基于單片機(jī)的紅外遙控溫度報警器設(shè)計

1、目錄摘 要：3 關(guān)鍵詞：3Abstract:4Key words:40 引言51 總體設(shè)計51.1 設(shè)計思路及原理方框圖51.2 各模塊方案選擇71.2.1 控制器模塊設(shè)計方案論證與選擇71.2.2 溫度采集模塊設(shè)計方案論證與選擇71.2.3 顯示模塊設(shè)計方案論證與選擇71.2.4 語音模塊設(shè)計方案論證與選擇71.2.5 鍵盤模塊設(shè)計方案論證與選擇71.2.6 紅外遙控模塊設(shè)計方案論證與選擇82 紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計82.1 紅外遙控原理82.2 紅外遙控發(fā)射器82.3 紅外接收器92.4 軟件設(shè)計92.4.1 紅外編碼設(shè)計92.4.2 紅外解碼設(shè)計103 溫度系統(tǒng)設(shè)計113.1 溫度采集模塊設(shè)計

2、113.1.1 硬件電路設(shè)計113.1.2 軟件設(shè)計113.2 溫度顯示模塊設(shè)計133.2.1 硬件電路設(shè)計133.2.2 軟件設(shè)計134 語音報警系統(tǒng)設(shè)計144.1 硬件設(shè)計144.2 軟件設(shè)計165 調(diào)試及仿真165.1 protues簡介165.2 Protues使用注意事項165.3 本設(shè)計中PROTUES中的仿真176 總結(jié)17參考文獻(xiàn)18附錄1 元件清單19附件2 紅外接收及溫度報警電路圖20附件3 紅外遙控電路圖21附件 4 紅外解碼及溫度報警程序22附件 5 紅外解碼程序33紅外遙控溫度報警器設(shè)計摘 要：溫度，無論是在日常生活還是工業(yè)生產(chǎn)中都是人們十分關(guān)注的一個參數(shù)。任何物理變

3、化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，不同的工業(yè)生產(chǎn)和工藝對溫度都有著不同的要求，當(dāng)溫度過高或者過低時，都將會給生產(chǎn)帶來很大的損失；同時隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電器進(jìn)入到人們的家庭生活之中，但是因此而引起的火災(zāi)的現(xiàn)象也越來越多，造成財產(chǎn)很大的損失。在這些情況下，一款好的溫度報警將起到十分重要的作用，給人們的生產(chǎn)生活中帶來很大的方便，減少了不必要的損失。本文介紹了一款基于紅外遙控技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的溫度報警器設(shè)計。本設(shè)計采用8位AT89C51ED單片機(jī)為主控制器和高精度DS18B20為溫度傳感器，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時檢測，當(dāng)溫度高于或低于預(yù)設(shè)溫度時可通過ISD1420語音芯片進(jìn)行報警。其實測溫度

4、值可通過12864液晶顯示屏顯示。同時還可通過紅外遙控收發(fā)模塊設(shè)定報警上下限值，方便人們進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該溫度報警器能夠精確測量0.5攝氏度以內(nèi)的溫度，紅外遙控模塊更具實用性、方便性，語音播報更具人性化，液晶界面友好，還可以擴(kuò)展功能，這是理想的溫度報警的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞： 溫度；AT89C51ED2；報警；紅外Design of Infrared Remote Temperature AlarmAbstract: Temperature, both in daily life or industrial production is a parameter of great concern. An

5、y physical change and chemical reaction process are closely related with the temperature, different temperature industrial production and technology all have different requirements, when the temperature is too high or too low, both will bring great losses to the production; the same time as the scie

6、ntific and technological development, more and more electrical appliances into peoples family lives, but so caused the fire phenomenon more and more, resulting in great loss of property. In these cases, a good temperature alarm will play an important role in the production of life to people brings g

7、reat convenience, reducing unnecessary losses. This article describes a microcontroller based infrared remote control technology and design technology, temperature alarm.This design uses 8-bit AT89C51ED2 microcontroller-based controller and high-precision temperature sensor DS18B20 to achieve real-t

8、ime detection of the ambient temperature, when the temperature is higher or lower than the preset temperature when the alarm by ISD1420 voice chip. In fact, temperature can be measured 12864 LCD display. By infrared remote control can also set the alarm up and down limits transceiver module to facil

