冰箱測試系統(tǒng)設(shè)計

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計論文 冰箱測試系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 所 在 單 位： 電氣工程學(xué)院 答 辯 日 期： 年 月 日 36 摘 要 冰箱性能測試技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，能夠促進冰箱性能的改進，推動全行業(yè)技術(shù)的進步與繁榮，但我國冰箱測試系統(tǒng)還不完善，全面引進既需要人量的資金投入，也不符合國家長久利益，因此，有必要對自動化冰箱制冷性能測控系統(tǒng)進行研究，開發(fā)出一種運行能耗低、通用性強、

2、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理高效、顯示操作集中、人機界面友好、調(diào)試方便運行安全穩(wěn)定、造價便宜等特點的測試系統(tǒng)。 本文介紹了一種基于AT89C51單片機的冰箱測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用溫度傳感器DS18B20采集電冰箱冷藏室的溫度，并通過A\D轉(zhuǎn)換通過數(shù)碼管進行顯示，且可利用RS-485串行總線來進行擴展同時測量多臺冰箱的溫度。其中單片機是實時檢測和自動控制系統(tǒng)中心一個核心器件。本文通過利用單片機對冰箱測試系統(tǒng)進行改進，實現(xiàn)了冰箱的智能檢測，并且操作方便，運行穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞 ： 冰箱 ; 溫度檢測 ; 單片機 ; DS18B20

3、 Abstract The refrigerator performance testing technology continuous improvement and development, can promote the improvement of the performance of the refrigerator, and promote the industry technology progress and prosperity, but our country refrigerator test system is not perfect, overall

4、 introduction of the amount of people need to have both funds, and also do not conform to national interests for a long time, therefore, it is necessary to refrigerator automation control system of performance, developed a running low energy consumption, strong commonality, control the perfect funct

5、ion and data processing efficiency, show operation concentration, friendly man-machine interface, convenient debug operation safety stable, cost cheap and so on test system. This paper introduces a kind of based on AT89C51 refrigerator test system, this system using temperature sensor DS18B20 acqui

6、sition refrigerator temperature of cold, and through A \ D conversion through the digital tube that is available RS-485 serial bus to expand simultaneously measuring more the temperature of the refrigerator. Among them is the real-time detection and single chip microcomputer automatic control system

7、 center a core device. This article through the use of the monolithic integrated circuit to the refrigerator test system was improved, and realize the refrigerator intelligent detection, and convenient operation, stable performance. Keywords: refrigerators; Temperature detection; Single chip mi

8、crocomputer; DS18B20 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 發(fā)展概況 1 1.3 課題研究目的及意義 2 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 4 2.1 電冰箱簡介 4 2.1.1 冰箱主要電器零部件 4 2.1.2 冰箱工作原理 6 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 7 2.2.1 傳感器部分 7 2.2.2 主控制部分 8 2.2.3 系統(tǒng)方案 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 3.1 硬件結(jié)構(gòu) 10 3.2 AT89C5

9、1單片機芯片介紹 10 3.2.1 單片機主要特性 10 3.2.2 管腳說明 11 3.2.3 運算器 12 3.2.4 中斷系統(tǒng) 13 3.2.5 單片機最小系統(tǒng) 13 3.2.6 單片機應(yīng)用 14 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 14 3.3.1 TLC549的主要特點 14 3.3.2 TLC549芯片的工作原理 15 3.4 RS-485接口 16 3.4.1 RS-485簡介 16 3.4.2 RS-485接口標(biāo)準 16 3.4.3 RS-485節(jié)點數(shù) 16 3.4.4 RS-485通信方式 17 3.5 必備電路介紹 19 3.5.1 供電直流電源電路 19

10、 3.5.2 時鐘震蕩電路 19 3.5.3 復(fù)位電路 19 3.6 溫度檢測電路 19 3.6.1 溫度傳感器 20 3.6.2 運算放大電路 22 3.7 其他電路與器件簡介 22 3.7.1 鍵盤電路和顯示電路 22 3.7.2 存儲器 22 3.7.3 鍵盤/顯示器 22 3.7.4 執(zhí)行器 22 3.7.5 開關(guān)檢測 22 3.7.6 報警器 23 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 24 4.1 主程序 24 4.2 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示子程序 25 4.3 DS18B20程序 25 4.4 開啟延時程序 26 結(jié) 論 28 參 考 文 獻 29 致

