基于at89c51單片機(jī)的遠(yuǎn)程溫度采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)日益廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合DS18B20溫度傳感器、LCD液晶顯示、LED數(shù)碼管、RS-485遠(yuǎn)程通信、按鍵和報(bào)警幾部分電路，構(gòu)成了遠(yuǎn)程溫度采集與顯示系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通信采用RS-485串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)DS18B20進(jìn)行現(xiàn)

2、場(chǎng)總線的溫度采集，然后將溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的溫度采集系統(tǒng)充分發(fā)揮了AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，大大降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，該系統(tǒng)具有溫控準(zhǔn)確、操控界面良好、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。使用RS-485總線，一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、能進(jìn)行長(zhǎng)距離通信的優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。本

3、系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)4路溫度，檢測(cè)溫度的范圍為-55℃~+125℃。本設(shè)計(jì)采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，安裝方便。</p><p>　　基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于采用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)測(cè)試、微電子和自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)，不僅具有信號(hào)采集方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)。</p&g

4、t;<p>　　關(guān)鍵詞：RS-485總線；單片機(jī)；溫度測(cè)量系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of digital technology and the increasingly widespread application of computer, microcont

5、roller technology in various fields have been fully applied. The design use AT89C51 microcontroller as development platform,combined with DS18B20 temperature sensor, LCD liquid crystal display, LED digital tube, RS-485 r

6、emote communications, alarm buttons, and several parts of the circuit, constitutes a remote temperature measurement and display system. Remote Communication with RS-485 se</p><p>　　The design of the temperat

7、ure acquisition system fully plays the characteristics of the AT89C51 microcontroller, combined with existing technology, greatly reduces the circuit complexity, the system has accurate temperature control, good control

8、interface, high stability, strong anti-interference advantages . Using the RS-485 bus, a pair of twisted pair can achieve multi-station network, the distributed system, simple equipment, low cost, can communicate over lo

9、ng distances to get the advantages</p><p>　　Temperature acquisition system based on microcontroller is widely used by computer, auto test, a number of micro-electronics and automatic control technology, sign

10、al acquisition is not only convenient, simple and great advantages of flexibility, but also can greatly improve the technical indicators measured temperature .</p><p>　　Key words: RS-485 bus；Single-chip micr

11、ocomputer；Temperature measurement system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　目 錄III</p><

12、;p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景與意義1</p><p>　　1.2 課題研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)2</p><p>　　2 基本方案比較4</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案一4</p>

13、;<p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案二4</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)方案三5</p><p>　　3 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)7</p><p>　　3.1 接口標(biāo)準(zhǔn)的選擇7</p><p>　　3.2 RS-485的應(yīng)用原則8</p><p>　　4 單元模塊設(shè)計(jì)10</p>&l

14、t;p>　　4.1 溫度傳感器的選擇方案10</p><p>　　4.2 DS18B20的介紹11</p><p>　　4.2.1 DS18B20簡(jiǎn)介11</p><p>　　4.2.2 DS18B20的特性11</p><p>　　4.2.3 DS18B20的結(jié)構(gòu)12</p><p>　　4.2.4

15、DS18B20在溫度測(cè)量方面的應(yīng)用14</p><p>　　4.3 電源模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3.1 電源的組成14</p><p>　　4.3.2 電源設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4 單片機(jī)模塊18</p><p>　　4.4.1 AT89C51單片機(jī)的介紹18</p>

16、<p>　　4.4.2 AT89C51的主要性能18</p><p>　　4.5 溫度采集模塊18</p><p>　　4.6 顯示模塊21</p><p>　　4.7 鍵盤(pán)模塊24</p><p>　　4.8 報(bào)警模塊24</p><p>　　4.9 遠(yuǎn)程通信模塊25</p>&

17、lt;p>　　4.10 KeilC與Proteus連接調(diào)試27</p><p>　　4.10.1 Proteus簡(jiǎn)介27</p><p>　　4.10.2 Proteus與KeilC的連接28</p><p>　　5 抗干擾的分析30</p><p>　　5.1 抗干擾技術(shù)主要體現(xiàn)30</p><p>

18、　　5.2 用于單片機(jī)系統(tǒng)的干擾抑制元件30</p><p>　　5.3 提高總線系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段31</p><p>　　5.4 RS-485系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及處理方法32</p><p><b>　　結(jié) 論34</b></p><p><b>　　致 謝35</b>&

19、lt;/p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)36</p><p>　　附錄 A 溫度采集程序37</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景與意義</p><p>　　在人類(lèi)的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你在生活在那里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫

20、度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展對(duì)是否掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)是幾乎80%的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。</p><p>　　溫度對(duì)于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。傳感器主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：模擬集成溫度傳感器、模擬集成溫度控制器、智能溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)：進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高

21、可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　自從1976年Intel公司推出第一批單片機(jī)以來(lái)，80年代的單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝著快速，高性能的方向發(fā)展，從4位、8位單片機(jī)發(fā)展到16位、32位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各個(gè)行業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可

22、以大顯其能，單片機(jī)在國(guó)內(nèi)的主要的應(yīng)用領(lǐng)域有三個(gè)：第一是家用電器業(yè)，例如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能玩具；第二是通訊業(yè)，包括手機(jī)、電話和BP機(jī)等等；第三是儀器儀表和計(jì)算機(jī)外設(shè)制造，例如鍵盤(pán)、軟盤(pán)、收銀機(jī)、電表等。除了上述應(yīng)用領(lǐng)域外，汽車(chē)、電子行業(yè)在外國(guó)也是單片機(jī)應(yīng)用很廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多、能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構(gòu)成的智能儀表解決了長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)量?jī)x表中的誤差的修正、線性處理等問(wèn)題。</p>