9、itate remote control of the people. The alarm can precisely measure the temperature of 0.5 degrees Celsius temperature, infrared remote control module is more practical, convenience, voice broadcast more humane, user-friendly LCD, but also able to extend functionality, which is ideal for temperature

10、 alarm design.Key words: temperature AT89C51ED2 wireless alarm0 引言溫度，無論是在日常生活還是工業(yè)生產(chǎn)中都是人們十分關(guān)注的一個參數(shù)。任何物理變化很化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，不同的工業(yè)生產(chǎn)和工藝對溫度都有著不同的要求，當(dāng)溫度過高或者過低時，都將會給生產(chǎn)帶來很大的損失；同時隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電器進(jìn)入到人們的家庭生活之中，但是因此而引起的火災(zāi)的現(xiàn)象也越來越多，造成財產(chǎn)很大的損失。在這些情況下，一款好的溫度報警將起到十分重要的作用，給人們的生產(chǎn)生活中帶來很大的方便，減少了不必要的損失。我國的溫度報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、

11、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前國內(nèi)廠家多偏重用于大型鍋爐廠、大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型報警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室、倉庫等小型防火單位，以及一些家用電器設(shè)備，需要設(shè)置一種廉價實用的、方便靈活的自動探測報警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的紅外遙控溫度報警器是非常必要的。 單片機(jī)自問世以來，所給人們的生產(chǎn)生活帶來的很大方便。現(xiàn)在很多的設(shè)備都從從單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。Atmel公司的生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部

12、除CPU外，還包括128字節(jié)RAM，4個8位并行I/O口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，3個16位可編程定時計數(shù)器，片內(nèi)集成64K字節(jié)可改變程序Flash存儲器，具有ISP在線編程功能，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的智能控制芯片。紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵

13、等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。同時由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，所以，在設(shè)計家用電器的紅外線遙控器時，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發(fā)射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號“串門”的情況。這對于大批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方面。由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影響很小，再由紅外光波動波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。本系統(tǒng)的使用

14、不會對原有系統(tǒng)造成任何負(fù)面影響，將有助于提高特定行業(yè)的安全系數(shù)，為企業(yè)提高預(yù)警效率、創(chuàng)造安全環(huán)境、降低潛在損失本溫度報警器采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行智能控制，利用紅外遙控技術(shù)的遠(yuǎn)程遙控能力。具有低成本，高穩(wěn)定性，及時報警，遠(yuǎn)程遙控，功能擴(kuò)展等特點(diǎn)。特別是其紅外遙控技術(shù)的應(yīng)用，使其具有更大的實用性，靈活性。能廣泛的應(yīng)用于中小型電鍋爐、電采暖爐、電茶爐、壁掛爐、空調(diào)、倉庫、機(jī)房、辦公室等。有著很好的發(fā)展前景。1 總體設(shè)計1.1 設(shè)計思路及原理方框圖本設(shè)計主要包括以下部分：紅外收發(fā)，溫度采集與顯示，語音報警。這么大的工程量，為求的系統(tǒng)的穩(wěn)定，且有較大的靈活性，我采用了2片AT89C51ED2，一片

15、AT89C51ED2作為主機(jī)，它用于溫度采集和接收紅外發(fā)來的按鍵代碼值，予以處理；控制語音模塊實現(xiàn)報警和實時溫度讀數(shù)；并將溫度送液晶屏顯示，實現(xiàn)全程監(jiān)控。其中溫度采集我們采用高精度的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，利用ISD1720語音芯片進(jìn)行報警，其實測溫度值通過12864液晶屏顯示。同時為增加系統(tǒng)絕對可控性，增加了鍵盤。另一片AT89C51ED2則用于紅外遙控發(fā)射部分，進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。其原理方框圖如圖1.1所示。 單 片 機(jī) 紅外接收溫度采集按鍵控制液晶顯示語音報警 單 片 機(jī) 按鍵控制紅外發(fā)送圖1.1 原理方框圖 1.2 各模塊方案選擇1.2.1 控制器模塊設(shè)計方案論證與選擇單片機(jī)是集成了C

