1、东海科学技术学院本科生毕业论文太阳能热水器水位控制电路设计张洋(东海科学技术学院 机电工程系，浙江 舟山 316000)摘要随着现代科技的发展，人们对于能源的利用率越来越高，太阳能就是其中最无偿且最环保的论证和确定，和单片机的选择和主要工作原理的介绍。接下来是本设计的核心部分，着重结合理论着重研究了太阳能热水器的水位控制电路的各个组成部分。后面的软件设计也必不可少，最后是对本设计的心得和觉一种，如何合理、高效、最大范围地利用太阳能已经成为 21 世纪最炙手可热的研究课题之一。本设计以单片机 AT89S52 为核心，配合 RC 充放电式水位传感器与一块 12864 液晶显示器，设计一种数字化且智
2、能化的太阳能热水器水位控制系统。虽然本论文课题是水位控制电路设计，但水位的检测和温度有着密不可分的联系，所以温度的检测模块也是论文必不可少的一部分。此外，文中给出了主控芯片模块、LCD 显示板、水位监测控制、电键控制、报警器和电磁阀控制等模块的结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图，并结合相应的理论设计进行研究。开头部分阐述的是研究太阳能热水器的必要性和国内外的研究动态，正文开始是设计要求，接着主要是方案的得不足可以加以改进的地方。此设计相对来说比较系统解决了热水器上在水时需人工等待和过量溢水的问题，达到了省时、省水的目的。该系统与传统的太阳能热水器控制系统相比较，具有结构简单、使用方便
3、、价格低廉、抗干扰能力强等特点。关键词：AT89S52； RC 充放电； 智能控制； 双机通信东海科学技术学院本科生毕业论文IAbstractWith the development of modern science and technology, efficiency of energy utilization is getting higher and higher. Solar energy is becoming the best one. What kind of rational, efficient, and the greatest extent possible use o
4、f solar energy has become the 21st century.My design regards the AT89S52 SCM as the core, combining the RC charge-discharge type water-level sensor. I design one kind of digital and intelligent control system of solar energy water heater. Although my issue is about water monitoring system, I still m
5、entioned something about temperature monitoring content. My subject is still mainly in water monitoring. This system consists of main chip modules, LCD display module, the water level detection module. the temperature level detection module, keyboard control module, alarm module and solenoid valve c
6、ontrol module. At the beginning of the study describes the need for the solar water heaters , domestic and international research developments, the final part of this article also brings us the design of requirements. Then article brings us the main demonstration and determination of the program, an
7、d the choice of MCU and the working principle of the introduction. Next is the core of this design, combining theory focuses on the solar water heater control circuit of the various components. Behind the software design is also essential , finally, the lack of design experience and the improvement
