基于单片机饮水机温度控制系统设计(编辑修改稿)

基于单片机饮水机温度控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

外部中断 1 定时／计数器 0 定时／计数器 1 外部存储写选通端 外部存储读选通端 （ 5） RST：单片机复位输入端， 当 该端口有超过两个机器周期的高电平输入 时 单片机进行复位。 ALE／ PROG:单片机地址锁存允许端。 当单片机访问外部存储器时，输出锁存地址低 8位字节的信号。 PSEN:外部程序存储器读选通信号。 当单片机读取外部程序存储器的指令时，输出两个脉冲信号。 但当访问外部数据存储器时，可以跳过两个脉冲信号。 EA／ VPP：单片机外部访问允许端。 该端口为持 续 的 低电平时，单片机方可访问外部程序存储器。 否则单片机执行的是内部程序存储器中的指令。 EA／ VPP：外部访问允许。 当仅访问外部程序存储器时，该端口保持低电平。 否则单片机执行的是内部程序存储器中的指令。 XTAL XTAL2：外接晶振接口。 通过外接的晶振来给单片机提供时钟信号。 6 最小系统设计 单片机最小系统设计如图 所示，由单片机 STC89C5复位电路和外部时钟电路三个部分组成。 其中单片机 STC89C52在整个系统中是作为核心的控制器而存在的；时钟电路为单片机的正常工作提供所需的时钟信 号；复位电路是在单片机在出现问题时 起到 重启系统的 作用 ，使系统能够正常、有序、稳定地工作。 P1. 01P1. 02P1. 23P1. 34P1. 45P1. 56P1. 67P1. 78REST9P3. 0/RXT10P3. 1/TXD11P3. 2/INT012P3. 3/INT113P3. 4/T014P3. 5/T115P3. 6/WR16P3. 7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2. 021P2. 122P2. 223P2. 324P2. 425P2. 526P2. 627P2. 728PSEN29ALE30EA31P0. 732P0. 633P0. 534P0. 435P0. 336P0. 237P0. 138P0. 039VCC40U1STC89C5210uFC310KR1GNDVCCS112Y112MHz30pFC130pFC2GND 图 单片机最小系统 温度检测系统 DS18B20 温度传感器 DSl8B20 温度传感器提供 9 位 (二进制 )数据信号，经过显示环节显示出器件的温度。 数据信息可通过一条数据线在传感器和主机之间传递，因此从主机到 DSl8B20 只需一条线即可。 DSl8B20 的工作电源可以由数据线自身来提供而不需要外部供电电源。 而且每一个 DSl8B20 在生产时已经给定了唯一的序列号。 因此即使是多个 DSl8B20 进行温度 的测量，仍可以通过一条线与主机进行通信。 这一特性可使得在不同的地方放置多个温度传感器件。 DSl8B20 的温度测量范围从 55℃ 到 +125℃ 增，其量值为℃ ，该传感器可以在 1s 内迅速把温度变换成为可显示出来数字信号。 DS18B20采用 1－ Wire 总线协议方式，即在一根数据线 上能够 实现数据的双向传输 [2]，而对 于STC89C52单片机来说，硬件上不 能够 支持单总线 的 协议。 因此， 需 采用软件方法来模拟单总线协议 的时序 来 完成对 DS18B20芯片的访问。 由于 DS18B20是在一根 数据 线上 实现 数据 的通信 ，因此， 在单 片机与该传感器的通信 有着严格的时序 的 要求。 并且 DS18B20的 通过 通信协议 来 保证 传输的 各位数据 完整性和准确性，并且 该协议定义几种时序 包括 ：初始化时序、 写 时序 与读 时序 [3]。 在 所有 的 时序 中主机都是用来 作为 系统 主设备， 将 单总线器件作为 系统 从设备。 每一次 的指令 和数据的传输都 应 从主机 的 写时序开始， 当 要求回送数据 时 ，在 发送 写命令后，需 通过 读时序 来 完成数据 的 接收 ，数据和指令 由低到高逐次传输。 DS18B20的管脚如表。 