhǎng)，開(kāi)始成為燃?xì)狻㈦姛岙a(chǎn)品的重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。同時(shí)，太陽(yáng)熱水器以其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和能源可再生性越來(lái)越受到城區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的青睞，太陽(yáng)能將迎來(lái)高速發(fā)展的黃金時(shí)期。仲繼壽認(rèn)為，相對(duì)于城市來(lái)說(shuō)，農(nóng)村太陽(yáng)能市場(chǎng)基本是從零開(kāi)始，目前存在90%以上的市場(chǎng)空白，太陽(yáng)能在農(nóng)村潛在空間巨大。根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用證明

16、，太陽(yáng)能熱水器每平方米光面積一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤200-300公斤節(jié)電1500度，或節(jié)約液化氣180公斤。采用本熱水器與電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾?，還具有絕對(duì)安全，最為衛(wèi)生的特點(diǎn)，在電費(fèi)，液化氣、煤氣價(jià)格較高的地區(qū)，用戶1-3年即收回投資，在這以后提供的熱水是免費(fèi)的。設(shè)計(jì)可以參考以下的幾個(gè)意見(jiàn)：（a）在設(shè)計(jì)民用建筑時(shí)，若此地區(qū)沒(méi)有集中熱水供應(yīng)，可給用戶安裝太陽(yáng)能熱水器，以提供熱水，提高住房的檔次，在設(shè)計(jì)時(shí)將冷、熱水管線預(yù)埋，以平均每套住宅建筑面積65平方計(jì)算，工程造價(jià)大約每平方米增加18-20元，（b）設(shè)計(jì)工廠浴室時(shí)，可考慮采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，每平方采光面積產(chǎn)熱水100升計(jì)算，100平方米太陽(yáng)能熱水

17、系統(tǒng)可產(chǎn)熱水10噸，每人每次標(biāo)準(zhǔn)用水40升，可解決250人的洗浴用水。作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計(jì)。（c）作為工廠中低溫工業(yè)熱水，可根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N各樣的不同條件予以特殊設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能熱水器的推廣應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今全國(guó)太陽(yáng)能熱水器累計(jì)安裝使用總量已達(dá)300萬(wàn)平方米以上。所以該控制器具有使用方便、性價(jià)比高、工作可靠、精度高等特為太陽(yáng)能熱水器的進(jìn)一步推廣具有積極的推動(dòng)作用。1.3 小結(jié)本章通過(guò)調(diào)研了解太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)國(guó)內(nèi)、國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀，以及國(guó)內(nèi)外在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在控制技術(shù)方面的應(yīng)用情況。通過(guò)分析研究得出：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的發(fā)展前景廣闊，在未來(lái)幾年甚至幾十年中

18、，它的應(yīng)用潛力都是無(wú)法估量的，但制約其應(yīng)用推廣的主要原因是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，也即產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用程度，這也是本文的主要議題所在-單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用。2 設(shè)計(jì)思路及要求2.1 本設(shè)計(jì)的目的和意義在太陽(yáng)能的熱利用中，用于產(chǎn)生熱水的太陽(yáng)能集熱器應(yīng)用廣泛，它充分利用了自然能源太陽(yáng)能，節(jié)省大量能源，這對(duì)于當(dāng)今資源緊張的時(shí)代，具有重要意義。本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)用性,用成本低廉的電阻式傳感器以及電極配以單片機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的太陽(yáng)能熱水器的水溫的控制以及水位的顯示。本裝置電路簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高、水溫控制靈活，水位顯示直觀醒目?？蓮V泛應(yīng)用于家庭生活對(duì)太陽(yáng)能熱水器的水位顯示與水溫控制。具有