16、PU、ROM、RAM、和I/O口的微型計算機(jī)，有很強(qiáng)的接口性能。此系統(tǒng)和外圍接口芯片比較多，選單片機(jī)作為主控器是明智的，單片機(jī)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程的實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低，體積小，技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。Atmel公司的生產(chǎn)的AT89C51ED2單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部除CPU外，還包括256字節(jié)RAM，4個8位并行I/O口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，3個16位可編程定時計數(shù)器，片內(nèi)集成64K字節(jié)可改變程序Flash存儲器，具有ISP在線編程功能，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優(yōu)點(diǎn)，是

17、一種很好的智能控制芯片。所以我選用AT89C51ED2單片機(jī)作為主控器。1.2.2 溫度采集模塊設(shè)計方案論證與選擇方案一、用熱電偶測溫 優(yōu)點(diǎn)是測溫范圍寬，缺點(diǎn)是電動勢低，對運(yùn)放的要求高，重要的是熱電偶測溫需要冷端溫度補(bǔ)償，來消除冷端溫度變化所產(chǎn)生的影響，對于本電路補(bǔ)償溫度要求精度很高，且準(zhǔn)確，否則會給系統(tǒng)帶來反所用，而且成本高，操作復(fù)雜。方案二、利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其測溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5，可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12

18、位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；同時DS18B20在使用中不需要任何外圍元件（僅需一個4.7K的上拉電阻），全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，硬件電路十分簡單。所以我們選擇方案二。1.2.3 顯示模塊設(shè)計方案論證與選擇方案一、采用數(shù)碼管。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時其精度高，稱量快，精確可靠，操作簡單。但其顯示內(nèi)容單一，且不利于功能擴(kuò)展。方案二、采用液晶顯示屏。液晶顯示屏可很靈活地控制顯示圖形及任意指定大小和樣式的字符顯示；有利于功能的擴(kuò)展，且硬件電路也很簡單。

19、所以我們選擇方案二。1.2.4 語音模塊設(shè)計方案論證與選擇方案一、采用APR9600系列語音錄放芯片，繼美國ISD公司以后采用模擬存儲技術(shù)的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音電路，單片電路可錄放32-60秒，串行控制時可分256段以上，并行控制時最大可分8段。但不能用軟件實施控制播放音，所以不適合在數(shù)字播音的場合使用。方案二、采用ISD1420系列語音芯片。ISD1420芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含震蕩器、話筒前置放大、自動增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動及EEPROM陣列；可錄放實際為8至20秒，音質(zhì)好。擁有邊緣/電平觸發(fā)兩種放音控制和唯一的錄音控制。芯片采用多

20、電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣直接存儲在片內(nèi)單個EEPROM中，其信息科保存一百年。最小的錄放系統(tǒng)僅需麥克風(fēng)、喇叭、幾個按鍵、電源及少量的電容電阻，電路十分簡單。綜上所述語音播報模塊 我們選擇ISD1420。1.2.5 鍵盤模塊設(shè)計方案論證與選擇本系統(tǒng)鍵盤主要用來設(shè)置上限下限溫度，進(jìn)行語音播報，數(shù)據(jù)輸入按鈕。因其按鍵需求不多，所以我們采用獨(dú)立式按鍵。1.2.6 紅外遙控模塊設(shè)計方案論證與選擇方案一：用2262和2272夠成紅外遙控器。專用的紅外發(fā)射為2262IR型，才，但是發(fā)現(xiàn)用這兩組組合的效果并不是很好，且數(shù)據(jù)傳輸效果也不理想，自主性不高。方案二：直接用單片機(jī)自己編碼和解碼，采用AT89C

21、51ED2的定時器產(chǎn)生38KHz載波，準(zhǔn)確度好，在用另一AT89C81ED2的I/O作為接收口。效果很理想。綜上所述才用單片機(jī)編碼和解碼。2 紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計2.1 紅外遙控原理在通信系統(tǒng)中，常利用非電信號來傳遞控制信號和數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)遙控或遙測的功能。紅外通信，具有控制簡單、實施方便，傳輸可靠性高的特點(diǎn)，是一種較為常用的通信方式。紅外通信利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，發(fā)送端采用脈時調(diào)制方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送，接收端將收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號。再經(jīng)過放大、濾波處理后送給解調(diào)電路，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號后輸出。在紅外線