7 表 DS18B20 引脚功能 管脚 名称 引脚功能 1 GND 接地端 2 DQ 数 据输入／输出端 3 VDD 外接电源端 将 DSl8B20用于贮存测得的温度值的两个 8位存贮器中。 1号存贮器存放的是温度值的符号，若温度为负，则 1号存贮器的 8位全为 1， 否则全都是 0。 0号存贮器则存放温度值的补码， LSB(最低位 )的 1表示的是 [4]。 将存贮器中的二进制数求补后转换成十进制数并除以 2即为被测的温度值。 DS18B20存储器存储温度时，其最高位为符号位。 表 DS18B20的温度存储方式， MSB中 S=1表示为负温度， S=0表示为正温度。 表 DS18B20 温度存储方式 LSB bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 62 52 42 32 2 12 02 12 MSB bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S S S S 测温电路 DS18B20 与单片机 STC89C52 通信连接如图 所示。 P1. 01P1. 02P1. 23P1. 34P1. 45P1. 56P1. 67P1. 78REST9P3. 0/RXT10P3. 1/TXD11P3. 2/INT012P3. 3/INT113P3. 4/T014P3. 5/T115P3. 6/WR16P3. 7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2. 021P2. 122P2. 223P2. 324P2. 425P2. 526P2. 627P2. 728PSEN29ALE30EA31P0. 732P0. 633P0. 534P0. 435P0. 336P0. 237P0. 138P0. 039VCC40U1STC89C52VCC3GND1DQ2U2BS18B204. 7KR5VCCGND 图 DS18B20 与单片机连接图 该系统的实现是依靠温度传感器对饮水机内部水温的实时检测，经数据转换并输出可被单片机识别的信号，从而实现单片机对实时水温数据的掌控。 该系统 测温 的 精度 可 达到 度， 且 测量温度的范围可在零下 20 度到 零上 100 度间。 温度控制系统 光电耦合器 光电 耦合器对输入、输出 的 电信号 起到 隔离作用，在电路中 具有 广泛的应用。 它由发射、接受和信 8 号放大三部分组成，由发光二极管发出光线 ， 接受部分的 光探测器接收 光信号 产生光电流，再进一步放大后输出 进而起到控制作用，实现 电 — 光 — 电的转换， 并对输入和输出端起到隔离的作用 [5]。 光耦合器的 输入 和 输出 信号 间 相互 隔离， 使得其 具有 较好 的抗干扰能力。 光电耦合器的 输入端 属于低阻态 元件，对于 共模 的 抑制能力 较强， 在长线传输中作为隔离元件 使用能够极大 提高信噪比 ，提高系统工作的可靠性。 光电耦合器 有 非线性光耦 和 线性光耦 两种类型。 其中 非线性光耦 是一种 适合于开关信号的传输 ，其电流传输特性曲线 是 非线性 的器件 ， 该类型并 不适合于模拟量 信号的传输； 线性光耦 是一种 能 够 以线性的 特性 来进行 隔离控制 ，其 电流传输特性曲线接近直线 的器件 ， 在 小信号 的情况下 性能较好。 光电耦合器的应用具有以下的优势 [5]： (1)光电耦合器的 隔离性能 和 抗干扰 性能 较 好， 在逻辑电路中的使用使得电路更加可靠。 (2) 在开关电路中，光电耦合器 的应用使得 控制电路和开关之间的电隔离很容易实现往， 这 对于 其他 的电子开关来说是难做到。 (3) 在触发电路 中 光电耦合器用于双稳态输出 的 电路，可有 效地解决 控制信号 与负载 的 隔离问题。 (4) 在脉冲放大电路中光电耦合器 的应用 可以将脉冲信号进行放大。 (5) 在线性电路上， 光电耦合器 具有较高地线性度以及 较好的 电隔离性能。 (6) 光电耦合器还用于高压控制， 可 取代变压器 、 代替触点继电器以及用于 A/D 电路等 多种优势。 