23、<p>　　在溫度采集與顯示系統(tǒng)中，用到了自動(dòng)檢測(cè)與傳感器技術(shù)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)接口技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等方面的大量知識(shí)。檢測(cè)技術(shù)和傳感技術(shù)是人們?yōu)榱藢?duì)被測(cè)對(duì)象所包含的信息進(jìn)行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列的技術(shù)措施。隨著人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，以信息的獲取轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)完整的技術(shù)學(xué)科，在促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步的廣闊領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。其主要應(yīng)用如下：檢測(cè)技術(shù)是

24、產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段；檢測(cè)技術(shù)在大型的設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用；檢測(cè)技術(shù)和裝置時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分；檢測(cè)技術(shù)的完善與發(fā)展推動(dòng)著現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步；另一方面看，現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也不斷地對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出新的要求。它是由傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置組成。</p><p>　　傳感器在溫度測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用：目前市場(chǎng)主要存在單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種溫度測(cè)溫儀表。對(duì)于單點(diǎn)測(cè)溫儀表，主要采用傳統(tǒng)

25、的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測(cè)量精度高，測(cè)量范圍大而得到了普遍的應(yīng)用。此種產(chǎn)品測(cè)溫范圍大都在-200℃~800℃之間，分辨率12位，最小分辨溫度在0.001~0.01之間。自帶LED顯示模塊，顯示4位到16位不等。有的儀表還具有存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)幾百到幾千組數(shù)據(jù)。該類(lèi)儀表可很好的滿足單個(gè)用戶(hù)單點(diǎn)測(cè)量的需要。多點(diǎn)溫度測(cè)量?jī)x表，相對(duì)于單點(diǎn)的測(cè)量有一定得差距，雖然實(shí)現(xiàn)了多路溫度的測(cè)控，但價(jià)格昂貴。</p>

26、<p>　　基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于采用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)測(cè)試、微電子和自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)，不僅具有信號(hào)采集方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　1.2 課題研究現(xiàn)狀</p><p>　　溫度采集屬于模擬量的采集，也就是數(shù)據(jù)采集，國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域正在發(fā)生著重要的變化。首先，分布式控制應(yīng)用場(chǎng)合中的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正在發(fā)展。其

27、次，總線兼容型數(shù)據(jù)采集插件的數(shù)量正在增大，與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量也在增加。數(shù)據(jù)采集已長(zhǎng)時(shí)間地被認(rèn)為與數(shù)據(jù)記錄及其它數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相等同。在工作時(shí)，一些要打印出拷貝，而另一些則把采集的數(shù)據(jù)饋送給主計(jì)算機(jī)處理。但是，隨著分布式控制在各個(gè)領(lǐng)域里越來(lái)越普遍的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集設(shè)備開(kāi)始同控制設(shè)備想結(jié)合。</p><p>　　近年來(lái)，在溫度采集方面，利用智能化數(shù)字式溫度傳感器以實(shí)現(xiàn)溫度信息的在線檢測(cè)已成為溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)

28、的一種發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字化技術(shù)推動(dòng)了信息化的革命，在傳感器的期間結(jié)構(gòu)上采用數(shù)字化技術(shù)，使信息的采集更加方便。例如，對(duì)于溫度信號(hào)采集系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬溫度采集器多為鉑電阻、銅電阻等。每一個(gè)傳輸線至少有兩根導(dǎo)線，帶補(bǔ)償接法需要三根導(dǎo)線。如果對(duì)50路溫度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，就需要100根導(dǎo)線接到檢測(cè)端口，然后還要經(jīng)過(guò)電橋電路、信號(hào)放大、通道選擇、A/D轉(zhuǎn)換等，才能將溫度信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)處理。而現(xiàn)在新型的DS1820單總線數(shù)字溫度傳感器，采用3腳(或8腳)

29、封裝，從DS1820讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)僅需要一根I/O口線。用這種智能化數(shù)字式傳感器的優(yōu)勝顯而易見(jiàn)，而且不用進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，節(jié)省了資源。</p><p>　　1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)</p><p>　　本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要由AT89C51單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、LCD液晶顯示、數(shù)碼管、遠(yuǎn)程通信、按鍵和報(bào)警電路幾部分組成。遠(yuǎn)程通信采用RS-485串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，

30、通過(guò)DS18B20進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集，然后將溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，安裝方便。該系統(tǒng)有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、串口通訊、液晶顯示等以及整個(gè)系統(tǒng)中所需要的電源組成的一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于超過(guò)此限的溫度數(shù)據(jù)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。設(shè)計(jì)溫度采集系統(tǒng)充分發(fā)揮了AT89C51

31、單片機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，大大降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，該系統(tǒng)具有溫控準(zhǔn)確、操控界面良好、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必將給生產(chǎn)生活帶來(lái)一定的飛躍，大大促進(jìn)了生產(chǎn)的需要，在以后的發(fā)展中更進(jìn)一步提高效率。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：</p><p><b>　　實(shí)時(shí)巡檢功能</b></p><p>　　本