11、謝 30 附 錄 31 主要C程序 31 （1）主函數(shù)如下 31 （2）DS18B20子程序 32 （3）延時程序 34 第一章 緒論 1.1 研究背景 冰箱的出現(xiàn)是人類近代生活的一個重大轉(zhuǎn)折，要知道在人們發(fā)明冰箱之前，保存肉類的唯一方法是腌制，而在夏季喝到冰鎮(zhèn)飲料更是一種奢望，而冰箱幫助人類走出了這種困境。 近年來隨著科技的進步和社會的發(fā)展，人們的生活水平有了很大提高，冰箱技術(shù)也從為家用儲藏食品服務(wù)為主要目的發(fā)展到前服務(wù)于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，從實驗室、辦公大樓、商場、交通到文化娛樂等場所，冰箱產(chǎn)品幾乎無處不在。同時在現(xiàn)代國防建設(shè)中，特殊試驗器具及材料的儲藏、

12、保溫等要求使冰箱在新軍事裝備的研究、開發(fā)、保存、運輸過程中成為不可缺少的裝置。目前，伴隨著現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟進一步發(fā)展，我國生產(chǎn)冰箱產(chǎn)品的數(shù)量和種類迅速增加，冰箱的生產(chǎn)廠家也隨之增多，為控制產(chǎn)品質(zhì)量、檢測產(chǎn)品性能，保證冰箱工業(yè)的良性發(fā)展，就需要對冰箱的性能進行科學(xué)的檢驗和衡量。而冰箱產(chǎn)品的測試技術(shù)和試驗裝置迅速發(fā)展也進一步促進了冰箱產(chǎn)品在性能、功能及產(chǎn)品水平方面的提高，并且為我國冰箱行業(yè)的整體發(fā)展起到巨人的推動作用。隨著冰箱行業(yè)的蓬勃發(fā)展，冰箱性能測試技術(shù)也在不斷進步和提高，和國際的差距也在逐步縮小。冰箱測試技術(shù)的發(fā)展已由最初的手工操作到了目前國外先進的全自動測試，全自動測試是應(yīng)用微型機對各個部

13、件進行自動控制。電冰箱測試的自動化，可以避免人為因素對測試系統(tǒng)穩(wěn)定性和測試結(jié)果的影響，使其檢測準確而迅速。但是在我國全自動測試系統(tǒng)還不完善，全面引進不但需要大量的資金投入，也不符合國家長久利益，所以有必要進行研究高效率、低成本、低能耗的冰箱自動測試系統(tǒng)，以大規(guī)模推廣和使用。 1.2 發(fā)展概況 上世紀60年代初期，為了滿足我國開發(fā)研制制冷壓縮機的需要，機械工業(yè)部通用機械研究所自行設(shè)計、建造了第一套符合我國標(biāo)準的制冷壓縮機性能試驗裝置，該裝置為我國中型制冷壓縮機的研制提供了大量的數(shù)據(jù)，同時也拉開了我國自行設(shè)計、建造冰箱性能試驗裝置的序幕。隨著家電不斷地深入人們的生活，人們對家用電器的期望和要求

14、也越來越高，同此，冰箱生產(chǎn)企業(yè)為了在殘酷的市場競爭中立丁不敗之地，競相提高產(chǎn)品質(zhì)量、研制開發(fā)新的產(chǎn)晶。其中對冰箱性能的監(jiān)控、質(zhì)量的檢測是他們的關(guān)鍵環(huán)：就這就為冰箱試驗裝置的發(fā)展提供了良機。冰箱行業(yè)的發(fā)展對冰箱性能試驗裝置測控系統(tǒng)的發(fā)展起了很大的推動作用，自動化儀表、傳感器技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展為冰箱性能試驗裝置測控系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件。六七十年代，我國冰箱行業(yè)逐漸發(fā)展，自行設(shè)計建造冰箱性能試驗裝置成為必要，但是當(dāng)時我國的冰箱技術(shù)水平與國外發(fā)達國家差距較大，產(chǎn)品種類少，試驗裝置幾乎全是人工讀數(shù)測量，手動調(diào)節(jié)工況方式。此時，溫度測量采用玻璃棒溫度計，電流、電壓、頻率、功率、功率系數(shù)等電量測量采用指