19、良好的市場(chǎng)前景。研究太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)的熱輔功能，即太陽(yáng)能集熱器與儲(chǔ)水水箱的熱交換、電輔助加熱的單片機(jī)控制系統(tǒng)。通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)集熱系統(tǒng)智能化，通過(guò)數(shù)字濾波提高了系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)和可靠性。2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求（a）能夠根據(jù)水位控制是否需要進(jìn)水。（b）具有水溫和水位顯示功能；（c）具有無(wú)給水報(bào)警指示；（d）定時(shí)給水2.3 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)思路及方法水位由潛入儲(chǔ)水容器不同深度的水位電極和潛入容器底部的公共電極（導(dǎo)線）檢測(cè)；并由四個(gè)綠色led發(fā)光二極管顯示：若無(wú)水則綠燈不亮；若有四分之一儲(chǔ)水箱的水亮一盞綠燈；通過(guò)觀察綠燈點(diǎn)亮的數(shù)量可識(shí)別水位的高低，這里取4段顯示，也可根據(jù)需要進(jìn)行增減。水溫顯示由2個(gè)le

20、d數(shù)碼管顯示，水溫有效值最多可顯示為99。蜂鳴器報(bào)警電路是為了在無(wú)給水時(shí)報(bào)警以提示現(xiàn)在系統(tǒng)需要自動(dòng)給水。這里選用的蜂鳴器是無(wú)源蜂鳴器，其驅(qū)動(dòng)頻率是2khz，驅(qū)動(dòng)電壓靠7404非門(mén)提供。溫度傳感器有不同的類(lèi)型，用好的溫度傳感器，會(huì)起到事半功倍的效果，所以下面兩個(gè)方案主要是比較所選的溫度傳感器。（a）方案一，測(cè)溫電路熱敏電阻是溫度傳感器的一種，它有仿陶瓷半導(dǎo)體組成。熱敏電阻（ntc）不同于普通的電阻，他具有負(fù)的電阻溫度特性，即當(dāng)溫度升高時(shí)，其電阻值減小。熱敏電阻的阻值溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性較大，因此在使用時(shí)要進(jìn)行線性化處理。線性化處理雖然能夠改善熱敏電阻的特性曲線，但是比較復(fù)雜。為此，

21、在要求不高的一般應(yīng)用中，常做出在一定溫度范圍內(nèi)溫度與阻值成線性關(guān)系的假定，以簡(jiǎn)化計(jì)算。使用熱敏電阻是為了感知溫度，給熱敏電阻通以恒定的電流，電阻兩端就可測(cè)到一個(gè)電壓，然后通過(guò)下面的公式可求得溫度： （2-1）t為被測(cè)溫度：t0為與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)：k為與熱敏電阻特性有關(guān)的系數(shù)；vt為熱敏電阻兩端的電壓。根據(jù)這一公式，如果能測(cè)得熱敏電阻兩端的電壓，再知道參數(shù)t0和k,則可以計(jì)算出熱敏電阻的環(huán)境溫度，也就是被測(cè)的溫度，這樣就把電阻隨溫度的變化轉(zhuǎn)為電壓隨溫度的變化。這種設(shè)計(jì)還需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，而且在測(cè)量的過(guò)程中，由于環(huán)境的影響會(huì)帶來(lái)較大的誤差。（b）方案二，采用溫度傳感器ds18b2

22、0，它是美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器，它支持“一線總線”接口的溫度 傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)化電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。我們可以采用ds18b20采集溫度，再進(jìn)行溫度數(shù)值化，再在顯示電路上顯示。外圍電路簡(jiǎn)單，只需通過(guò)ds18b20進(jìn)行接收溫度，一個(gè)顯示電路，軟件部分只需要采集溫度，對(duì)溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，再用顯示電路將其顯示出來(lái)。很明顯，環(huán)境對(duì)ds18b20影響不會(huì)很大，同時(shí)ds18b20的測(cè)量精度穩(wěn)定并可用軟件設(shè)置、接線簡(jiǎn)單，大大的為單片機(jī)節(jié)省數(shù)據(jù)口。（c）方案比較，本設(shè)計(jì)的主要是從溫度傳感器的選擇考慮。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱敏點(diǎn)偶和熱電阻，而他們測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)