32、系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)4路溫度，檢測(cè)溫度的范圍為-55℃~+125℃。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)與所選的RS-485芯片的驅(qū)動(dòng)能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)，如75LBC184標(biāo)稱(chēng)最大值為64點(diǎn)，SP485R標(biāo)稱(chēng)最大值為400點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因線纜長(zhǎng)度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同，實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)不到理論值。例如75LBC184運(yùn)用在500m分布的RS-485網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)50或速率大于9.6kb/s時(shí)，工作可靠性明顯降低。通常推薦節(jié)點(diǎn)數(shù)按RS-485芯片最

33、大值的70%選取，傳輸速率在1200~9600b/s之間選取。通信距離1km以?xún)?nèi)，從通信效率、節(jié)點(diǎn)數(shù)、通信距離等綜合考慮選用4800b/s最佳。通信距離1km以上時(shí)，應(yīng)考慮通過(guò)增加中繼模塊或降低速率的方法提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｋ愿鶕?jù)實(shí)際需要，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)是可以擴(kuò)展的。</p><p><b>　　傳輸距離遠(yuǎn)</b></p><p>　　使用RS-485串行總線進(jìn)行傳輸，

34、MAX485驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，傳送距離大于1200m，抗干擾能力強(qiáng)。</p><p><b>　　功能完善</b></p><p>　　由主控機(jī)分別設(shè)置各從機(jī)的溫度報(bào)警上下限，超過(guò)預(yù)定的溫度值時(shí)則發(fā)出一定頻率的聲音來(lái)提醒工作人員。</p><p>　　主從機(jī)采用中文點(diǎn)陣式液晶顯示器，人機(jī)界面友好。</p><p>　

35、　自帶+5V和+12V直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　2 基本方案比較</b></p><p>　　常見(jiàn)的溫度測(cè)量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器，對(duì)于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等[1]。</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)方案一</b></p&g

36、t;<p>　　采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測(cè)量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)方案二</b></p><p>　　采用PC機(jī)作為主控機(jī)，單片機(jī)構(gòu)成信號(hào)采集單元。通過(guò)溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)

37、放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過(guò)含有單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步分析處理，通過(guò)通信線路將信息上行到PC機(jī)，在PC機(jī)上我們可對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行任何分析、處理。</p><p>　　圖2.1 方案二的框圖</p><p>　　采用該方案技術(shù)已經(jīng)成熟，而且通過(guò)將溫度信息上傳到PC機(jī)，利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和相應(yīng)的輔助軟件，可以多角度、多需求的分析處理溫度數(shù)據(jù)，但這在工業(yè)上大多不是必須的。而且

38、目前PC的機(jī)價(jià)格的原因，制造出這樣的系統(tǒng)，不會(huì)得到普遍的應(yīng)用，所以我不準(zhǔn)備采用此種方案。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)方案三</b></p><p>　　在第三套方案里，遠(yuǎn)程通信引用RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)，它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理，相對(duì)于其它現(xiàn)場(chǎng)總線而言，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、成本低廉、硬軟件支持豐富、安裝方便，且與傳統(tǒng)的DOS兼容，與現(xiàn)場(chǎng)儀表接口簡(jiǎn)單，系統(tǒng)實(shí)

39、施容易等特點(diǎn)。</p><p>　　第三套方案是基于RS-485總線的控制網(wǎng)絡(luò)的情況下以AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對(duì)多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制巡檢。各檢測(cè)單元（從機(jī)）能獨(dú)立完成各自功能，根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地儲(chǔ)存、顯示，而且可以利用單片機(jī)串行口，通過(guò)RS-485總線及通信協(xié)議將將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的分析、存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行

40、溫度采集，收集測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進(jìn)行整理、顯示和打印。主控機(jī)與各從機(jī)之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到了系統(tǒng)整體統(tǒng)一和諧的控制效果。</p><p>　　圖2.2 方案三的系統(tǒng)框圖</p><p>　　該方案主控機(jī)和從機(jī)完全由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用該方案完全可滿足工業(yè)上大部分需求，而且相對(duì)與第二種方案價(jià)格更加容易讓人接受。上圖中，從機(jī)部分實(shí)現(xiàn)的功能幾乎和主機(jī)是對(duì)等的，但會(huì)接

41、受主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的命令的指示。</p><p>　　該方案采用DS18B20做為溫度傳感器，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。與方案1相比較，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對(duì)于方案3，具有更高的性?xún)r(jià)比，更大的市場(chǎng)。所以我采用方案3完成本設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖2.3 從機(jī)部分的框圖</p><p>　　3 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)</

42、p><p>　　3.1 接口標(biāo)準(zhǔn)的選擇</p><p>　　由于RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)時(shí)間較早，難免有不足之處，主要有以下的四點(diǎn)：</p><p>　　(1) 接口的信號(hào)電平值比較高，容易損壞接口電路的芯片，而且與TTL電平不兼容，因此需要使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。</p><p>　　(2) 傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為

43、20kbit/s。</p><p>　　(3) 接口使用一根信號(hào)線與一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸模式容易產(chǎn)生共模干擾，因而抗干擾性能弱。</p><p>　　(4) 傳輸距離有限，最大傳輸距離的標(biāo)準(zhǔn)值是15.24m(50ft),實(shí)際上一般只能用于5米左右的范圍內(nèi)。</p><p>　　針對(duì)RS-232C的不足之處，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)

