基于at89s52太陽能熱水器控制系統的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 B20 的供電電源可以從數據線 單片機 按鍵 溫度采集 水位采集 LED 顯示 繼電器 繼電器 加熱控制 上水控制 電源 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 8 本身獲得，無線外部電源，每個 DS18B20 在出廠時 ,都有唯一的一個 ROM 序列號，可以將多個 DS18B20 同時連接在一根單總線上，從而實現多點分布溫度測量。DS18B20 以其簡單方便的接口，廣泛應用于溫度測量、溫度控制、數 字溫度計和熱感測系統中。 DS18B20 的主要特點如下： 1） 1—— wire 單總線接口，通信僅需要一個 I/O 端口引腳； 2） 每個器件具有唯一的、儲存在片內 ROM 的 64 位序列碼； 3） 多節點檢測功能簡化了分布式溫度檢測應用； 4） 使用簡單方便，無需外部原件； 5） 電源電壓范圍為 —— ，可選擇由數據線供電； 6） 可測量的溫度范圍 55—— +125 攝氏度； 7） 9 位數字溫度計分辨率； 8） 在 10—— +85 攝氏度溫度范圍內具有正負 攝氏度的高精度； 9） 最大溫度轉換時間為 750ms； 10） 用戶可編 程的非易失性報警設置； 11） 報警搜索命令能夠自動識別和尋址溫度超出設定門限之外的器件； 12） 適合于包括溫度測量、溫度調節裝置控制、工業系統、消費類產品、溫度計及任何溫度敏感系統的應用。 ○ 2 DS18B20 的外形 DS18B20 的外形及引腳排列和封裝形式圖如圖 所示 圖 DS18B20 的封裝引腳圖 GN 地信號 DQ 數據輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 9 VDD 當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 ○ 3 DS18B20 的結構 DS18B20 有三個主要的數字部件： 1） 64 位激光 ROM， 2） 溫度傳感器， 3） 非易失性溫度報警觸發器 TH 與 TL。 器件用以下的方法從單線通訊的線上獲得電源：當信號線處在高電平的時候，它能夠把能量儲存在其內部的電容里，當信號線處在低電平的時候，消耗掉電容上的電能進行工作，一直到，高電平的到來，然后再給寄生的電源（電容）充電。DS1820 也可以用外部 5V 電源供電。 存 儲 器 和 控 制 邏 輯暫 存 器8 位 C R C產 生 器溫 度 傳 感 器上 限 觸 發下 限 觸 發6 4 位 R O M 和單 線 端 口電 源 檢 測D QV C C 圖 DS18B20 的內部結構 DS18B20 單純的通信功能是分時完成的。其中單線信號包括復位脈沖和響應脈沖，寫“ 0”，寫“ 1”和讀“ 1”。它們都有嚴格的時隙概念。系統對 DS18B20的操作以 ROM命令和存儲器命令的形式出現。對它操作的協議是：初始化 DS18B20發復位脈沖信號－發 ROM 的功能命令－處理數據信號－發存儲器的命令處理數據，各種的操作都有相應的時序圖。 DS18B20 在使用的時候，一般都是采用單片機來實現數據的采集。只需將DS18B20 的信號線與單片機 1 位 I/O 口相連，且單片 機的 1 位 I/O 線可以掛接多個 DS18B20，也就是可以實現單點或多點溫度的測量。 DS18B20 傳感器精度高、互換性好，而且它直接將溫度的數據進行編碼，可只使用一根電纜來傳輸溫度數據，通信方便簡單，傳輸的距離遠且抗干擾性強，與傳統的溫度傳感器系統相比起來系統得以簡化。系統的擴充維護十分方便。 ○ 4 DS18B20 的電源供電方式 1） DS18B20 寄生電源的供電方式電路 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 10 DS18B20 寄生電源的供電電路，如圖 所示，想讓 DS18B20 精確的進行溫度的轉換， I/O 口必須保證在溫度轉換 的期間能夠提供足夠的能量，因為每個DS18B20 在溫度轉換的期間工作的電流達到 1mA，當幾個溫度傳感器同時掛在一根I/O 線上進行多點測溫的時候，僅靠上拉電阻是沒有辦法提供足夠的能量，因而會造成無法轉換溫度或者溫度誤差極大。