23、換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，電路及軟件調(diào)試復(fù)雜，制作難度高。從以上的兩種方案中，很容易看出采用方案二所設(shè)計(jì)的電路比較簡(jiǎn)單，采用一種智能溫度傳感器ds18b20作為檢測(cè)元器件，測(cè)溫范圍-55125，分辨率最大可達(dá)0.0625。ds18b20可以直接讀出被測(cè)溫度值。采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件成本，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。2.4 小結(jié)明確了本設(shè)計(jì)的目的和意義以及設(shè)計(jì)要求，確定了設(shè)計(jì)思路。3 硬件設(shè)計(jì)方案3.1 電路總體結(jié)構(gòu)及原理電路總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。其中at89s52單片機(jī)芯片為主控芯片，通過(guò)繼電器輸出。圖3-1 電路總體結(jié)構(gòu)圖3.2 主要元器件介紹3.2.1 單

24、片機(jī)芯片at89s52at89s52是一種低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有8k 在線系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。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。片上fl ash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。at89s52芯片具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8kb flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，3個(gè)16位可編程

25、定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器2。此外，at89s52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。主要功能特性如表3-1所示。表3-1 at89s52芯片主要性能兼容mcs-51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)(1000次）isp flash rom32個(gè)雙向i/o口4.5-5.5v工作電壓3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33mhz全雙工uart串行中斷口線256x8bit內(nèi)部ram2個(gè)外部

26、中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位看門(mén)狗（wdt）電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的isp字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示。圖3-2 at89s52p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏 輯電平。對(duì)p0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， p0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。p1 口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o

27、口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 此外，p1.0和p1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能： p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用） p1.6 miso（在

28、系統(tǒng)編程用） p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用）p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr） 時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如movx ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位

29、地址字節(jié)和一些控制信號(hào)3。p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳 第二功能： p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口) p3.2 into(外中斷0) p3.3 int1(外中斷1) p3.4 to(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0) p3.5

30、 t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1) p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 此外，p3口還接收一些用于flash閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ale/：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過(guò)

31、對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無(wú)效。 ：程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89s52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen信號(hào)。 /vpp：外部訪問(wèn)允許，欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端

32、狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。 xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.2 數(shù)碼管由單片機(jī)的定時(shí)器to做計(jì)數(shù)器。一邊記錄脈沖數(shù)量，一邊由2位數(shù)碼管顯示出來(lái)。2位數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。本設(shè)計(jì)采用共陰極連接的led數(shù)碼管。led數(shù)碼管由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖3-3為led數(shù)碼管外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中7只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)a-g筆段，構(gòu)成“日”字形，另一只發(fā)光二極

33、管dp作為小數(shù)點(diǎn)，因此這種led顯示器稱為八段數(shù)碼管4。圖3-3 led數(shù)碼管外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）led結(jié)構(gòu)和顯示原理led（light emitting diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見(jiàn)的是由7段型發(fā)光二極管（ag7段）和1個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（常以dp表示，主要用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)）組成的led顯示器，其排列形狀如下圖所示。這種led顯示器也可稱為7段數(shù)碼顯示器（或8段數(shù)碼顯示器）5。led顯示中的發(fā)光二極管根據(jù)其連接的方法有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。共陰極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)，公共陰極接地，根據(jù)要求需點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入高電

34、平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陽(yáng)極輸入低電平。共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)，公共陽(yáng)極接+5v，根據(jù)要求需要點(diǎn)亮發(fā)光二極管的陰極輸入低電平，不需點(diǎn)亮的發(fā)光二極管的陰極輸入高電平。通過(guò)控制7個(gè)段的發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。（2）字段碼為了顯示各個(gè)數(shù)字或字符，就需要為led提供相應(yīng)的代碼，因?yàn)檫@些代碼是控制各段的亮或滅，供顯示器顯示字形的，所以稱為字段碼（也可以稱為段選碼或字形碼）。七段發(fā)光二極管再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給led顯示器的字段碼正好1個(gè)字節(jié)。各代碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表3-2：表3-2 各代碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系d