44、，RS-485就是其中比較常用的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，它的主要特點(diǎn)有以下四點(diǎn)：</p><p>　　(1) RS-485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€間電壓差為+(2~6)V表示；邏輯“0”以?xún)删€間電壓差-(2~6)V表示。接口信號(hào)電平比RS-232C降低了許多，不易損壞接口電路的芯片，并且該電平與TTL電平兼容，可以很方便的和TTL電路連接。</p><p>　　(2) RS-485的數(shù)據(jù)傳輸速率

45、為10Mbit/s。</p><p>　　(3) RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分驅(qū)動(dòng)器的結(jié)合，抗共模干擾能力相比RS-232C增強(qiáng)了，即抗噪聲干擾性好。</p><p>　　(4) RS-485接口的最大傳輸距離的標(biāo)準(zhǔn)值是1219.2m(4000ft)，實(shí)際中可以達(dá)到3000m，另外RS-232C接口在總線上只能允許連接1個(gè)收發(fā)器，即只有單站能力。而RS-485接口在總線上是允

46、許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力，這樣用戶(hù)可以利用單一的RS-485接口方便的建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了資源。</p><p>　　因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性能，較長(zhǎng)的傳輸距離，多站能力這些優(yōu)點(diǎn)，使其成為首選地串行接口[2]。</p><p>　　RS-485支持半雙工或全雙工模式，一般只需要兩根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總

47、線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)，</p><p>　　做好采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)。從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。因而在設(shè)計(jì)中采用RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3.2 RS-485的應(yīng)用原則</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定總線上允許連接的收發(fā)器數(shù)量，但規(guī)定了最大總線負(fù)載為32個(gè)單位負(fù)載(UL

48、)，可通過(guò)增大收發(fā)器輸入電阻來(lái)擴(kuò)展總線節(jié)點(diǎn)數(shù)。例如當(dāng)輸入電阻增加至48kΩ以上(1/4UL)，節(jié)點(diǎn)數(shù)就可增加至128個(gè)，當(dāng)輸入電阻為150kΩ，節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可增加至400個(gè)[3]。</p><p>　　是否對(duì)RS-485總線進(jìn)行終端匹配取決于數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長(zhǎng)度及信號(hào)轉(zhuǎn)換速率。UART是在每個(gè)數(shù)據(jù)位的中點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)的，只要反射信號(hào)在開(kāi)始采樣時(shí)衰減到足夠低，就可以不考慮匹配。當(dāng)考慮終端匹配時(shí)，有多種匹配方案可以選擇，

49、最簡(jiǎn)單的就是在總線兩端各接一只阻值等于電纜特性阻抗的電阻，比較省電的匹配方案是RC匹配，采用二極管的匹配方案節(jié)能效果顯著。</p><p>　　事實(shí)表明，當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間上升或下降時(shí)間超過(guò)電信號(hào)沿總線單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口器件SP483輸出信號(hào)的上升或下降時(shí)間最小為250ns，典型雙絞線上的信號(hào)傳輸速率約為0.2m/ns(24AWG PVC電纜)，那么只要

50、數(shù)據(jù)速率在250kbps以?xún)?nèi)，電纜長(zhǎng)度不超過(guò)16米，采用SP483作為RS-485接口時(shí)就可以不加終端匹配。</p><p>　　RS-485總線上的每個(gè)收發(fā)器通過(guò)一段引出線接入總線。引出線過(guò)長(zhǎng)時(shí)由于信號(hào)在引出線中的反射也會(huì)影響總線上的信號(hào)質(zhì)量，系統(tǒng)所能允許的引出線長(zhǎng)度也和信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間、數(shù)據(jù)速率有關(guān)。</p><p>　　以SP483為例，對(duì)應(yīng)于250ns的上升/下降時(shí)間，總線允許的最大

51、引出線長(zhǎng)度約為5米。減緩信號(hào)的前后沿斜率有利于降低對(duì)于總線匹配引出線長(zhǎng)度的要求和改善信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)還可使信號(hào)中的高頻成分降低，減少電磁輻射。因此看來(lái)在選擇接口器件時(shí)并不是速率越高越好，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)要求選擇最低速率的器件。</p><p>　　僅僅用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的A、B端連接起來(lái)，而不對(duì)RS-485通信鏈路的信號(hào)接地，在某些情況下也可以工作，但是卻給系統(tǒng)埋下了隱患。RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)并不需

52、要對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)系統(tǒng)，只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但應(yīng)該注意的是收發(fā)器只有在共模電壓不超出一定范圍(-7V至+12V)的條件下才能正常工作。當(dāng)共模電壓超出此范圍，就會(huì)影響通信的可靠直至損壞接口。如圖3.1所示，當(dāng)發(fā)送器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng)存在著地電位差VGPD，那么接收器輸入端的共模電壓就會(huì)達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定VOS≤3V

53、，但VGPD可能會(huì)有很大幅度(十幾伏甚至數(shù)十伏)，并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào)致使接收器共模輸入VCM超出正常圍，在信號(hào)線上產(chǎn)生干擾電流輕則影響正常通信，重則損壞設(shè)備。</p><p>　　RS-485總線的接線方法如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 RS-485總線的接線示意圖</p><p><b>　　4 單元模塊設(shè)計(jì)</b><