8、is present on our eyes This design has relatively solved the water heater in the water waiting to be artificial and excessive overflow problem, to the province, the provincial water purposes. The solar water heater system compared with traditional ones has many advantages, with a simple structure, e
9、asy to use, low cost, better stability and so on.Keywords：AT89S52 SCM； RC charge-discharge type；the Intelligence control； SCM Two Machine Communication东海科学技术学院本科生毕业论文II目 录第 1 章 绪论 11.1 前言 11.2 国内外研究动态 11.3 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍 1第 2 章 方案论证和单片机的选择 32.1 方案论证和方案的选择 32.2 水位传感器的选择 42.3 单片机的选择 62.3.1 AT89S
10、52 选择和其功能性能 62.3.2 AT89S52 引脚功能介绍 6第 3 章 硬件电路设计 93.1 水位检测模块 93.1.1 水位测量原理 93.1.2.水位检测电路设计 103.2 温度检测模块 .113.3 LCD 液晶显示模块 .143.3.1 12864 液晶 .143.3.2 LCD 液晶显示电路设计 .163.4 键盘控制模块 .173.5 报警模块 183.6 电磁阀控制模块 .183.7 双机通信及其他电路设计 193.8其他电路设计 .203.8.1.晶体振荡电路 203.8.2 复位电路 213.8.3 设计总电路图 21第 4 章 系统软件设计 244.1 设计思
11、路 244.2 温度测量子程序 254.3 水位测量子程序 25东海科学技术学院本科生毕业论文III4.4LCD 液晶显示子程序 26结束语 .27致谢 .28参考文献 .29东海科学技术学院本科生毕业论文0第 1 章 绪论1.1 前言地球上的不可再生能源总有一天会消耗殆尽，所以开发和有效利用太阳能这样的环保且资源丰富的能源有着重要的意义。太阳能热水器就是太阳能开发和利用的一大产业，所以完善太阳能热水器也成为最近的研究热门课题。目前太阳能热水器效率和功能上还存在着比较多的问题：例如不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高造成水变成水蒸气蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，导致热水器成为
12、了摆设。现在人们对家用电器的要求越来越趋向数字化、自动化、智能化。很多国内外太阳能热水器商家为了使自己的产品能在市场上有一席之地，在不断提高太阳能热水器性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度也一年比一年高。但是大部分太阳能热水器还是存在着使用不便和小毛病多等问题。本设计是针对上述问题设计的温度控制系统，由 AT89S52 单片机和一些外围设备，充分运用软件和硬件结合的方法实现了当前水位高度显示、水箱温度显示，以及当水位下降到最低刻度线时自动上水三种主要功能，很好的解决了一些太阳能热水器的通病。1.2 国内外研究动态我国在太阳能热水器的发展迅猛
13、，已经一跃成为太阳热水器第一生产大国，但现状是我国很多企业生产的太阳热水器仍然有着功能单一、数字化低、智能化低的不足。近几年来，市场上陆续出现了一些太阳能热水器监测系统的性能不稳定：比如检测误差大、显示器乱码，还有的与电辅助加热装置不能很好配合和太阳能利用率较低等问题，严重影响了用户的日常使用也从而影响到太阳热水器的销售业绩惨淡。所以我认为太阳热水器，有着广阔的发展前景，一款好的监测系统能让整个太阳热水器提高不止一个档次，让企业乐开了花，也给百姓生活带去了方便，是一种双赢的研究。因此，在太阳能热水器水位监测水温检测方面的研究发，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好的测控产品。
14、在西方，尤其是美国、德国、以色列这些国家在太阳能热水器方面的研发一直比较活跃。以美国欧沃斯利诺依斯公司的发明的全玻璃真空管太阳集热器最为普及，使用了高真空技术，使集热器的热损失比普通平板式太阳能集热器的热损失降低了一大块（该集热器选择性吸收涂层的吸收阳光的效率 83%） 。另一方面还设计专门开发了用于太阳能热水器的先进的应用软件，从而使太阳能热水器技术水平领先我国不少。1.3 太阳能热水器智能水位控制系统整体结构介绍1.水位、水温测量电路。这部分用于采集水位水温信号给单片机，是太阳能热水器控制器最关键的部位。东海科学技术学院本科生毕业论文12时间、水位、温度显示和键盘电路。这部分用于系统和人的