35、7d6d5d4d3d2d1d0dpgfedcba表3-3所示為共陰極led所顯示的不同字符的字段碼，測(cè)量范圍為099。表3-3 顯示7段碼表顯示字符共陰極字段碼03fh106h25bh34fh466h56dh67dh707h87fh96fh（3）n位led顯示器在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)際使用的led顯示器有多個(gè)，n位led顯示器的顯示要從兩個(gè)方面來(lái)控制：其一是控制n位的字段顯示（即顯示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由led的顯示原理可知，要使某n位led顯示器的某一位顯示某個(gè)字符，就必須將此字符轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字段碼來(lái)控制該位的8個(gè)段，同時(shí)，該位的字位線也要控制有效，這要通過(guò)一定

36、接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。led顯示器有兩種顯示方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。n位led顯示器有n根字位選線（簡(jiǎn)稱：“位選線”）和n*8根字段選線（簡(jiǎn)稱：“段選線”）。根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接方式也不同。各種字符的字段碼的獲取方法有兩種：即軟件譯碼和硬件譯碼法。目前通常所用的各種型號(hào)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)裝置普遍采用軟件譯碼。當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的led顯示器位數(shù)較多時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路降低成本，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。動(dòng)態(tài)顯示方式的接口電路的連接方法是：將所有l(wèi)ed位的段選線（a dp）同名并聯(lián)，即所有a段并聯(lián)，所有b段并聯(lián)。依次類(lèi)推，然后由一個(gè)8位i/o接口來(lái)控制各個(gè)段，而所有位的位選線

37、則由另外一個(gè)相應(yīng)的i/o接口線來(lái)控制。這樣用兩個(gè)8位i/o接口就能控制8位led顯示器。led顯示器是由電流型控制器件，其工作電流為2ma20ma，使用時(shí)須加限流電阻。本設(shè)計(jì)中限流電阻選用820。動(dòng)態(tài)掃描顯示控制方式就是逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽(yáng)極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線處于段開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個(gè)瞬間，8位led中只有選通的那一位led顯示出字符，而其它7位則是熄滅的。同樣，在下一瞬間，只顯示下1位led。如此繼續(xù)下去，等8位led都顯示完畢后，在循環(huán)進(jìn)行。雖然這些字符是在不同的瞬

38、時(shí)輪流點(diǎn)亮的，但由于人眼的視覺(jué)殘留效應(yīng)，看到的是8位穩(wěn)定顯示的字符，與靜態(tài)顯示的效果完全一樣。所以為了簡(jiǎn)化電路、降低成本，此系統(tǒng)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式。3.2.3 數(shù)字溫度傳感器ds18b20主要特性及測(cè)溫原理一線式數(shù)字溫度傳感器ds18b20是ds1820的更新?lián)Q代產(chǎn)品(由美國(guó)da iias公司生產(chǎn))。它具有體積小，分辨率高，轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)。由于每片ds18b20 含有唯一的硅串行數(shù), 所以在一條總線上可以掛接多達(dá)248 2181014只ds18b20,再加上ds18b20 獨(dú)特的單線總線結(jié)構(gòu),決定了ds18b20 特別適合于大型的多路溫度實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)。溫度實(shí)時(shí)測(cè)控集裝箱的設(shè)計(jì), 在實(shí)現(xiàn)