54、/p><p>　　4.1 溫度傳感器的選擇方案</p><p>　　傳感器的選擇受很多因素的影響，首先是各種溫度傳感器自身的優(yōu)缺點(diǎn)，其次是各種不同的環(huán)境因素，以及系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的精度等，所以在不同的設(shè)計(jì)當(dāng)中溫度傳感器的選擇也將不同[4]。</p><p>　　各種常用傳感器的應(yīng)用方案比較如下：</p><p>　　方案一：熱電偶傳感器</p

55、><p>　　熱電偶傳感的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)變化。它是利用兩種不同材料的金屬連接在一起，構(gòu)成的具有熱電效應(yīng)原理的一種感溫元件。其優(yōu)點(diǎn)為精確度高、測(cè)量范圍廣、構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用方便，型號(hào)種類(lèi)比較多且技術(shù)成熟等。目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用產(chǎn)品中。熱電偶傳感器的種類(lèi)很多，在選擇時(shí)必須考慮其靈敏度、精確度、可靠性、穩(wěn)定性等條件。</p><p>　　方案二：熱電阻傳感器</p><

56、;p>　　熱電阻傳感器的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。熱電阻傳感器是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制作成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。從熱電阻的測(cè)溫原理可以知道，被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)表現(xiàn)的。因此，熱電阻的引出線的電阻的變化會(huì)給測(cè)溫帶來(lái)影響。為消除引線電阻的影響，一般采用三線制或四線制。熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)

57、線、顯示儀表組成。</p><p>　　方案三：半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器</p><p>　　半導(dǎo)體IC溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流、電壓與溫度變換關(guān)系來(lái)測(cè)溫的一種感溫元件。這種傳感器輸出線性好、精度高，而且可以把傳感器驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路等，與溫度傳感器部分集成在同一硅片上，體積小，使用方便，應(yīng)用比較廣泛的有AD590等。IC溫度傳感器在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常用于室溫或環(huán)境溫

58、度的檢測(cè)，以便微型計(jì)算機(jī)對(duì)溫度測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償[5]。</p><p>　　方案四：半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新型溫度傳感器的種類(lèi)繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開(kāi)始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式、多總線式發(fā)展。數(shù)字溫度傳感器，更因適合與各種微處理器的I/O接口相連接，組成自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)克服了模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理

59、電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中，數(shù)字溫度傳感器中比較有代表性的有DS18B20等。</p><p>　　表4.1 典型傳感器對(duì)比表</p><p>　　PT100與AD590都不能與單片機(jī)的I/O口直接相連，需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路。而DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，并且采用單總線技術(shù)，使該傳感器不但可以直接與單片機(jī)I/O

60、口相連，并且只需要一個(gè)I/O就可以連接多個(gè)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量與控制。所以使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20不但可以節(jié)約單片機(jī)I/O口，還能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低[4]。</p><p>　　4.2 DS18B20的介紹</p><p>　　4.2.1 DS18B20簡(jiǎn)介</p><p>　　DS1820是Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器，是世界上第一

61、片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可以輕松的組件傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量引入全新的概念。新一代的“DS18B20”體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活，使用戶(hù)可以充分發(fā)揮一線總線的長(zhǎng)處[5]。</p><p>　　同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度范圍以“一線總線”的數(shù)字方式

62、傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如設(shè)備控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。</p><p>　　4.2.2 DS18B20的特性</p><p>　　(1) 獨(dú)特的單接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊；</p><p>　　(2) 簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用；</p><p>　　(3) 無(wú)需外部器件；</p&g

63、t;<p>　　(4) 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，無(wú)需外部電源；</p><p>　　(5) 零待機(jī)功耗；</p><p>　　(6) 測(cè)溫范圍為-55℃~+125℃，以0.5℃遞增；</p><p>　　(7) 溫度以9位數(shù)字量讀出；</p><p>　　(8) 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms(典型值)；</p><

64、p>　　(9) 用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；</p><p>　　(10) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度(溫度報(bào)警條件)的器件；</p><p>　　(11) 應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　4.2.3 DS18B20的結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20的結(jié)構(gòu)如圖4

65、.1所示：</p><p>　　圖4.1 DS18B20的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DS18B20的各引腳說(shuō)明如表4.2表述。</p><p>　　表4.2 DS18B20的引腳說(shuō)明</p><p>　　DS18B20有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：</p><p>　　64位激光(lasered) ROM；</p>

66、;<p><b>　　溫度靈敏元件；</b></p><p>　　非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。</p><p>　　器件從單線的通信線取得其電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中；在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)，斷開(kāi)此電源，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳?電容)電源為止。作為另一種可供選擇的方法，DS18B20也可用外部+5

67、V電源供電。DS18B20的主要部件的結(jié)構(gòu)如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 DS18B20方框圖</p><p>　　與DS18B20的通信經(jīng)過(guò)一個(gè)單線接口，在單線接口情況下，在ROM操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作，主機(jī)必須首先提供五種ROM操作命令之一：</p><p>　　Read ROM(讀ROM)；</p><p

68、>　　Match ROM(符合ROM)；</p><p>　　Search ROM(搜索ROM)；</p><p>　　Skip ROM(跳過(guò)ROM)；</p><p>　　Alarm Search(告警搜索)；</p><p>　　這些命令對(duì)每一器件的64位激光ROM部分進(jìn)行操作，如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件，