22、通信系統(tǒng)中，由于自然光及人工光源等背景光信號的介入，信號源以及發(fā)射、接收設(shè)備中電學(xué)或光學(xué)噪聲的影響，紅外無線數(shù)字通信在某些場合的通信質(zhì)量較差，因此采用信道編碼技術(shù)來提高抗干擾能力。通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大模塊組成，使用編解碼專用集成電路控制操作。發(fā)射部分一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載體進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定指令編碼信號。接收部分一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路(機(jī)構(gòu))等幾部分組成。

23、接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進(jìn)行譯碼，最后由驅(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制。2.2 紅外遙控發(fā)射器紅外遙控發(fā)射器的關(guān)鍵是紅外發(fā)光二極管和響應(yīng)的驅(qū)動電路。紅外發(fā)光二極管首先要滿足其調(diào)制帶寬大于信號的頻譜寬度，保證通信線路暢通。此外發(fā)光二極管的發(fā)射波長應(yīng)與接收端的光電探測器的峰值響應(yīng)相匹配，最大程度地抑制背景雜散光干擾，現(xiàn)階段一般選用780nm950 nm的紅外波段進(jìn)行數(shù)字信號傳輸。由于紅外無線通信系統(tǒng)的信噪比與發(fā)射功率的平方成正比，所以適當(dāng)提高紅外發(fā)射器

24、的發(fā)射功率，并采用空間分集、全息漫射片等可使發(fā)射端的光功率在空間均勻分布的措施來降低誤碼率，提高通信質(zhì)量。紅外遙控發(fā)射器的專用芯片很多，但在本遙控系統(tǒng)中，紅外遙控器采用的是AT89C51ED2芯片。紅外發(fā)射是由編碼后的串行數(shù)據(jù)通過載波脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生，發(fā)射電路中采用最常用的載頻38 kHz遙控器。用P2、P3口組成矩陣掃描反饋，獲取鍵值，用內(nèi)部的定時器1產(chǎn)生一個38K的軟件定時中斷，驅(qū)動P1.3產(chǎn)生一個38K的方波，當(dāng)作紅外線的調(diào)制基波；需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，直接送至P1.0的串口發(fā)送端。而后P1.0和P1.3經(jīng)過74LS02處理后，用三極管驅(qū)動紅外發(fā)射管直接發(fā)出。紅外發(fā)射電路如圖2.1所示。圖2

25、.1 紅外發(fā)射電路2.3 紅外接收器紅外接收器包括紅外接收部分以及后續(xù)的信號采濾波、判決、量化、均衡和解碼等。紅外接收端的工作過程，首先進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將紅外脈沖信號變?yōu)殡娦盘枺?jīng)過適當(dāng)?shù)念l域均衡后進(jìn)行碼元判決，碼元判決電路是接收器設(shè)計的核心部分。由于信號采用紅外無線進(jìn)行穿射，其電平變化范圍較大，所以碼元判決電路必須是自適應(yīng)的。接收的信號經(jīng)自適應(yīng)碼元判決后變成數(shù)字信號，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕獯a轉(zhuǎn)換為差分信號進(jìn)入計算機(jī)網(wǎng)卡的信號輸入端。本設(shè)計中紅外接收電路采用SM0038。SM0038集光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)和放大于一體，只需少數(shù)外接元件就能實現(xiàn)從紅外接收到輸出與TTL電平兼容的所有工作。SM0038輸出高電平，

26、當(dāng)輸入為遙控信號時，SM0038則輸出高低電平脈沖。接收的遙控碼是由一個低電平與一個高電平構(gòu)成，不同脈寬高低電平的組合組成不同控制碼。此設(shè)計將解調(diào)的信號直接送至AT89C51ED2的P3.2接收，通過內(nèi)部中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)脈沖的計數(shù)和存儲。紅外接收電路如圖2.2所示。圖2.2 紅外接收電路2.4 軟件設(shè)計2.4.1 紅外編碼設(shè)計發(fā)送主程序：初始化時設(shè)置定時器、看門狗，而后掃描鍵盤。若有鍵按下，進(jìn)行按鍵處理；若是發(fā)送鍵，則置紅外發(fā)送標(biāo)志，啟動定時器和紅外發(fā)送程序，后返回主程序中。紅外發(fā)送程序：現(xiàn)場保護(hù)，取發(fā)送數(shù)據(jù)至發(fā)送緩沖區(qū)，啟動軟件定時產(chǎn)生38K的方波，而后判數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，結(jié)束則清除發(fā)送標(biāo)志