39、測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)方面就較好地利用了ds18b20 的獨(dú)到特點(diǎn),使系統(tǒng)得到了極大的簡(jiǎn)化。（1）ds18b20的特性（a）獨(dú)特的單線接口方式。ds18b20 在i/o處理器連接時(shí),僅需要一個(gè)i/o 口即可實(shí)現(xiàn)微處理器同ds18b20的雙向通訊。（b）ds18b20支持組網(wǎng)功能,多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的單線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（c）ds18b20 的測(cè)溫范圍為: - 55+125,在-10+ 85時(shí), 其精度為+ 015。（d）ds18b20的測(cè)溫結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)從912位,可編程進(jìn)行選擇。數(shù)字化溫度傳感器ds1820測(cè)溫范圍為- 55+125 ，增量值為0.5 (9位溫度讀數(shù))，它主要由

40、4個(gè)數(shù)據(jù)部件部分組成：64位rom;溫度傳感器;非易失性的溫度告警觸發(fā)器th 和tl；高速便箋存儲(chǔ)器64 位rom用于存儲(chǔ)序列號(hào)，其首字節(jié)固定為28h，表示產(chǎn)品類(lèi)型碼，后6個(gè)字節(jié)是每個(gè)器件的編碼，最后1個(gè)字節(jié)是crc 校驗(yàn)碼. 溫度告警觸發(fā)器th和tl 存儲(chǔ)用戶通過(guò)軟件寫(xiě)入的報(bào)警上下限值，高速便箋存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其中有2個(gè)字節(jié)ram單元用來(lái)存放溫度值前1個(gè)字節(jié)為溫度值的補(bǔ)碼低8位，后1個(gè)字節(jié)為符號(hào)位和溫度值的補(bǔ)碼高3位。（2）ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。ds18b20的管腳排列如

41、圖3-4所示。圖3-4 ds18b20的管腳排列圖dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；gnd為電源地；vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。64位光刻rom:光刻rom中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼,即id。它的作用是使每一個(gè)ds18b20的地址都不同，可以實(shí)現(xiàn)在相同的總線上掛多個(gè)ds18b20的目的。64位光刻rom的排列是：開(kāi)始8位（28h）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該ds18b20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc=x8+x5+x4+1）6。溫度傳感器：ds18b20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以1

42、2位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表達(dá)，其中s為符號(hào)位。二進(jìn)制的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在ds18b20的2個(gè)8位的ram中，如表3-4 ds18b20溫度值格式表所示。表3-4 ds18b20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在ds18b20的兩個(gè)8比特的ram中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl：ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存ram和

43、一個(gè)非易失性的可電擦除的ram,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl和結(jié)構(gòu)寄存器。當(dāng)溫度到達(dá)低溫或高溫的時(shí)候，溫度報(bào)警觸發(fā)器會(huì)發(fā)出報(bào)警7。高速暫存ram:暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是th、tl的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算，第八個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)8。ds18b20的設(shè)置位有一個(gè)字節(jié)，該字節(jié)各位的意義如下：tm r1 r0 1 1 1 1 1。低五位一直都是1，tm是測(cè)

44、試模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測(cè)試模式。在ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng),r1和r0用來(lái)設(shè)置分辨率，如表3-5分辨率設(shè)置表所示。表3-5 分辨率設(shè)置表r1r0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位，即將總線下拉500us,然后釋放，然后釋放，ds18b20收到信號(hào)后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功；復(fù)位成功后發(fā)送

45、一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，這樣才能對(duì)ds18b20進(jìn)行預(yù)定的操作。rom、ram指令集如表3-6、表3-7所示。表3-6 rom指令集指 令約定代碼 功 能讀rom33h讀ds18b20中的編碼（64位地址）。符合rom55h備發(fā)出命令后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問(wèn)單線總線上與該編輯相應(yīng)的ds18b20，使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)ds18b20的讀寫(xiě)準(zhǔn)。搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上的ds18b20個(gè)數(shù)和64位rom地址,為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過(guò)rom0cch忽略64位rom地址,直接向ds18b20發(fā)出溫度變換命令,適合單片機(jī)。報(bào)警搜索命令0ech執(zhí)行后,只有溫度超