69、并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類(lèi)型，在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。</p><p>　　一個(gè)控制操作命令指示DS18B20完成溫度測(cè)量，該測(cè)量的結(jié)果將放入DS18B20的高速暫存(便箋式)存貯器(Scratchpad memory)，通過(guò)發(fā)出讀暫存存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以讀出此結(jié)果，每一溫度告警觸發(fā)器TH和TL構(gòu)成一個(gè)字節(jié)的

70、 EEPROM 如果不對(duì)DS18B20施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶(hù)存儲(chǔ)器，使用存儲(chǔ)器操作命令可以寫(xiě)TH和TL對(duì)這些寄存器的讀訪問(wèn)。通過(guò)便箋存儲(chǔ)器，所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫(xiě)[4]。</p><p>　　4.2.4 DS18B20在溫度測(cè)量方面的應(yīng)用</p><p>　　DS18B20通過(guò)使用在板(on-board)溫度測(cè)量專(zhuān)利技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度，溫度測(cè)量電路的方框圖見(jiàn)

71、圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 溫度測(cè)量電路</p><p>　　4.3 電源模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 電源的組成</p><p>　　對(duì)于由MCU結(jié)合RS-485微系統(tǒng)組建的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)[6]，應(yīng)優(yōu)先采用各微系統(tǒng)獨(dú)立供電方案，不要采用一臺(tái)大電源給微系統(tǒng)并聯(lián)供電，同時(shí)電源線不能與RS-485信號(hào)線共用同一股多芯電纜。

72、RS-485信號(hào)線宜選用截面積0.75mm2以上雙絞線。對(duì)于每個(gè)小容量直流電源選用線性電源LM7805比選用開(kāi)關(guān)電源更合適。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對(duì)LM7805的保護(hù)：</p><p>　　(1) LM7805輸入端與地應(yīng)跨接220~1000μF電解電容；</p><p>　　(2) LM7805輸入端與輸出端反接1N4007二極管；</p>

73、;<p>　　(3)LM7805輸出端與地應(yīng)跨接470~1000μF電解電容和104pF獨(dú)石電容并反接1N4007二極管；</p><p>　　(4)輸入電壓以8~10V為佳，最大允許范圍為6.5~24V。可選用TI的PT5100替代LM7805，以實(shí)現(xiàn)9~38V的超寬電壓輸入[5]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中所選擇的電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾?/p>

74、壓值。交流電經(jīng)過(guò)二極管整流之后，方向單一了，但是電流強(qiáng)度還是處在不斷地變化之中。這種脈動(dòng)直流不能直接用來(lái)給集成電路供電的，而要通過(guò)整流電路將交流電變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)(一般有%左右的波動(dòng))，負(fù)載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還

75、需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定[6]。</p><p>　　電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去(或降低)之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來(lái)。充電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負(fù)載電阻

76、值越大，充電和放電所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來(lái)承擔(dān)濾波的任務(wù)[7]。</p><p>　　穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。</p><p>　　4.3.2 電源設(shè)計(jì)</p><p>　

77、　工作原理：圖中為T(mén)1電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓變?yōu)檎麟娐芬蟮慕涣麟妷?，四只整流二極管D1~D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱(chēng)[8]。</p><p><b>　　先計(jì)算文件參數(shù)：</b></p><p>　　二極管D1、D3和D2、D4兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為：</p><p><b>　　

78、(4.1)</b></p><p>　　在正半周時(shí)D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。此時(shí)D2、D2所承受的最大反向電壓均為的最大值。即=。同時(shí)，在的負(fù)半周，D1、D3也承受到同樣大小的反向電壓。</p><p>　　橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓</p><p>　　較低，同時(shí)因?yàn)殡娫醋儔浩髟谡?、?fù)半周內(nèi)都有電流供給

79、負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　濾波電路：我們采用電容濾波電路。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為小功率電源,初始時(shí)電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當(dāng)為正半周時(shí)，通過(guò)D1、D3向電容器C充電；當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，通過(guò)D2、D4向電容器C充電。充電時(shí)間常數(shù)為。包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管D的正向電阻。由于一般很少，電容器很快就達(dá)到了交流電壓的

80、的最大值。由于電容器無(wú)放電回路，故輸出電壓保持在，輸出為一個(gè)恒定的直流[9]。</p><p>　　電容濾波電路的特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 二極管的導(dǎo)電角，流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大，電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)。在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大，在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊電流的有效值I2=1.11I1， 而有電容濾波時(shí)I2=(1.5~2)I1 。</p&g

81、t;<p>　　(2) 負(fù)載平均電壓V1升高，紋波(交流成分)漸少，且RC越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　其中，T為電源交流電壓的周期。</p><p>　　(3) 負(fù)載直流電壓隨負(fù)載直流電流增

82、加二減少。V1隨IL的變化關(guān)系稱(chēng)為輸出特性或者外特性。</p><p>　　C值一定，當(dāng)RL=∞，即空載時(shí)</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p>　　當(dāng)C=0，即無(wú)電容時(shí)</p><p><b>　　(4.4)</b></p><p>　　(4) 在

83、整流電路的內(nèi)阻不太大(幾歐)和放電時(shí)間常數(shù)滿足式(4.4)的關(guān)系時(shí)，電容濾波電路的負(fù)載電壓V1和V2的關(guān)系約為：</p><p><b>　　(4.5)</b></p><p>　　總之，電容濾波電路簡(jiǎn)單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，故適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。</p><p>　　因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)對(duì)供電的要求