15、信息交互。3驱动电路。上水电磁阀、报警电路，是整个系统的执行部分。东海科学技术学院本科生毕业论文2第 2 章 方案论证和单片机的选择2.1 方案论证和方案的选择方案一：利用单片机进行水位检测和控制，基于数字电路的全自动控制，其工作过程是被测水位经过模拟信号采集模块进行采样，然后把采样得到的模拟信号送入 ADC0804进行 A/D 转换读如单片机，再由单片机进行处理，得出结果是否启动/停止控制电路执行信号以达到水位的控制，具体硬件流程框图入图 2.1 所示。A/D转换输出控制单片机控制水位水位传感器图 2.1 方案一具体流程框图方案二：采用 AT89S52 单片机为核心控制器的电路。因为单片机电
16、路结构简单成本低廉、可靠性高，便于实现各个控制功能能很好的完成设计任务。水位检测由本设计使用的 RC 充放电水位传感器通过检测来实现水位的改变。然后通过 A/D 转换把信号输入到单片机，获得当前水位显示。水温检测由单片机根据温度传感器（DS18B20 ）的操作指令和时序读取温度，并送达显示电路显示当前水温。本设计再用三个按键来控制上水的水量，本方案智能化、数字化的太阳能热水器控制系统。具体流程框图如图 2.2。键盘控制输入快显示电路控制电磁阀水温检测水位检测蜂鸣报警A/DAT89S52图 2.2 方案二流程框图方案三：在方案二的整体思路基础上稍做更改，设计分为房顶和房间，利用两个单片机 AT8
17、9S52 分别控制。楼上的 AT89S52 主要利用 DS18B20 进行水温的测量，另一方面RC 充放电水位传感器获取的信号经过电压比较传送给单片机 1，得出结果，由单片机给出命令来控制电磁阀的开与关，另一方面信号通过双机通信传给楼下的单片机来控制显示电路和报警。同时房间可以通过键盘控制手动控制电磁阀开关、蜂鸣停止和液晶屏幕的开关。具体流程框图如图 2. 3。东海科学技术学院本科生毕业论文3房顶AT89S52房间AT89S52水 温检 测水 位检 测电 压比 较键 盘输 入控制电磁阀显 示电 路蜂 鸣电 路双机通信图 2.3 方案三流程框图综合以上三种方案，方案一由于缺少温度检测模块，而水温
18、也是影响太阳能热水器很重要的一方面：比如说水箱中水温度过高导致水沸腾这时候虽然水所在刻度不是满的，实际上已经溢出，这样说来方案一的设计算不上智能。方案二在思路上没有任何问题，可在实际生活中比较不切实际，因为显示器在楼顶，倘若用户在一楼跑到五楼甚至更高，那肯定不方便，液晶成了摆设，再如液晶这样的电子产品放在房顶风吹雨淋长此以往如果没妥善保护很容易坏掉。方案三是在方案二的基础上完善和加强的，采用单片机键的双边通信，用户只要在楼下的房间里或者卫生间门口就可以看到水位和水温的情况，比起方案二更加方便，也更加合理。其基本工作原理是当用户在使用热水器时，水箱中水位下降到一定刻度值时，单片机会发指令给报警电
19、路，同时打开电磁阀水箱内会水自动上水，水位达到的最高刻度时单片机会控制电磁阀进行放水。当水位下降到低于设定的最低刻度线时，单片机接受此信号并开始执行指令，报警电路工作，同时电磁阀打开，水位不断升高，当达到最高水位时便给单片机发出中断请求，此时电磁阀关闭，停止加水。在上水过程中，在楼下的 LCD 既可以显示水箱的水位值又可显示水箱内水的当前温度，不仅直观方便，而且精确度高，实用性强。此系统解决了热水器上水时需人工守候和过量溢水的问题，达到了省时、环保、节水的目的。加设的缺水报警系统和液晶显示部分，使整个系统更实用，更趋向数字化、智能化。2.2 水位传感器的选择方案一排阻分档键盘式水位传感器 2：
20、一种类似键盘电路的分档水位传感器，其原理图如图 2.4 所示。排阻式水位传感器的工作原理大致是分别用 5 根铜针分别置于水箱内的四种不同高度的位置。铜若针不接触水面，其输出为高电平；若铜针与其对应水面接触时则输出为低电平，输出接至电子开关，经过 CD4069 反向并经 74LS244 驱动后分别接到 AT89S52 的 P10P13 引脚。单片机对这些引脚进行判断后 ，显示相应的水位值。显示共分 4 档 ，每档为满水位的 20% 。用了这种方法可以省去了传统的 AD 转换器步骤，成本也降低。不过也有个缺点就是精度不高。东海科学技术学院本科生毕业论文4图 2. 4 排阻式水位检测系统示意图方案二
21、：RC 充放电式水位传感器测量电路其基本形状如图 2.5 所示。 3公共 水位 图 2.5 RC 充放电式水位传感器示意图从图 2.5 中我们可以看到传感器外很形很普通，该传感器一共只有两个端口，第一个端口是公共水位，第二个端口是实际水位端口。观察传感器可知水位传感器有 5 个与水接触点，我们从上到下依次命名它们为 15 触点。我们分别测量了触点不同接法时公共和水位两端口之间的电阻，输出电阻值表如下表 2.1。CD406974LS244P1.0P1.1P1.2P1.3AT89S52水箱东海科学技术学院本科生毕业论文5表 2.1 输出电阻值表短接方式 无短接 1、2 1、2、3 1、2、3、41
