基于at89s52太阳能热水器控制系统的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于at89s52太阳能热水器控制系统的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

B20 的供电电源可以从数据线 单片机 按键 温度采集 水位采集 LED 显示 继电器 继电器 加热控制 上水控制 电源 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 8 本身获得，无线外部电源，每个 DS18B20 在出厂时 ,都有唯一的一个 ROM 序列号，可以将多个 DS18B20 同时连接在一根单总线上，从而实现多点分布温度测量。 DS18B20 以其简单方便的接口，广泛应用于温度测量、温度控制、数 字温度计和热感测系统中。 DS18B20 的主要特点如下： 1） 1—— wire 单总线接口，通信仅需要一个 I/O 端口引脚； 2） 每个器件具有唯一的、储存在片内 ROM 的 64 位序列码； 3） 多节点检测功能简化了分布式温度检测应用； 4） 使用简单方便，无需外部原件； 5） 电源电压范围为 —— ，可选择由数据线供电； 6） 可测量的温度范围 55—— +125 摄氏度； 7） 9 位数字温度计分辨率； 8） 在 10—— +85 摄氏度温度范围内具有正负 摄氏度的高精度； 9） 最大温度转换时间为 750ms； 10） 用户可编 程的非易失性报警设置； 11） 报警搜索命令能够自动识别和寻址温度超出设定门限之外的器件； 12） 适合于包括温度测量、温度调节装置控制、工业系统、消费类产品、温度计及任何温度敏感系统的应用。 ○ 2 DS18B20 的外形 DS18B20 的外形及引脚排列和封装形式图如图 所示 图 DS18B20 的封装引脚图 GN 地信号 DQ 数据输入 /输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 9 VDD 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 ○ 3 DS18B20 的结构 DS18B20 有三个主要的数字部件： 1） 64 位激光 ROM， 2） 温度传感器， 3） 非易失性温度报警触发器 TH 与 TL。 器件用以下的方法从单线通讯的线上获得电源：当信号线处在高电平的时候，它能够把能量储存在其内部的电容里，当信号线处在低电平的时候，消耗掉电容上的电能进行工作，一直到，高电平的到来，然后再给寄生的电源（电容）充电。 DS1820 也可以用外部 5V 电源供电。 存 储 器 和 控 制 逻 辑暂 存 器8 位 C R C产 生 器温 度 传 感 器上 限 触 发下 限 触 发6 4 位 R O M 和单 线 端 口电 源 检 测D QV C C 图 DS18B20 的内部结构 DS18B20 单纯的通信功能是分时完成的。 其中单线信号包括复位脉冲和响应脉冲，写“ 0”，写“ 1”和读“ 1”。 它们都有严格的时隙概念。 系统对 DS18B20的操作以 ROM命令和存储器命令的形式出现。 对它操作的协议是：初始化 DS18B20发复位脉冲信号－发 ROM 的功能命令－处理数据信号－发存储器的命令处理数据，各种的操作都有相应的时序图。 DS18B20 在使用的时候，一般都是采用单片机来实现数据的采集。 只需将DS18B20 的信号线与单片机 1 位 I/O 口相连，且单片 机的 1 位 I/O 线可以挂接多个 DS18B20，也就是可以实现单点或多点温度的测量。 DS18B20 传感器精度高、互换性好，而且它直接将温度的数据进行编码，可只使用一根电缆来传输温度数据，通信方便简单，传输的距离远且抗干扰性强，与传统的温度传感器系统相比起来系统得以简化。 系统的扩充维护十分方便。 ○ 4 DS18B20 的电源供电方式 1） DS18B20 寄生电源的供电方式电路 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 10 DS18B20 寄生电源的供电电路，如图 所示，想让 DS18B20 精确的进行温度的转换， I/O 口必须保证在温度转换 的期间能够提供足够的能量，因为每个DS18B20 在温度转换的期间工作的电流达到 1mA，当几个温度传感器同时挂在一根I/O 线上进行多点测温的时候，仅靠上拉电阻是没有办法提供足够的能量，因而会造成无法转换温度或者温度误差极大。 因此，图 电路只适用于单一的温度传感器测温，不宜采用电池供电的方式，并且电源的电压必须是稳压 5V。 当电源的电压下降的时候，使测量的误差变大。 图 DS18B20 寄生电源供电电路 图 DS18B20 外部供电单点测温电路 2） DS18B20 外部电源的供电方式 DS18B20 外部供电的单点测温电路 ，如图 所示， DS18B20 外部供电的多点测温电路，如 图 所示。 此时 I/O 口不需要上拉电压，而且在总线上可以挂多个 DS18B20 传感器，组成多点的测温系统。 但需要注意的是在外部供电的方式下，传感器的 GND 引脚不能够悬空，否则读取温度显示总是 85℃。 图 DS18B20外部供电多点测温电路 通过比较上述的两种供电方式后，认为外部电源供电的方式对电源的要求比电源供电的方式优越些而且稳定性好。 ○ 5 DS18B20的数据操作 1wire 总线将通信时使用的引脚减少到只有一根，在数据传输时需要满足特定的格式才能进行。 1wire 总线通信的第一步是选择 1wire 设备，然后 1wire主机发送各种命令来进行数据传输。 1） rom 操作命令 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 11 1wire 总线协议选择 1wire 设备，主要是读取内部的 64位 ROM 序列号。 在实际的通信过程中， 1wire 主机通过如下 5 个 ROM 操作命令来实现。 