46、出設(shè)定的上限或下限的片子才能做處反應(yīng)。表3-7 ram指令集指 令約定代碼 功 能溫度變換44h啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500ms，結(jié)果存入內(nèi)部字節(jié)ram中。讀暫存器0beh訪問(wèn)ram中字節(jié)的內(nèi)容。寫(xiě)暫存器4eh向內(nèi)部ram的第和字節(jié)寫(xiě)上限下限數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令后的是傳送字節(jié)數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48h將ram中的第和字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到eeram中。重調(diào)eera0b8h將eeram中的內(nèi)容復(fù)制到ram中的第和字節(jié)。讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送，外接電時(shí)發(fā)送。（3）ds18b20測(cè)溫原理ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,如圖3-5所示。圖3-

47、5 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ds18b20 的測(cè)溫原理：ds18b20 測(cè)量溫度采用了特有的溫度測(cè)量技術(shù)，它是通過(guò)計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù),低溫時(shí),振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路。而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí), 振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為- 55。同時(shí), 計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前的溫度值時(shí), 電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償, 計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。如果門(mén)電路仍未關(guān)閉, 則系統(tǒng)重復(fù)上述過(guò)程。（4）ds18b20的操作協(xié)議ds18b20單純通信功能是分時(shí)完成的。單線信號(hào)包括復(fù)位脈沖,響應(yīng)脈沖,寫(xiě)“0”,寫(xiě)“1”,讀“1”。它們有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。系統(tǒng)對(duì)d

48、s18b20的操作以rom命令(5個(gè))和存儲(chǔ)器命令(6個(gè))形式出現(xiàn)。對(duì)它的操作協(xié)議是： 初始化ds18b20發(fā)復(fù)位脈沖)發(fā)rom功能命令處理數(shù)據(jù)發(fā)存儲(chǔ)器命令處理數(shù)據(jù)。各種操作都有相應(yīng)的時(shí)序圖。ds18b20在使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將ds18b20 信號(hào)線與單片機(jī)1位i/o線相連，且單片機(jī)的1位i/o線可掛接多個(gè)ds18b20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測(cè)。ds18b20傳感器精度高、互換性好;它直接將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù)，通信方便，傳輸距離遠(yuǎn)且抗干擾性好：與用傳統(tǒng)溫度傳感器組成的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)相比可節(jié)省大量電纜，而且系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，系統(tǒng)擴(kuò)充維護(hù)十分方

49、便。ds18b20 可以廣泛用于工廠工業(yè)過(guò)程、大型糧倉(cāng)、釀酒廠，食品加工廠的溫度檢測(cè)以及賓館、儀器儀表室等處的溫度檢測(cè)和控制。3.2.4 繼電器（relay）的工作原理和特性當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開(kāi)的電器。可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類(lèi)。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。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(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制

50、較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。（1）電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱

51、為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。（2）熱敏干簧繼電器的工作原理和特性熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測(cè)和控制溫度的新型熱敏開(kāi)關(guān)。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導(dǎo)熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵(lì)磁，而由恒磁環(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。（3）固態(tài)繼電器（ssr）的工作原理和特性固態(tài)繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類(lèi)型可分為交流型和直流型。按開(kāi)關(guān)型式可分為常開(kāi)型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器

52、隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù):（a）額定工作電壓是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。（b）直流電阻是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過(guò)萬(wàn)能表測(cè)量。（c）吸合電流是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于線圈所加的工作電壓，一般不要超過(guò)額定工作電壓的1.5倍，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。（4）釋放電流是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸

53、合電流。（5）觸點(diǎn)切換電壓和電流是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過(guò)此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。3.2.5 電磁閥電磁閥是控制元件，主要用來(lái)控制氣缸。也有分析儀器或者別的噴槍用來(lái)直接控制氣體。電磁閥分為氣動(dòng)、液壓兩種，工作方式都是一樣的，只是介質(zhì)不一樣。工作原理就是在一個(gè)閥體上開(kāi)幾個(gè)孔，然后用電磁感應(yīng)控制閥桿的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制堵哪個(gè)孔，或者讓哪個(gè)孔出氣。以此達(dá)到控制的目的。電磁閥從原理上分為三大類(lèi)：（a）直動(dòng)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門(mén)打開(kāi)；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門(mén)關(guān)閉。特點(diǎn)：在真空

54、、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過(guò)25mm。（b）分步直動(dòng)式電磁閥：原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒(méi)有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門(mén)打開(kāi)。當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動(dòng)壓差時(shí)，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開(kāi)；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門(mén)關(guān)閉。特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可*動(dòng)作，但功率較大，要求必須水平安裝。（c）先導(dǎo)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開(kāi)，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周?chē)纬缮系拖赂叩膲翰?，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門(mén)打開(kāi)；

55、斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過(guò)旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周?chē)纬上碌蜕细叩膲翰睿黧w壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門(mén)。特點(diǎn)： 流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必須滿足流體壓差條件。3.2.6 晶振晶振為給單片機(jī)提供工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，本設(shè)計(jì)中采用了12mhz的晶振。故系統(tǒng)中cpu執(zhí)行的每一個(gè)機(jī)器周期為1us。3.3 at89s52單片機(jī)的最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，即指使單片機(jī)能正常工作的所需的最少的電路，即應(yīng)包含cpu及輔助電路、rom、ram及i/o端口等電路。由于at89s52內(nèi)部已經(jīng)包含8kb的flash memory程序存儲(chǔ)器，所以無(wú)需再擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器。在at89s

56、52的基礎(chǔ)上，加復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、ea引腳信號(hào)及電源即可。結(jié)合資料及所學(xué)過(guò)的內(nèi)容，得到如圖3-6所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖3-6 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3-6中，晶體振蕩器的頻率選12mhz，復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位，電路參數(shù)如圖中所示，以滿足系統(tǒng)復(fù)位時(shí)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平的要求。由于cpu的內(nèi)部已含有程序存儲(chǔ)器，所以ea引腳接高電平。3.4 水位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)3.4.1 水位傳感器的選用太陽(yáng)熱中央控制系統(tǒng)主是實(shí)現(xiàn)水溫溫度、水箱及集熱器水位的控制，系統(tǒng)響應(yīng)是根據(jù)集熱器、水箱、出水、回水的溫度與水箱、集熱器的水位實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)中水溫水位傳感器起著至關(guān)重要的作用，它相當(dāng)于人的眼睛、耳朵等感官，只有獲得

57、正確的信息才能實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫、水位準(zhǔn)確的控制，同時(shí)水溫水位傳感器工作穩(wěn)定性是整個(gè)熱水器智能控制的保障。傳感器技術(shù)在熱水器的應(yīng)用中，由于受到多種惡劣環(huán)境的影響，需要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。（1）耐高溫問(wèn)題傳感器要長(zhǎng)期工作在熱水器水箱之中，不但要受高溫（可達(dá)100度以上），還要受水蒸氣的侵襲，不管是電子器件還是其他的傳感器材料都很容易老化、損壞。（2）密封問(wèn)題對(duì)太陽(yáng)能熱水器水箱里的水溫水位探測(cè)，一般將感溫探頭和水位探頭都直接接觸水源，因?yàn)樾盘?hào)線的呼吸毛細(xì)現(xiàn)象，使的信號(hào)線被水汽腐蝕，電阻增大甚至腐蝕斷信號(hào)線，直接導(dǎo)致控制部件失靈?；谝陨显颍仨氝x取一種結(jié)構(gòu)，使得信號(hào)線、電子器件等元件遠(yuǎn)離高溫的水箱，而進(jìn)入水箱的部分僅僅是耐腐蝕、耐高溫的優(yōu)質(zhì)