22、、2、3、4、5输出电阻值 极大值 25k 12.5 k 8.3k 6.3 k方案选择以 RC 充放电式水位传感器来测量水位有较大优势，RC 充放电式水位传感器只要两根线就可以，这里相对于排阻法就省下不少的导线，另一方面占用较少的 I/O 口，仅需两个 I/O 口就能完成水位检测任务，极大地节约了单片机的 I/O 口资源。综上比较可见选用第二种方案较为优越。2.3 单片机的选择2.3.1 AT89S52 选择和其功能性能AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 的 8 位微控制器4 ，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Fl
23、ash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容得益于它使用高密度非易失性存储器制造技术。单片机 AT89S52 标准功能：8K Flash ROM（数据存储器） ，256B RAM（程序存储器） ，32 个外部双向输入/输出（ I/O）口，三个可编程 16 位定时器/计数器，一个“看门狗”（WDT ）定时器，一个 6 向量 2 级中断结构，两个数据指针，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。此外，AT89S52 如果降至 8Hz 静态逻辑操作，可支持两种软件可选择节点模式：在掉电保护方式下，RAM 内容被
24、保存，振荡器被冻结，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。在空闲的模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作。2.3.2 AT89S52 引脚功能介绍AT89S52 单片机采用双列直排的 40 条引脚的封装形式。AT89S52 的 40 条引脚中，有2 条只用于主电源的引脚，还有 2 条外接晶振的引脚，另外 4 条控制和其它电源复用的引脚，32 条 I/O 引脚。 如图 2.6 是 AT89S52 单片机引脚图。 东海科学技术学院本科生毕业论文6P1.0/T2EX34578RS9xDINWALVCU图 2.6 AT89S52 单片机引脚图AT89S52
25、引脚的名称和功能： Vcc：接+5V 的电源。 GND：为接地。 XTAL1：接在外部晶振的一端。在单片机内部是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。 XTAL2：接在外部晶振的另一端。在单片机内部接至上述的振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。控制信号引脚 RST、ALE/PROG、PSEN 和 EA/Vpp RST：9 脚也就是 RESET，复位输入，单片机上电后如果要使单片机复位，只要在该引脚输入 24 个振荡周期宽度以上的高电平就可达到。图 3.15 为该单片机的复位电路图。在通电瞬间，电容 C 通过电阻 R 进行充电， RST 端出现正脉冲，用以复位。当振荡
26、器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使得单片机复位。单片机正常工作时，此引脚应为不大与 0.5V 的低电平。 ALE/PROG：30 脚，地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。 ，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位。当不访问外部存储器程序时，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 。 PSEN：29 脚，外部程序存储器读选通信号，低点平有效。当 AT89S52 由外部程东海科学技术学院本科生毕业论文7序存储器执行外部代码时，每个机器周期中，PSEN
27、信号两次有效，也就是输出两个脉冲。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号不出现。 EA/Vpp：31 脚，外部访问允许 /编程电源输入端。当 EA 输入高电平时（接 Vcc端） ，CPU 执行程序，在低 4KB（0000H0FFFH）地址范围内，访问片内程序存储器；当程序计数器 PC 的值超过 4KB 地址时，将自动转向执行片外程序存储器的程序。当 EA 输入低电平（接 GND）时，CPU 仅访问片外程序存储器。在flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。输入/输出（I/O）引
28、脚 P0、P1、P2 和 P3 P0 口：P0 口是一个双向 I/O 口并且拥有 8 位漏极开路的，同时可以驱动 8 个 LS型的 TTL 负载。对 P0 写 1 这个时候引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， P0 具有内部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 可驱动 4 个 LS 型的 TTL电平。P1 口是专为用户使用的准双向 I/O 口，作为通用的 I/O 口输入时应先向端口锁存器写 1。 P2 口：P2 口是一个双口功能、字节地址为 0H、位地址为 A0HA7H。P2 口作