27、，反之，則返回繼續(xù)送數(shù)據(jù)。定時中斷程序：現(xiàn)場保護(hù)回填定時長度，啟動計數(shù)定時，并在指定的管腳P1.3取反，變成反相電平，返回。定時器0中斷程序紅外編碼：現(xiàn)場保護(hù)回填定時長度，啟動計數(shù)定時，并對按鍵進(jìn)行處理，進(jìn)行紅外，發(fā)送到P1.0口輸出，返回。流程圖如圖2.3所示。YESNO編碼開始發(fā)送數(shù)據(jù)碼發(fā)送起始碼編碼結(jié)束按鍵判斷圖2.3 紅外編碼流程圖2.4.2 紅外解碼設(shè)計紅外接收程序：現(xiàn)場保護(hù)后，取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，并對其作出判斷，后返回主程序中的顯示程序，送顯示數(shù)據(jù)至緩沖區(qū)。紅外解碼程序：首先對SM0038送來的脈沖流進(jìn)行采樣，檢測脈沖寬度，并存儲。然后判斷引導(dǎo)脈沖是否有效，再據(jù)脈寬解出鍵碼值和鍵碼反碼值

28、，比較正碼、反碼，確認(rèn)是否有誤，最后譯出鍵碼值。程序流程圖如圖2.4所示信號接收解碼準(zhǔn)備低電平計數(shù)高電平計數(shù)信號顯示圖2.4 紅外解碼流程圖3 溫度系統(tǒng)設(shè)計3.1 溫度采集模塊設(shè)計3.1.1 硬件電路設(shè)計本溫度報警器采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20（如圖3.1），可以把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號工微機(jī)處理，是模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，而且讀DS18B20信息或?qū)慏S18B20信息僅需要單線接口，使用非常方便；其測溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5，可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫在9位

29、分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；同時DS18B20在使用中不需要任何外圍元件（僅需一個4.7K的上拉電阻），全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，硬件電路十分簡單。圖3.1 DS18B20DS18B20測溫原理如圖3.2所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)

30、置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖3.2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。本設(shè)計中利用單片的P1.6腳與DS18B20的DQ腳相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，如圖3.3所示。 圖 3.2 DS18B20測溫原理 圖 3.3 DS18B20電路圖3.1.2 軟件設(shè)計DSl8B20必須嚴(yán)格按照單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種時隙類型：初始化、應(yīng)答、寫1、寫0、讀1、

31、讀0。除了應(yīng)答時隙所有這些時隙都是有主機(jī)發(fā)出?？偩€上所傳輸?shù)乃忻詈蛿?shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。（1）初始化時隙復(fù)位時隙和應(yīng)答時隙。在初始化過程中，主機(jī)發(fā)送復(fù)位脈沖(最短為480s的低電平信號)接著，釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)。當(dāng)總線被釋放后上拉電阻將總線拉高。DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后等待15-60us接著發(fā)出應(yīng)答脈沖(低電平持續(xù)60-240 s)。（2）讀和寫時隙在寫時隙期間，主機(jī)向DS18B20寫入數(shù)據(jù)；而在讀時隙期間，主機(jī)讀入來自DS18B20的數(shù)據(jù)。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。存在兩種寫時隙，即寫1和寫0。主機(jī)在寫1時隙向DS18B20寫入邏輯1。而在寫0時隙向DS18