84、不高，只要有12V/40mA 和 5V/30mA 就足夠了，所以只采用一塊 12V/50mA 和 5V/28mA 。所以本系統(tǒng)是采用7812與7805兩個(gè)穩(wěn)壓管構(gòu)成的[10]。電源電路如圖4.4所示。</p><p><b>　　+12V電源示意圖</b></p><p><b>　　+5V電源示意圖</b></p><p&g

85、t;<b>　　圖4.4 電源電路</b></p><p><b>　　4.4 單片機(jī)模塊</b></p><p>　　4.4.1 AT89C51單片機(jī)的介紹</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4K字節(jié)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(PEROM)，它采

86、用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改變程序和常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。因此AT89C51是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可以很方便的應(yīng)用于各種相關(guān)的控制領(lǐng)域。</p><p>　　4.4.2 AT89C51的主要性能</p><p>　　AT89C51

87、具有以下主要的性能：</p><p>　　兼容MCS-51指令系統(tǒng)；</p><p>　　32個(gè)雙向I/O口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　1個(gè)串行中斷，兩個(gè)外部中斷源；</p><p>　　低功耗空閑和掉電模式；</p><p>　　4KB可反復(fù)擦寫(xiě)(可經(jīng)受1000次的寫(xiě)入/擦除周期)；<

88、/p><p>　　全靜態(tài)操作0~24MHz；</p><p>　　128×8字節(jié)內(nèi)部ROM；</p><p>　　32條可編程I/O線，可編程串行通道；</p><p><b>　　片內(nèi)有時(shí)鐘振蕩器。</b></p><p>　　AT89C51是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到0Hz，

89、并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電模式—空閑模式(Idie Mode)和掉電模式(Power Down Mode)。在空閑模式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電模式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止[10]。</p><p>　　4.5 溫度采集模塊</p><p>　　目

90、前大多數(shù)傳感器系統(tǒng)都采用放大-傳輸-數(shù)模轉(zhuǎn)換這種處理模式。這種模式一般要占用數(shù)條數(shù)據(jù)/控制線，限制了單片機(jī)功能的擴(kuò)展。而一線總線技術(shù)則很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　一線總線技術(shù)就是在一條總線上僅有一個(gè)主系統(tǒng)和若干個(gè)從系統(tǒng)組成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。由于總線上的所有器件都通過(guò)一條信號(hào)線傳輸信息，總線上的每個(gè)器件在不同的時(shí)間段驅(qū)動(dòng)總線，這相當(dāng)于把數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線合在了一起。所以整個(gè)系統(tǒng)要按單總線協(xié)

91、議規(guī)定的時(shí)序進(jìn)行工作。為了使其它設(shè)備也能使用這條總線，一線總線協(xié)議采用了一個(gè)三態(tài)門(mén)，使得每一個(gè)設(shè)備在不傳送數(shù)據(jù)時(shí)空出該數(shù)據(jù)線給其它設(shè)備。一線總線在外部需要一個(gè)上拉電阻器，所以在總線空閑時(shí)是高電平。</p><p>　　掛在單總線上的器件稱(chēng)為單總線器件，為了區(qū)分總線上的不同器件，生產(chǎn)單總線器件時(shí)，廠家都刻錄了一個(gè)64位的二進(jìn)制ROM代碼作為芯片的唯一序列號(hào)。這樣通過(guò)尋址就可以把每個(gè)器件識(shí)別出來(lái)。64位ROM的結(jié)構(gòu)如

92、下：開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)(DS1820為10H)，接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS1820可以采用一線進(jìn)行通信的原因。DS1820是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理[11]。溫度采集電路如圖4.5所示。</p><p

93、>　　圖4.5 溫度采集模塊</p><p>　　DS1820的工作原理是：DS1820采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其中 GND為地；I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平；VDD是外部+5V電源端，不用時(shí)應(yīng)接地；NC為空腳。圖1 所示為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RA

94、M)，用于存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL解發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)發(fā)生器等七部分。</p><p>　　溫度采集電路的流程圖如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 總體電路流程圖</p><p>　　溫度采集電路流程圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7溫度采集電路流程圖</p>

95、<p><b>　　4.6 顯示模塊</b></p><p>　　電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有兩種：數(shù)碼管和LCD。數(shù)碼顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。數(shù)碼顯示器有LED(發(fā)光二極管)顯示器和LCD液晶顯示器兩種[12]。</p><p>　　點(diǎn)陣型字符液晶顯示器是專(zhuān)門(mén)用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號(hào)及少量自定義字符的顯示器。由于LCD具有超薄、功耗

96、低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)就得到了廣泛的應(yīng)用。字符型液晶顯示器模塊在國(guó)際上已經(jīng)規(guī)范化，內(nèi)核為較為常見(jiàn)的HD44780液晶顯示器。</p><p>　　LED顯示器工作在靜態(tài)顯示方式時(shí)，其陽(yáng)極(或其陰極)點(diǎn)連接在一起接地(或+5V)，每一個(gè)的段選線(a，b，c，d，e，f，g，dp)分別與一個(gè)8位口相連。LCD只能工作在靜態(tài)顯示方式，并要求加上專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片4056。</p><p&g