29、为地址输出线时可以输出高 8 位 到外部存储器，与 P0 输出的低 8 位的地址一齐够成 16 位地址，可以寻址的地址空间为 64KB。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址。在这种应用中，P2 口使用较强的内部上拉发送 1。 P3 口：P3 口是一个 8 位双向 I/O 口具有内部上拉电阻的，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 写 1 时，内部上拉电阻会把端口拉高，此时可以作为输入口用。作为输入口使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 由于 AT89S52 的引脚有限，因此在 P3 电路多了种
30、特殊功能即第二功能。P3 口的每一条引脚都可分别定义为第二功能的输入功能或第二输出功能。实际在使用中，一般都是是先按需求优先选择它的第二功能，剩下不用的才作为第一功能口线使用。各引脚的定义如下：P3.0/RXD：串行数据输入口P3.1/TXD 串行输数据出口P3.2/INTO 外中断 0 输入P3.3/INT1 外中断 1 输入P3.4/TO 定时/计数器 0 外部计数输入P3.5/T1 定时/计数器 1 外部计P3.6/WR 外部数据存储器写选P3.7/RD 外部数据存储器读选 东海科学技术学院本科生毕业论文8第 3 章 硬件电路设计该系统由主控芯片模块 AT89S52、DS18B20 温度
31、检测模块、LCD 液晶显示模块、水位检测模块、键盘控制模块、报警模块和电磁阀开关模块组成。下面分别对各个模块作具体介绍。3.1 水位检测模块3.1.1 水位测量原理1检测原理图如图 3.1。水箱水位检测口4*25K公共充放电口图 3.1 RC 充放水位传感器原理图它的是利用 4 个并联的电阻 5，电阻随水位变化而变化，每当水面接触一个钢针就会多并联一个电阻，电阻随水位变化而规律的变化。因为单片机会给电容周期性地充电和放电，然后检测接在电容两边的电压的变化。因为我们通过已学的知识可知电容电压的上升或下降时间可表示为 t=RC，所以可以通过记录下的这个时间来知道电阻的变化，进而进一步可知水位的变化
32、并对其进行显示。东海科学技术学院本科生毕业论文9单片机中的定时器可以提供电压变化时间的纪录，接下来就是如何将电压的变化传递给单片机。本设计与 I/O 隔离并用中断监测电容电压的电路，这样就需要把电容电压和单片机端口如图 3.2 这样隔离开来。D Q锁存器CP QMUX地址/控制VccVCC读引脚内部总 线写入读存储器图 3.2 P1 口的位结构2.电压跟随器 6电压跟随器的构成：将 LM358 的正向输入端接入电容电压正端，反向输入端则与输出相连。电压跟随器的特点：输入阻抗高，输出阻抗低，使得输入几乎不受输出影响，所以能启到很好的隔离作用。3.比较器：采用 LM393 为比较器加以+5V 给其
33、供电，由于 LM393 的输出为集电极开路，它的输出高电平与 LM393 的电源无关，但须接外部电源和上拉电阻。需要电压跟随器进行隔离的原因和必要性：因为 AT89S52 单片机的 INTO、INT1 本身就具备上拉电阻，INTO 、INT1 的内部结构类似于上图 3.2，并且 LM393 的反相输入端输入和同相输入端输入间有着相互钳位作用，而+5V 电源分压电阻给予+3V 参考带电平对反相输入端输入有钳位作用，因此接了 LM358 电源跟随器并且不与电容直接相连，就不会影响 电容电压的变化，这便是必须接电压跟随器的必要性。电压跟随器和比较器的接法如图 3.3 所示。3.1.2.水位检测电路设
34、计水位传感器采用电压跟随器与电压比较电路相结合实现。由于水的高低也有一定的电阻，如图 3.3，当水位较低时，传感器将信号传给单片机 P2.4 端口，输出低电平信号输入到 U7A 电压相应变的小（低于 6v） ，1 脚输出低电平，经过 U7A 电压跟谁器，输入到 U7B反相输入端，与 U7B 同相端电压进行比较，在同相端设置的基准电压为 6V，输出高电平，作用于 P2.3 端口制成高电平，AT89S52 接受到高电平信号后，将指令给 P2.7 端口，制成高电平，使三极管导通，继电器吸合，电磁阀门开始工作。当水位过高时，传感器将信号传个单片机，由 P2.4 输出一个高电平信号，U7A 电压跟随器输
35、出一个 12V 电压，输入给U7B 电压比较器反相端，与同相端进行电压比较输出一个低电平信号即（P2.3 端口置成低东海科学技术学院本科生毕业论文10电平） ，通过 AT89S52 将指令传给 P2.7 端口，将其置成低电平，此时继电器断开，电磁阀门停止工作。 P1.0/T2EX345678RS9xDINWALVCUMBGKes传pFa图 3.3 水位检测电路3.2 温度检测模块温度传感器的主要特点是功能单一、测温精良、价格低廉（10 快钱左右） 、响应反应快、传输距离远、功耗小、易配处理器等优点，非常适合远距离测温和控制，外围电路简单且不需要进行非线性校准。太阳能热水器温度传感器有很多，本设