32、B20寫入邏輯0。所有寫時隙至少需要60S，而且兩次寫l時隙之間至少需要lS的恢復(fù)時間。兩種寫時隙均以主機(jī)拉低總線開始。產(chǎn)生寫1時隙：主機(jī)拉低總線后，必須在15uS內(nèi)釋放總線。然后由上拉電阻將總線拉至高電平。產(chǎn)生寫0時隙：主機(jī)拉低總線后，必須在整個時隙期間保持低電平(至少60S）。在寫時隙開始后的1 560 S期間，DSl8B20采樣總線的狀態(tài)。如果總線為高電，則邏輯1被寫入DSl8B20；如果總線為低電平，則0邏輯被寫入DSl8B20。 讀時隙：DSl8B20只能在主機(jī)發(fā)出讀時隙時才能向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)。所以主機(jī)在發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時隙，以便DSl8B20能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時隙至

33、少60s，且在兩次獨(dú)立的讀時隙之間至少需要1S的恢復(fù)時間。每次讀時隙由主機(jī)發(fā)起，拉低總線至少1S。在主機(jī)發(fā)起讀時隙之后，DSl8B20開始在總線上傳送1或0。若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平；若發(fā)送O，則拉低總線。當(dāng)傳送0時，DSl8B20在該時隙結(jié)束時釋放總線，再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)在讀時隙下降沿起始后的1 5uS內(nèi)有效，因此主機(jī)必須在讀時隙開始后的15S內(nèi)釋放總線，并且采樣總線狀態(tài)。其程序流程圖如圖3.4所示。圖3.4 DS18B20程序流程圖3.2 溫度顯示模塊設(shè)計3.2.1 硬件電路設(shè)計M12864是一種正向黑白半透半反模式的圖形點(diǎn)陣液

34、晶顯示器。它主要才用動態(tài)驅(qū)動原理有行驅(qū)動控制器和列驅(qū)動控制器兩部分組成12864的全點(diǎn)陣液晶顯示；可很靈活地控制顯示圖形及任意指定大小和樣式的字符顯示；與CPU接口采用5條控制總線和8位并行數(shù)據(jù)總線輸入輸出。因此它能適應(yīng)許多需要功能齊全的場合。其引腳功能如表3.1所示。表3.1 12864引腳功能表引腳號引腳別名電平功能描述1VSS0V電源接地腳2VCC5V電源正腳3V0對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS)H/LRS=“H”,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)；RS=“L”,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0；R/W=“L”,E=“HL

35、”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6EH/L使能信號714DB0DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC空腳17/RESETH/L復(fù)位端（低電平有效）18VOUTLCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負(fù)端本設(shè)計中單片機(jī)與液晶顯示器硬件連接如圖3.5所示；采用單片機(jī)P0口與液晶顯示器數(shù)據(jù)總線相連，P1.0P1.5口與液晶顯示器的5條控制總線相連。3.2.2 軟件設(shè)計使用帶中文字庫的128X64顯示模塊時編程時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：欲在某一個位置顯示中文字符時，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字符編碼。顯示

36、ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動對地址加1指向下一個字符位置，否則，顯示的字符中將會有一個空ASCII字符位置。當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時，應(yīng)先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。模塊在接收指令前，向處理器必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時BF需為“0”，方可接受新的指令。如果在送出一個指令前不檢查BF標(biāo)志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個指令確定執(zhí)行完成。指令執(zhí)行的時間請參考指令表中的指令執(zhí)行時間說明?！癛E”為基本指令集與擴(kuò)充指令集的選擇控制位。當(dāng)變更“RE”后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)

37、，除非再次變更“RE”位，否則使用相同指令集時，無需每次均重設(shè)“RE”位。12864液晶顯示屏程序流程如圖3.6所示。圖3.6 12864程序流程圖圖3.5 顯示電路圖圖3.6液晶顯示屏程序流程圖3.5 液晶顯示電路圖4 語音報警系統(tǒng)設(shè)計4.1 硬件設(shè)計本設(shè)計所采用的語音芯片是華邦公司開發(fā)的高保真、不怕斷電、錄放一體化的單片固態(tài)語音集成電路生IDS1420。其片內(nèi)設(shè)有時鐘振蕩器、128K字節(jié)EEPROM、低噪前置放器、自動增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動功率放大器等高品質(zhì)語音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。IDS1420芯片工作原理：錄音過程中，ISD142O在進(jìn)行存儲