97、t;　　LED顯示器工作在動(dòng)態(tài)方式時(shí)，段選碼端口I/O1用來(lái)輸出顯示字符的段選碼，I/O2輸出位選碼。I/O1不斷送出等待顯示字符的段選碼，I/O2不斷送出不同的位掃描碼，并使每位顯示字符停留顯示一段時(shí)間，一般為1~5ms，利用眼睛的視覺(jué)慣性，從顯示器上便可以見(jiàn)到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)字顯示。</p><p>　　數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中使用相當(dāng)普遍的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)

98、光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽(yáng)極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯示從0到F中的任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管可以顯示一位，多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位，在顯示位數(shù)比較少的電路中，程序編寫(xiě)，外圍電路設(shè)計(jì)都十分簡(jiǎn)單。</p><p>　　同一時(shí)刻如果各位位選線都處于選通狀態(tài)，4位LED將顯示相同的字符。若要各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必

99、須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)，段選線上輸出對(duì)應(yīng)顯示位的字符字形碼。</p><p>　　4位LED輪流選通，由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，就可得到多位同時(shí)亮的效果。系統(tǒng)無(wú)需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器,可根據(jù)系統(tǒng)程序大小選擇片內(nèi)帶不同容量閃存的單片機(jī)。鍵盤(pán)顯示電路如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 鍵

100、盤(pán)顯示電路</p><p>　　鍵盤(pán)顯示仿真結(jié)果如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 鍵盤(pán)顯示電路仿真結(jié)果</p><p>　　鍵盤(pán)顯示模塊的流程圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 鍵盤(pán)顯示模塊的流程圖</p><p><b>　　4.7 鍵盤(pán)模塊</b></p&

101、gt;<p>　　本設(shè)計(jì)設(shè)置了四個(gè)小鍵盤(pán)，兩個(gè) 4-2 輸入與非門(mén)器組成，在按鍵按下的觸發(fā)那一瞬間，按鍵信號(hào)會(huì)產(chǎn)生瞬間顫拌的信號(hào)。這樣，有可能會(huì)造成單片程序進(jìn)行錯(cuò)而亂碼。為了消除瞬間顫拌信號(hào)。因此采用按鍵經(jīng)過(guò)雙非門(mén)處理后，得到一個(gè)穩(wěn)定按鍵信號(hào)在供給單片機(jī)查詢(xún)處理。按鍵盤(pán)的電路具體如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11 4×4鍵盤(pán)電路</p><p>&l

102、t;b>　　4.8 報(bào)警模塊</b></p><p>　　報(bào)警模塊的流程圖如圖4.12所示。</p><p>　　圖4.12 報(bào)警流程圖</p><p>　　報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 報(bào)警電路</p><p>　　當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時(shí)，單片機(jī)P1.0口會(huì)輸出一個(gè)高電

103、平，在經(jīng)過(guò)VT1三極管與電阻 R1、R2構(gòu)成的簡(jiǎn)易放大電路進(jìn)行信號(hào)放大后再送給蜂鳴器，推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警聲。</p><p>　　4.9 遠(yuǎn)程通信模塊</p><p>　　一般在干擾比較嚴(yán)重的地方和傳輸距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合下，RS-485通信協(xié)議具有比RS-232C更優(yōu)良的性能。實(shí)現(xiàn)RS-485通信接口比較方便，目前有多種RS-485收發(fā)器，其中比較典型的有DS96176、MAX481、MAX48

104、3、MAX485。</p><p>　　RS-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線，具體規(guī)格要求如下：</p><p>　　(1) 接收器的輸入電阻RIN大于等于12kΩ；</p><p>　　(2) 驅(qū)動(dòng)器能輸出±7V的共模電壓；</p><p>　　(3) 輸入端的電容小于等于50pF；</p>

105、;<p>　　(4) 在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，配置了120Ω的終端電阻的情況下，驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓1.5V(終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān))；</p><p>　　(5) 接收器的輸入靈敏度為200mV(即(V+)-(V-)≥0.2V，表示信號(hào)“0”；(V+)</p><p>　　-(V-)≤-0.2V，表示信號(hào)“1”)；</p><p>　　因?yàn)?/p>

106、RS-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)(32個(gè))以及傳輸線成本低的特性，使得EIA RS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　RS-485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是RS-422的變型，它屬于七層OSI(Open System Interconnection，開(kāi)放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)容易，RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其互連方式如圖4.14所示。

107、</p><p>　　圖4.14 RS-485互連方式圖</p><p>　　RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD將串行口的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)A、B兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號(hào)還原成TTL電平信號(hào)。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時(shí)，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果以10Kb

108、ps速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)傳輸距離可達(dá)12m，而用100Kbps時(shí)傳輸距離可達(dá)1.2km。如果降低波特率，傳輸距離還可進(jìn)一步提高。另外RS-485實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，最多可達(dá)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器，非常便于多器件的連接。不僅可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信，而且可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。</p><p>　　RS-485的驅(qū)動(dòng)接口部分通常由Maxim公司生產(chǎn)的MAX481/485/487/489以及MAX490/491系列差分平衡收發(fā)芯片組

109、成。每種芯片的芯片內(nèi)部都集成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)收發(fā)器，符合RS-422A、RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　應(yīng)用RS-485進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的電路圖如圖4.15所示。</p><p>　　圖4.15 遠(yuǎn)程通信模擬圖</p><p>　　4.10 KeilC與Proteus連接調(diào)試</p><p>　　4.10.1 Proteus簡(jiǎn)介&l

110、t;/p><p>　　Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：</p><p>　?、?實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)