36、计本来可选用热敏电阻来使用，他具有负温度系数的热敏电阻来测水温，热敏电阻与普通电阻不同，它具有负的温度特性，当温度升高时，电阻值减小等优点，它的应用是为了测量温度。但由于取材方面的原因，也考虑到经济成本我选用了型号为 DS18B20 的温度传感器，这是市场上很多见并且应用范围很广的一种温度传感器，因为它独特的单线接口，且具有精准度高、稳定性强、廉价等好处，因此我设计中用 DS18B20 作为温度传感器。DS18B20 的简介 及特性 7：DS18B20 数字化温度传感器是美国 Dallas 半导体公司生产的世界上第一种单总线接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-BOARD ）专利技术。全
37、部传感元件及转换电路集成在形如一只三级管的集成电路内。DS18B20 相对于传统的温度传感器具有性能好、微型化、微功耗、稳定性强等优势，尤其适用于多点温度的测量。DS18B20 拥有 912 位测温分辨率，精度为 0.5。DS18B20 可直接将温度转化成串行数字信号，因此特别适合和单片机配合使用，直接读取温度数据。DS18B20 温度与数字对应表如表 2 所示。目前DS18B20 数字温度传感器广泛应用于粮库、恒温室、计算机机房温度监控及其他各种温度测控系统中。如下表 3.2.为 DS18B20 温度于数字对应表。东海科学技术学院本科生毕业论文11DS18B20 可编程温度传感器采用 3 脚
38、 PR-35 封装，其中 GND 为接地线，DQ 为数据输入输出接口，通过一个较小阻值的上拉电阻与单片机相连。VCC 为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围可为 3.05.5V，本设计使用的是外部电源供电。表 3.2 DS18B20 温度与数字对应表DS18B20 的引脚图和封装如图 3.4 所示。温度 二进制数据输出 十六进制数据输出+125 0000 0111 1101 0000 07D0h +85 0000 0101 0101 0000 0550h +25.0625 0000 0001 1001 0001 0191h +10.125 0000 0000 1010 00
39、10 00A2h +0.5 0000 0000 0000 1000 0008h 0 0000 0000 0000 0000 0000h -0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8h -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5Eh -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6Eh -55 1111 1100 1001 0000 FC90h东海科学技术学院本科生毕业论文12DALLAS18B201 2 3GNDDG Vcc1 2 3TO-92DS18B20图 3.4 DS18B20 的引脚图和封装DS18B20 的引脚介绍DQ 为数字信号输入
40、/输出端。开漏单总线接口引脚。在寄生电源中，也可以向器件提供电源。GND：为接地。VDD：外接供电电源输入端，在寄生电源接线方式时此引脚必须接地。DS18B20 的主要特性： 一个端口引脚便可实现通讯。 每个 DS18B20 器件有对应且唯一的 64 位的序列号。 不需任何其他外部原器件就可以单独实现多点测温。 可以通过数据线供电，供电范围为 3.0V5.5V ，测温的范围为-55 125（67257） ，当1085范围内精确度为5。 可编程为 9 位12 位 A/D 转换精度。 用户可定义的非易失性温度告警设置，告警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。可应用在温度控制、
41、工业系统、温度计或着其他温度感知测量系统。DS18B20 内部结构主要由四部分组成分别为：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 两种寄存器、配置寄存器。DS18B20 的内部结构如图 3.5 所示。东海科学技术学院本科生毕业论文1364 位ROM单总线接口存储器和控制逻辑缓存温度传感器高温触发器低温触发器配置寄存器8 位 CRC 发生器电源检测内部 Vpp寄生电源电路VpuGGNDDQVDD图 3.5 DS18B20 的内部结构框图DS18B20 仅仅使用一根单线端口进行通讯。在单线端口的条件下，首先要建立 ROM协议，才能进行存储和控制操作。光刻 ROM