a 读出 ROM 序列号命令（代码为 33H），用于读出 DS18B20 的 64 位激光 ROM 序列号。 b 匹配 ROM 序列号命令（代码为 55H），用于识别（或选中）某一特定的 DS18B20并进行后续操作。 c 搜索 ROM 序列号命令（代码为 F0H),用于确定 1wire 总线上的节点数，以及所有节点设备的 ROM 序列号。 d 跳过 ROM 序列号命令（代码为 CCH），用于等命令发出后，系统将对所有 DS18B20进行操作，通常用于启动所有 DS18B20 进行温度转换之前，或 1wire 总线中仅有一个 DS18B20 时。 e 温度报警搜索命令（代码为 ECH），用于识别和定位系统中超出用户设定的报警温度界限的节点设备。 2)存储操作命令 a 温度转换命令（代码为 44H），用于启动 DS18B20 进行温度测量。 温度转换命令被执行后， DS18B20 进行温度测量和转换。 b 复制暂存器命令（代码为 48H），用于将高速暂存器中的内容复制到 DS18B20 的E2PROM 中，即把温度报警器触发字节复制到非易性存储器中。 c 写暂存器命令（代码为 4EH），用于将数据写入 DS18B20 高速暂存器的地址 2(TH字节）和地址 3（ TL字节）。 当 DS18B20 执行写暂存器命令时，可以通过复位命令来中止写入。 d 重读 E2PROM 命令（代码为 B8H），用于将存储在非易失性 E2PROM 中的内容重新读入到存储器中 e 读电源命令（代码为 B4H），用于读取 DS18B20 的供电方式。 读电源命令执行后，通过读命令，将返回其供电模式，“ 0”表示使用寄生电源，“ 1”表示使用外部电源。 f 读暂存器命令（代码为 BEH），用于读取高速暂存器中的内容。 从高速暂存器字节 0开始，最多读取 9B。 在读暂存器命令执行的过程中， 1wire 主机可以在任何时间发出复位命令来中止读取。 ○ 6 DS18B20 的温度转换操作 DS18B20 为 9 位数字温度分辨率，精度为 ，其温度数据格式如表 325所示。 DS18B20 的温度与数据对应关系 ,如表 所示，所有的数据都是以最低有效位（ LSB)在前的方式进行读写的。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 12 表 DS18B20 温度寄存器的数据格式 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 的温度与数据对应关系 温度 数据（二进制数） 数据（十六进制数） +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 通过温度转换命令启动一次温度测量。 测量结果存放在高速暂存器中 ，占有暂存器字节 0（ LSB）和字节 1（ MSB0）。 由于 DS18B20 可以测量正负温度，因此，测量数据是以 16 位带符号位扩展的二进制补码形式存放的。 1wire 主机使用读暂存器命令可以把高速暂存器中的测量结果读出。 ○ 7 DS18B20 的时序 1)复位 图 复位 单片机在 t0 时刻发出一复位的脉冲 (最短为 480us 的低电平的信号 )，接着在t1 时刻，释放总线然后进入接收的状态，当 DS18B20 检测到了，总线地上升沿 后，会等待 1560us，接着 DS18B20 在 t2 的时刻会发出存在的脉冲 (低电平将持续60240us)，如图 中虚线所示。 2） 写操作 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 13 图 写操作 当单片机将总线 t0 时刻从高电平拉至低电平的时候，就产生写时间隙。 见上图，从 t0 时刻开始 15us 之内应把所要写的位及时送到总线上。 DS18B20 在 t0后 1560us 间会对总线采集样本数据，若低电平写入是 0；若高电平，写入的是 1。 连续写 2 位间的间隙应大于 1us。 3） 读操作 图 读操作 当单片机将总线 t0 时刻从高电平拉到低电平的时候，总线只需要保持，低电平 4us 之后，在 t1 的时刻会将总线拉高，会产生读的时的候的间隙，读的时间在t1 时刻后 t2 时刻前有效， t2 距 t0为 15us，也就是说，在 t2的时刻前的主机必须要完成读位 并在 t0 后的 60us~120us 内要释放总线。 电磁继电器 电磁继电器具有结构简单、稳定可靠、易于掌握、维修方便、品种繁多和适用范围广等特点。 电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，由电磁系统、触 点系统和释放弹簧等组成，是由控制电流通过线圈所产生的电磁吸力驱动磁路中的可动部分而实现触点开、闭或转换功能的继电器。 由于继电器用于控制电路，所以流过其触点的电流比较小，故不需要灭弧装置。 电磁继电器是由感应机构、变换机构、比较机构和执行机构组成。 感应机构是线圈；变换机构是电磁系统，包括铁芯、衔铁、轭铁和线圈；比较机构是反力系统，主要包括反力弹簧和簧片；执行机构是到点接触系统（主要指触点），多为簧片结构。 电磁继电器的线圈，是用很细的漆包线在铁芯上绕近万砸的螺管线圈。 必须着重指出，线圈是电感性元件，电流不能突变。 在电源接通的瞬间，电流不能从 0跃变到 40 毫安，而是按指攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件设计 14 数规律上升，上升的快慢，取决于线圈的电感 L 和电阻 R。 继电器的触点可以分为四类。 一类是动合触点，又叫常开触点。 由两片簧片组成，平时不接触，继电器吸动后它们闭合。 一类是静合触点，又叫常闭触点。 两片簧片平时接触着，继电器吸动后分开。 一类是切换触点，由三片簧片组成，平时中间一片簧片和上面的簧片接触，而和下面的簧片分开。 当继电器吸动后，中间簧片和上簧片分开了，而和下簧片接触。 最后一类是先合后离切换触点，也又三片簧片组成，它和一般切换触点的区别，是继电器吸动后，要保 证原来分开的两簧片先接触，然后再使原来闭合的两簧片分离，以达到不间断地切换电路的目的。 电磁继电器的有。