38、操作之前，要分幾個階段對信號進(jìn)行調(diào)整。首先要輸入信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的最佳電平，這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制部分來完成。前置放大器通過隔直流電容與麥克風(fēng)連接，隔直流電容用來去掉交流小信號中的直流成份（大約2mA）。信號的放大分兩步完成，先經(jīng)過輸入前置放大器，然后經(jīng)過固定增益放大器。完成信號的通路要在模擬輸出端（ANAOUT）和模擬輸入端（ANAIN）兩個管腳之間連接一個電容器。自動增益控制電路動態(tài)地監(jiān)控放大器輸出的信號電平并發(fā)送增益控制電壓到前置放大器。前置放大器增益自動調(diào)節(jié)以便維持進(jìn)入濾波器的信號為最佳電平，這樣錄音的信號能得到最高電平又使削波減至最小。我們可以通過選擇連

39、接到AGC 管腳的電阻和電容值來調(diào)節(jié)描述自動增益電路特性的兩個時間常量，即響應(yīng)時間和釋放時間。下一個階段的信號調(diào)整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號的存儲仍然是采用取樣技術(shù)，因此還需要一個抗混淆濾波器以去掉（或至少減到可忽略不計的程度）取樣頻率1/2 以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語音的質(zhì)量要想優(yōu)于電話的音質(zhì)，取樣頻率要用8kHz 。低通濾波器的高頻頻限選在3.4kHz ，可滿足奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠?qū)挼念l帶以得到高音質(zhì)的語音。濾波器是一個連續(xù)時間五極點(diǎn)低通濾波器，在3.4kHz 每個倍頻程衰減40dB 。信號的調(diào)整完成后，將輸入波形通過模擬

40、收發(fā)器寫入模擬存儲陣列中。由skHz 取樣時鐘取樣，并且經(jīng)過電平移位而產(chǎn)生不揮發(fā)寫入過程所需要的高電壓，取樣時鐘也用于存儲陣列的地址譯碼，以便輸入信號順序的寫入存儲陣列。放音時，錄入的模擬電壓在取樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出，恢復(fù)成原來的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復(fù)原始波形，平滑濾波器的輸出通過一個模擬多路開關(guān)連接到輸出功率放大器，兩個輸出管腳直接驅(qū)動揚(yáng)聲器。本設(shè)計中，把單片機(jī)的P2.0腳與IDS1420的下降沿觸發(fā)放音PLAYE腳相連（如圖4.1所示），通過P2.0腳輸出個低電平來控制IDS1420，使其放音。圖 4.1 語音電路圖4.2 軟件設(shè)計IDS14

41、20程序流程圖如圖4.2所示。 大小小溫度下限比較溫度上限比較采集溫度IDS1420報警大圖4.2 IDS1420程序流程圖5 調(diào)試及仿真5.1 protues簡介本設(shè)計所使用的調(diào)試仿真工具是Proteus。它是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號

42、發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大5.2 Protues使用注意事項（1）在本設(shè)計中所使用的Protu

43、es仿真軟件必須是7.4版本及其以上的，在這之前的版本中可能無法進(jìn)行紅外遙控仿真。（2）當(dāng)用Keil 和Proteus聯(lián)調(diào)的時候，系統(tǒng)總是報告：Error: Target DLL has been cancelled.時，其解決辦法主要有：下載并安裝最新的VSM Keil Debugger Driver；使能Proteus下的“Use Remote Debug Monitor”；在Keil的工程選項下設(shè)置使用Proteus VSM Simulator；在Keil uVision Debug菜單下的Proteus VSM Simulator設(shè)置主機(jī)IP地址為127.0.0.1 端口為8000；如

44、果電腦安裝了防火墻，請設(shè)置其“允許通過”的規(guī)則；如果上述操作還不能奏效，那就只有卸載proteus專業(yè)版和演示版，然后再重裝專業(yè)版。（3）當(dāng)使用發(fā)光二極管是，不能選擇名為“LED”的器件，必須選用“LED-RED”等帶顏色的發(fā)光二極管器件，否則怎么運(yùn)行它都不發(fā)光。5.3 本設(shè)計中PROTUES中的仿真 本設(shè)計在PROTUES中的仿真情況如圖5.1所示。圖5.1 PROTUES仿真圖6 總結(jié)本紅外遙控溫度報警器主要可實現(xiàn)以下功能：（1）溫度測量范圍： 099攝氏度，誤差0.5攝氏度；（2）可通過紅外遙控設(shè)定溫度值并在點(diǎn)陣液晶12864顯示設(shè)定值，顯示精確1攝氏度；（3）在點(diǎn)陣液晶12864上實時