42、中的 64 位序列号是出厂前就被光刻好的，是DS18B20 的地址序列号，使每个 DS18B20 都有各不相同，这样就可以在一根总线上挂多个 DS18B20 了。其中的温度传感器完成对温度的测量。内部的存储器，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。配置存储器则主要用来设置它的工作模式和分辨率。测温原理如图 3.7 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
43、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 3.6 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。东海科学技术学院本科生毕业论文14累加器预置 比较计数器 1低温系数晶振 预置=0 温度寄存器计数器 2=0高温系数晶振图 3.6 DS18B20 的工作原理3.3 L
44、CD 液晶显示模块3.3.1 12864 液晶 8液晶显示的原理是在电压的作用下使液晶内的有机化合物的排列发生偏转，从而使光的折射角发生偏转，造成透射的程度不同，从而使液晶模块从表面看起来有不同的亮度，所以，液晶必须要在光的照射下才能够显示，这一点与发光二极管从原理上来说是完全不同的。液晶屏显示模块与数码管相比，它显得更为专业、漂亮。随着科技的发展，液晶显示的应用前景将更加广阔，显示效果也是越来越好。液晶显示屏能让这些电子设备的显示更加逼真，目前已广泛应用于电子手表、复印机、IC 卡电话机、电脑显示屏、液晶电视等许多方面，尤其是电脑屏幕和液晶电视是最贴近每个人的生活的液晶产品。TS128643
45、 液晶显示是基于 ST7920 来控制显示的，该显示器能够使用串口和并口两种接线方式，可以选择 4 线和 8 线两种方式，有 64 行，每行有 128 个点。要显示一个完整是汉字最起码要在 16*16 的点阵下才方可完成，换句话说如果你要显示一个完整的汉字需要 16 行，每行有 16 个点，而显示一个字符只需要 8*8 点阵或者 5*7 点阵即可。这样的TS128643 液晶如果显示字符的话，每行能显示 16 个字符，可以显示 4 行汉字，每行最多能显示 8 个汉字这，对于我的设计来说已经足够多了，本设计中只需要 2 行汉字即可。本设计采用的液晶因为是自带字库的，所采用的驱动电路是 ST729
46、0，对于其驱动大致可以分为：初始化、设置起始显示、数据输送几大块。初始化主要的就是按照芯片手册来，因为那些命令语句的内存单元都是固定的，需要按照手册上的命令语句来完成，不能因为我们自己的喜好来自己修改。其管脚说明如下表 3.3 所示。东海科学技术学院本科生毕业论文15表 3.3 液晶 12864 管脚说明管脚 符号 功能123 ，16，184567891011GNDVDDNCRSW /REDB0DB7PSBRSTLED+LED-接地接入+5V 电源电压空高：数据（低：指令）高：读（低：写）使能端数据线控制模式系统复位背光电源， +5V背光电源， 0V12864 液晶的具体指令介绍DR 为数据寄
47、存器：简称 DR，它们负责存储微机要写到 CGRAM 或 DDRAM 的数据，或者存储 MCU 要从 CGRAM 或 DDRAM 读出的数据。因此，可将 DR 视为一个数据缓冲区，当 RS 及 RW 引脚信号为 1 且 Enable 引脚信号由 1 变为 0 时，读取数据；当 RS 引脚信号为 1，RW 引脚信号为 0 且 Enable 引脚信号由 1 变为 0 时，存入数据。AC 为地址计数器：简称 AC，负责计数写读 CGRAM 或 DDRAM 的数据地址，AC依照 MCU 对 LCD 的设置值而自动修改它本身的内容。IR 为指令寄存器：简称 IR，负责存储 MCU 要写给 LCD 的指令
48、码，当 RS 及 RW引脚信号为 0 且 Enable 引脚信号由 1 变为 0 时，D0 D7 引脚上的数据便会存入到 IR 寄存器中。BF 为忙碌信号：简称 BF，当 BF 为 1 时，不接收微机送来的数据或指令；当 BR 为 0时，接收外部数据或指令，所以，在写数据或指令到 LCD 之前，必须查看 BF 是否为 0。只要把数据写到文本显示 RAM 中，就能显示文本内容，具体流程如下：先设定工作模式，接着信号的检测，再数据的传送。ST7920 的显示 RAM 中提供了 8 个乘以 4 行的汉字空间， 当 RAM 进行写入显示在文本时，CGROM 、HCGROM 与 CGRAM 的字型就会显示出。ST7920A 可以显示三种字型，分别是显示半宽的 HC-GROM 字型、中文 CGRAM 字型和 CGRAM 字型，在 DDRAM 中写入编码来进行设定选择哪种字型，各个字型的详细编码如下：半宽字型显示 ：只将一位字节写入 DDRAM 中，编码范围为 02-7FH。显示中文字形：将两字节编码写入 DDRAM，编码范围为 A1A0HF7FEH传GB 或编码为 A140H-D75FH BIG5 的码。显示 CGRAM 字型：需两个字节的编码写入 DDRAM 中来实现这种字型，总共有四种编码方式它们分别是 0000H、 0002H、0004H、0006H。LC
