基于单片机的烘手机控制系统设计

基于单片机的烘手机控制系统设计内容摘要：

电路的原理是单片机 RST 引脚接收到 2uS 以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于 2uS，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。 按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。 晶振电路设计 AT89S52 单片机的时钟信号通常用两种电路形式电路得到：内部震荡方式和外部中断方式。 在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外部接晶振电路器（简称晶振）或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。 由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 其电容值一般在 5~40pf,晶振频率的典型值为12MHz,采用 6MHz的情况也比较多。 第 7 页 数字温度传感器 DS18B20 DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 TO－ 92 小体积封装形式；温度测量范围为 － 55℃ ～＋ 125℃ ,可编程为 9 位～ 12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 ℃ ，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产 生；多个 DS18B20 可以并联到 3 根或2 根线上， CPU只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 DS18B20 内部电路框图如图 所示。 以上特点使DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。 电源检测64 位R O M和单线接口存储器和控制器高速缓存存储器8 位 CRC 生成器温度灵敏元件低温触发器 TL高温触发器 TH配置寄存器 图 DS18B20 内部电路框图 DS18B20 工作原理 DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理如图 所示。 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。 高温度系数晶振随温度变化其 振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。 计数器 1 和温度寄存器被预置在－ 55℃所对应的一个基数值。 计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信 号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行 计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停止温 第 8 页 度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。 图 DS18B20 测温原理框图 表 DS18B20 温度值格式表 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 LS BYTE BIT15 BIT14 BIT13 BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8 MS BYTE S=SIGN 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测 到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1再乘于 即可得到实际温度。 例如 +125℃的数字输出为 07D0H， +℃的数字输出为 0191H， ℃的数字输出为 FF6FH， 55℃的数字输出为 FC90H。 32 2 12 02 12 22 32 42 S S S S S 62 52 42 斜率累加器 计数器 1 温度寄存器 比较 =0 =0 计数器 2 预置 预 置 低温度系数晶振 高温度系数晶振 加 1 LSB 置位 /清除 停 止 第 9 页 表 DS18B20 温度数据表 温度值（摄氏度） 二进制数字输出 十六进制 数字输出 +125 0000 0111 1101 0000 07D0h +85 0000 0101 0101 0000 0550h + 0000 0001 1001 0001 0191h + 0000 0000 1010 0010 00A2h + 0000 0000 0000 1000 0008h 0 0000 0000 0000 0000 0000h 1111 1111 1111 1000 FFF8h 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55 1111 1100 1001 0000 FC90h （ 3） DS18B20 温度传感器的存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、 TL和结构寄存器。 （ 4）配置寄存器 该字节各位的意义如下： 表 配置寄存器结构 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1， TM 是测 试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 R1 和 R0 用来设置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出厂时被设置为 12 位） 表 温度分辨率设置表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时间 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 1 1 12 位 750ms DS18B20 高速暂存存储器 第 10 页 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 所示。 当温度转换命令 发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0和第 1个字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表 所示。 对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S =1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 表 是对应的一部分温度值。 第九个字节是冗余检验字节。 根据 DS18B20 的通讯协议，主机（单片机）控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位操作，复位 成功后发送一条 ROM指令，最后发 送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 复位要求主 CPU将数据线下拉 500 微秒，然后释放，当 DS18B20 收到信号后等待 16～ 60 微秒左右，后发出 60～ 240 微秒的存在低脉冲，主 CPU收到此信号表示复位成功。 表 DS18B20 暂存寄存器分布 寄存器内容 字节地址 温度值低位（ LS Byte） 0 温度值高位（ MS Byte） 1 高温限值（ TH） 2 低温限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校验值 8 表 ROM 指 令表 第 11 页 指令 约定代码 功能 读 ROM 33H 读 DS18B20 温度传感器 ROM 中的编码（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 发出此指令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS18B20，使之作出反应，为下一步对该 DS18B20 的读写做准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线生 DS18B20 的个数和识别 64位 ROM 地址。 为操作各器件做好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 发温度变换命令。 适用于单片工作 告警搜索命令 0ECH 执行后 只有温度超过设定值 上限或下线的片子才做出反应 表 RAM 指令表 指 令 约定代码 功 能 温度变换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换， 12 位转换时最长为750ms（ 9 位为 ）。 结果存入内部 9字节 RAM中 读暂存器 0BEH 读内部 RAM 中 9 字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的 4 字节写上、下限温度数据命令，紧跟命令之后，是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 RAM 中第 4 字节的内容复制到 EEPROM 中 重调 EEPROM 0B8H 将 EEPROM 中内 容恢复到 RAM 中的第 4 字节 读供电方式 0B4H 读 DS18B20 的供电方式。 寄生供电时 DS18B20 发送“ 0”，外接电源供电 DS18B20 发送“ 1” DS1820 使用中注意事项 第 12 页 DS1820 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 1) 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS1820 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 在使用 PL/M、 C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS1820 操作部分最好采用汇编语言实现。 2) 在 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS1820，在实际应用中并非如此。 当单总线上所挂 DS1820 超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 3) 连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的。 试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。 当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。 这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。 因此，在用 DS1820 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 4) 在 DS1820 测温程序设计中，向 DS1820 发出温度转换命令后，程序总要等待 DS1820的返回信号，一旦某个 DS1820 接触不好或断线，当程序读该 DS1820 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双 绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接 VCC和地线，屏蔽层在源端单点接 热释传感器和红外传感器 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升 △ T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压 △ U。 常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。 热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应 管、红外感应源 (热释电元件 )、偏置电阻、 第 13 页 EMI 电容等元器件组成，其内部电路框图如图 所示。 图 热释传感器内部电路框图 光学滤镜的主要作用是只允许波长在 10μm 左右的红外线 (人体发出的红外线波长 )通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。 红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。 一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热 释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热。