45、顯示測量溫度值，其中顯示精確度0.1攝氏度；（4）當(dāng)溫度超出測量范圍時，能實現(xiàn)語音報警；同時因本紅外遙控溫度報警器中采用了紅外遙控技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和液晶顯示器，使其在實際生產(chǎn)中能根據(jù)需求進(jìn)行功能擴(kuò)展，例如可增加萬年歷功能，在液晶顯示器上顯示溫度變化曲線等功能。參考文獻(xiàn)1. 余永權(quán). ATMEL89系單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.12. 沈紅文.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20033. 徐惠民.單片機(jī)微型機(jī)原理接口及應(yīng)用.北京：北京郵電大學(xué)出版社. 1999.24. 摟然苗.李興飛.51系列單片機(jī)設(shè)計實例.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2

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47、爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 2001.13. 沙占友.新編實用數(shù)字化測量技術(shù).北京：國防工業(yè)大學(xué)出版社. 1998.14. 趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社. 北京. 1999.15 王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全.北京：航空航天大學(xué)出版社. 1999.16 AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 199917 Huang Jian Wu、Leng Chu.Design of Interface Between MCU and Micro-printerM. Wuhan University of Technology Institute

48、 of Information Engineering, Wuhan 18 Zharkov I,Podolich V.A Temperature-Controlled System For Optical Microscopy in the Tempetature Range 40m2800K,Instruments and Experimental Techniques, 2005 附錄1 元件清單類 型封 裝型 號數(shù) 量備 注電容RAD-0.110413電容RAD-0.12010電容RAD-0.12010電容RAD-0.110210電容RAD-0.1100uF10電容RAD-0.110uF

49、10插針HDR1X1616p3插針HDR1X2020p2插針HDR1X4040p2插針HDR1X2828p1蜂鳴器RB5-10.5有源5V1溫度傳感器HDR1X3DS18B201三極管HDR1X385501電位器RP310K1電位器RP320K1電阻AXIAL-0.41K10電阻AXIAL-0.410K10電阻AXIAL-0.420010電阻AXIAL-0.44.7K2電阻AXIAL-0.410010電阻AXIAL-0.4100K10液晶模塊HDRX21LCM1按鍵10集成電路40P6AT89C51ED21集成電路HDR1X3SM00381集成電路DIP-1674LS021集成電路DIP-28

50、ISD14021集成電路8P3OP07CP1晶振RAD-0.212MHz1附件2 紅外接收及溫度報警電路圖 附件3 紅外遙控電路圖附件 4 紅外解碼及溫度報警程序#include #include #include #include 12864.h /12864顯示程序#include model.h/顯示數(shù)據(jù)#include one-wire.h /DS18B20測溫程序#include input_.h/按鍵掃描程序sbit IRM_DQ = P32; /紅外接收頭extern unsigned char irm_code;/紅外解碼鍵值返回全局變量#define uchar unsign

51、ed char#define uint unsigned int#define NoUpLine 1 #define UpLine 0#define NoUnderLine 1#define UnderLine0#define FALSE0#define TRUE 1#define XXWENDU 0x90 /下限溫度存儲#define SXWENDU 0x92 /上限溫度存儲#define SJWENDU 0x94 /實際溫度存儲sbit NZ=P20;/IDS1420接口定義bit BJ_Flag; /IDS1420標(biāo)準(zhǔn)位typedef struct syswen/溫度數(shù)據(jù)儲存標(biāo)識uchar cXXWENDU;ucharcSXWENDU;ucharcSJWENDU;SYSWEN;SYSWENswen; /系統(tǒng)溫度uchar bdata gTmp; /溫度讀取位sbit t0 = gTmp0;sbit t1 = gTmp1;sbit t2 = gTmp2;sbit t3 = gTmp3;sbit t4 =