因此，圖 電路只適用于單一的溫度傳感器測溫，不宜采用電池供電的方式，并且電源的電壓必須是穩壓 5V。當電源的電壓下降的時候，使測量的誤差變大。 圖 DS18B20 寄生電源供電電路 圖 DS18B20 外部供電單點測溫電路 2） DS18B20 外部電源的供電方式 DS18B20 外部供電的單點測溫電路 ，如圖 所示， DS18B20 外部供電的多點測溫電路，如 圖 所示。此時 I/O 口不需要上拉電壓，而且在總線上可以掛多個 DS18B20 傳感器，組成多點的測溫系統。但需要注意的是在外部供電的方式下，傳感器的 GND 引腳不能夠懸空，否則讀取溫度顯示總是 85℃ 。 圖 DS18B20外部供電多點測溫電路 通過比較上述的兩種供電方式后，認為外部電源供電的方式對電源的要求比電源供電的方式優越些而且穩定性好。 ○ 5 DS18B20的數據操作 1wire 總線將通信時使用的引腳減少到只有一根，在數據傳輸時需要滿足特定的格式才能進行。 1wire 總線通信的第一步是選擇 1wire 設備，然后 1wire主機發送各種命令來進行數據傳輸。 1） rom 操作命令 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 11 1wire 總線協議選擇 1wire 設備，主要是讀取內部的 64位 ROM 序列號。在實際的通信過程中， 1wire 主機通過如下 5 個 ROM 操作命令來實現。 a 讀出 ROM 序列號命令（代碼為 33H），用于讀出 DS18B20 的 64 位激光 ROM 序列號。 b 匹配 ROM 序列號命令（代碼為 55H），用于識別（或選中）某一特定的 DS18B20并進行后續操作。 c 搜索 ROM 序列號命令（代碼為 F0H),用于確定 1wire 總線上的節點數，以及所有節點設備的 ROM 序列號。 d 跳過 ROM 序列號命令（代碼為 CCH），用于等命令發出后，系統將對所有 DS18B20進行操作，通常用于啟動所有 DS18B20 進行溫度轉換之前，或 1wire 總線中僅有一個 DS18B20 時。 e 溫度報警搜索命令（代碼為 ECH），用于識別和定位系統中超出用戶設定的報警溫度界限的節點設備。 2)存儲操作命令 a 溫度轉換命令（代碼為 44H），用于啟動 DS18B20 進行溫度測量。溫度轉換命令被執行后， DS18B20 進行溫度測量和轉換。 b 復制暫存器命令（代碼為 48H），用于將高速暫存器中的內容復制到 DS18B20 的E2PROM 中，即把溫度報警器觸發字節復制到非易性存儲器中。 c 寫暫存器命令（代碼為 4EH），用于將數據寫入 DS18B20 高速暫存器的地址 2(TH字節）和地址 3（ TL字節）。當 DS18B20 執行寫暫存器命令時，可以通過復位命令來中止寫入。 d 重讀 E2PROM 命令（代碼為 B8H），用于將存儲在非易失性 E2PROM 中的內容重新讀入到存儲器中 e 讀電源命令（代碼為 B4H），用于讀取 DS18B20 的供電方式。讀電源命令執行后，通過讀命令，將返回其供電模式，“ 0”表示使用寄生電源，“ 1”表示使用外部電源。 f 讀暫存器命令（代碼為 BEH），用于讀取高速暫存器中的內容。從高速暫存器字節 0開始，最多讀取 9B。在讀暫存器命令執行的過程中， 1wire 主機可以在任何時間發出復位命令來中止讀取。 ○ 6 DS18B20 的溫度轉換操作 DS18B20 為 9 位數字溫度分辨率，精度為 ，其溫度數據格式如表 325所示 。 DS18B20 的溫度與數據對應關系 ,如表 所示，所有的數據都是以最低有效位（ LSB)在前的方式進行讀寫的。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 12 表 DS18B20 溫度寄存器的數據格式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 LSB 62 52 42 32 2 12 02 12? Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 MSB S S S S S S S S 表 DS18B20 的溫度與數據對應關系 溫度 數據（二進制數） 數據（十六進制數） +1250C 0000 0000 1111 1010 0x00FAH +250C 0000 0000 0011 0010 0x0033H + 0000 0000 0000 0001 0x0001H 00C 0000 0000 0000 0000 0x0000H 1111 1111 1111 1111 0xFFFFH 250C 1111 1111 1100 1110 0xFFCEH 1250C 1111 1111 1001 0010 0xFF92H DS18B20 通過溫度轉換命令啟動一次溫度測量。測量結果存放在高速暫存器中 ，占有暫存器字節 0（ LSB）和字節 1（ MSB0）。由于 DS18B20 可以測量正負溫度，因此，測量數據是以 16 位帶符號位擴展的二進制補碼形式存放的。 1wire 主機使用讀暫存器命令可以把高速暫存器中的測量結果讀出。 ○ 7 DS18B20 的時序 1)復位 圖 復位 單片機在 t0 時刻發出一復位的脈沖 (最短為 480us 的低電平的信號 )，接著在t1 時刻，釋放總線然后進入接收的狀態，當 DS18B20 檢測到了，總線地上升沿 后，會等待 1560us，接著 DS18B20 在 t2 的時刻會發出存在的脈沖 (低電平將持續60240us)，如圖 中虛線所示。 2） 寫操作 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 13 圖 寫操作 當單片機將總線 t0 時刻從高電平拉至低電平的時候，就產生寫時間隙。見上圖，從 t0 時刻開始 15us 之內應把所要寫的位及時送到總線上。 DS18B20 在 t0后 1560us 間會對總線采集樣本數據，若低電平寫入是 0；若高電平，寫入的是 1。連續寫 2 位間的間隙應大于 1us。 3） 讀操作 圖 讀操作 當單片機將總線 t0 時刻從高電平拉到低電平的時候，總線只需要保持，低電平 4us 之后，在 t1 的時刻會將總線拉高，會產生讀的時的候的間隙，讀的時間在t1 時刻后 t2 時刻前有效， t2 距 t0為 15us，也就是說，在 t2的時刻前的主機必須要完成讀位 并在 t0 后的 60us~120us 內要釋放總線。 電磁繼電器 電磁繼電器具有結構簡單、穩定可靠、易于掌握、維修方便、品種繁多和適用范圍廣等特點。電磁式繼電器的結構和工作原理與接觸器相似，由電磁系統、觸 點系統和釋放彈簧等組成，是由控制電流通過線圈所產生的電磁吸力驅動磁路中的可動部分而實現觸點開、閉或轉換功能的繼電器。由于繼電器用于控制電路，所以流過其觸點的電流比較小，故不需要滅弧裝置。電磁繼電器是由感應機構、變換機構、比較機構和執行機構組成。感應機構是線圈；變換機構是電磁系統，包括鐵芯、銜鐵、軛鐵和線圈；比較機構是反力系統，主要包括反力彈簧和簧片；執行機構是到點接觸系統（主要指觸點），多為簧片結構。電磁繼電器的線圈，是用很細的漆包線在鐵芯上繞近萬砸的螺管線圈。必須著重指出，線圈是電感性元件，電流不能突變。 在電源接通的瞬間，電流不能從 0躍變到 40 毫安，而是按指攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 硬件設計 14 數規律上升，上升的快慢，取決于線圈的電感 L 和電阻 R。繼電器的觸點可以分為四類。一類是動合觸點，又叫常開觸點。由兩片簧片組成，平時不接觸，繼電器吸動后它們閉合。一類是靜合觸點，又叫常閉觸點。兩片簧片平時接觸著，繼電器吸動后分開。一類是切換觸點，由三片簧片組成，平時中間一片簧片和上面的簧片接觸，而和下面的簧片分開。當繼電器吸動后，中間簧片和上簧片分開了，而和下簧片接觸。最后一類是先合后離切換觸點，也又三片簧片組成，它和一般切換觸點的區別，是繼電器吸動后，要保 證原來分開的兩簧片先接觸，然后再使原來閉合的兩簧片分離，以達到不間斷地切換電路的目的。電磁繼電器的有