可控硅 可控硅是具有三个 PN结的大功率半导体器件，又称为晶闸管。 它广泛应用电子产品中，在可控整流、无触点开关等电路中起到作用。 可控硅的结构简单、体积小、功能强等特性使得其在电子器件中的应用更加广泛，尤其可以用来作为高电压与电流的控制。 在使用可控硅的控制电路中，当控制端开路时器件断开可控硅在电路中起到开关的断开作用；当控制端加入正向电压时器件导通，可控硅此时起到的是开关导通的作用。 PWM 脉宽调制 PWM是 通过 对逆变电路开关器件通断 的 控制，使 得输出 幅值相等的脉冲， 并 用这些脉冲代替所需要的波形 [6]。 即 在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为 所需 波形。 通过 对各脉冲的宽度进行调制，可改变逆变电路输出电压的大小 及 输出频率。 PWM 具有 从处理器到 被控系统 的 信号都是数字形式， 省去 数模转换 环节，从而 将噪声 的 影响降到最小 的优 点。 这使得 PWM 在通信 中 得到 极大的有 应用，并 使得通信距离获得极大 延长。 控温电路 温度控制系统如图 所示。 9 10R114. 7KR12 0. 27uFC12U3MOC3041Q6IGBTGNDD41KR10+ 12VVCCp1. 0~220V 图 温度控制系统 该系统通过单片机输出控制信号来控制 MOC3041和可控硅来实现对加热丝的通断电控制。 当实际温度低于预设温度大于 5℃温差 时，饮水机一直 加热 ；当饮水机内的水温低于预设温度 5℃以内 时， 以PWM 控制信号 来控制 饮水机进行加热；当 实际温度达到预设值 时 ，饮水机停止加热。 通过循环往复的控制加热丝的通断电使得温度一直处于温度设定的范围。 R92KQ4N P NK5+ 5 VT0R 1 64 . 7 k12J P 1R 1 0R E S 2帕尔贴+ 1 2 v 图 温度控制系统 如图 ，通过该电路的应用可将饮水机内的水以冷水的方式流出。 该电路还在加温时温度超过预设温度是起到降温的作用。 途中 JP1为帕尔贴的接口，该器件通电后冷端的热量移到热端，从而使得冷端温度变低，热端温度上升。 显示系统 锁存器 锁存器是种 对 脉冲 电平 比较 敏感 ， 可在特定输入脉冲作用下改变状态的存储 电路 ， 它可 把 信号 暂存持续 维持 某种电平状态 [7]。 锁存器最主要 的 作用是 缓存 ， 其他还具有 解决高速控制器与外设的不同步问题 、 驱动的问题 以及 I/O 口既 能作为 输出也能 作为 输入的问题。 锁存器 的 输出状态不会随输入端状态变化而变化， 只 有 使能 信号 输入 时 新状态才 会 被保存到输出，直到下一个 使能 信号 的 输入。 74HC573 是具有 八进制 3 态非反转 的 高性能锁存器。 它 的八个锁存器都是透明的 D 型锁存器 [6]，当使能 端 为高 电 平时，输出 端的 随数据输入 端 的变化而变 ； 当使能为低 电平 时，输出 信号 将 保持不变。 输出控制不影响锁存器的工作 状态 ，老数据可以保持， 即使锁存器 的输出被关闭， 其 输入端仍可接 收新的数据。 基于锁存器 的电路可以驱动大 电容 或低阻抗负载。 74HC573真值表 如表 ， 作为 锁存器它具有如下特 点 ： （ 1）三态总线驱动 的 输出 信号 10 （ 2） 数据 的并行存取 （ 3）缓冲控制输入 （ 4）缓冲控制输 出 表 74HC573 功能表 输入 输出 OE LE D Q H X X Z H L X X L H L L L H H H 在表 的功能表中可以看出 74HC573的输出端只需直接接入数码管即可显示出想要显示的数字。 数码管 数码管是数字电路中常用的显示器件， LED 数码管将多个发光二极管封装在一起，每一只发光二极管的一根电极连接到外部引脚上，另一根 则与其他二极管的一根电极连在一起组成公共端。 根据公共端的正、负可将数码管分为共阳和共阴两种，共阳就是发光二极管的正极相连作为公共端的数码管，反之二极管的负极作为公共端的则为共阴的数码管。 对于共阴极的数码管来说，当某笔段接的是低电平时，则该笔段发光。 当该笔段为高电平时二极管不发光。 同理，对于共阴极的数码管来说，。