15、針表，由人工讀取數(shù)據(jù)， 由人工調(diào)了執(zhí)行機構(gòu)，測控系統(tǒng)技術(shù)處于人工手工階段糾訓(xùn)。 到了20世紀80年代中期，隨著我國改革開發(fā)，市場對冰箱產(chǎn)品提出了日益增多的需求和越來越高的功能要求，各類冰箱產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準也相繼頒布出臺，相應(yīng)的試驗技術(shù)和試驗裝置也被大多數(shù)企業(yè)所重視。為了進一步完善冰箱品的檢驗規(guī)范，提高產(chǎn)品性能質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)，一些企業(yè)投入資金建造了冰箱性能試驗裝置。哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)和廣州電器科學(xué)研究所自動化分所相繼研制出冰箱性能測試系統(tǒng)并推廣使用。這些試驗裝置人都采用了當(dāng)時國產(chǎn)的單元組合式儀表。自動化儀表初步被運用于冰箱性能試驗裝置測控系統(tǒng)中，這一階段的儀表主要以模擬儀表為主，控制規(guī)律靠硬

16、件完成，試驗參數(shù)以傳感器輔助人工讀數(shù)為主，數(shù)據(jù)處理還是采用人計算試驗結(jié)果，手寫試驗報告，繪制分析曲線。為縮短與國外先進水平的差距，提高我國冰箱產(chǎn)品的試驗檢測水平、效率和測試準確度，有些單位開始從國外引進較為先進的產(chǎn)品試驗技術(shù)和試驗裝置。這些試驗裝置的引進，對后來國內(nèi)測試技術(shù)、測控系統(tǒng)的改進的發(fā)展起劍了非常積極的推動作用。80年代后期開始，冰箱行業(yè)的發(fā)展開始加快，我國在加大自主開發(fā)新產(chǎn)品的同時，也開始與國外企業(yè)合作。我國的冰箱產(chǎn)品水平日益提高，品種增加，新標(biāo)準山臺，由于新標(biāo)準中的試驗方法人都等同采用國際先進標(biāo)準，依據(jù)新標(biāo)準，研究單位和企業(yè)相繼自行設(shè)計、建設(shè)了新的試驗裝置，新裝置的技術(shù)水平和制造水

17、平及測量儀表水平都達到了一個新高度。國內(nèi)不少企業(yè)從日本、美國等國家引進冰箱性能試驗裝置，新科技、新技術(shù)、新材料、改革開放推動了我國冰箱性能測試系統(tǒng)的發(fā)展和水平的提高。到了90年代，許多企業(yè)涉足冰箱行業(yè)，使得在市場競爭中，產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。冰箱性能試驗裝置的市場需求量開始增多，但試驗裝置落后的測控系統(tǒng)越來越不能適應(yīng)需要，當(dāng)時國外的試驗裝置大都采用了計算機數(shù)據(jù)采集處理等先進的技術(shù)和手段，引進國外的先進試驗裝置卻耗資巨人。 1.3 課題研究目的及意義 現(xiàn)今時代在家用電器領(lǐng)域中，對家電產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀造型、耐用性等方面的要求越來越高。冰箱冷柜除了上述要求外，還對制冷性能提出了高標(biāo)準的要求。制冷性能

18、主要包括儲藏溫度和耗電量兩方面，他們由GB805911~4家用制冷器具的推薦性國家標(biāo)準和GB1202112《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級》強制性國家標(biāo)準限制。 國內(nèi)大型冰箱制造企業(yè)由于采用較先進的生產(chǎn)線在線測試，冰箱在生產(chǎn)線上移動過程中完成測試。中小型制造企業(yè)由于其生產(chǎn)規(guī)模和資金限制，無法使用這種在線測試系統(tǒng)，而采用人工目測溫度計進行檢測，這種檢測方法不僅費時費力， 存在比較大的誤差，而且測試數(shù)據(jù)記錄凌亂，難以管理。因此，設(shè)計一個小型的冰箱自動檢測系統(tǒng)，可以對冰箱的制冷和耗電性能進行實時檢測和監(jiān)控，該檢測系統(tǒng)完全可以代替人工檢測，檢測結(jié)果比較準確，大大

19、提高了企業(yè)的自動化程度，有助于企業(yè)的管理，其成本也是中小型制冷設(shè)備制造企業(yè)可以接受的。 本課題研究目的是通過了解冰箱的制冷原理，利用計算機實現(xiàn)冰箱制冷性能測試自動化，事實告訴我們這項研究非常必要，不僅可以減小人工檢測帶來的人為檢測誤差，而且還大大降低了檢測時間與成本。 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 2.1 電冰箱簡介 2.1.1 冰箱主要電器零部件 一 壓縮及電動機 壓縮機是制冷系統(tǒng)的心臟，它在電動機的帶動下壓縮和輸送制冷劑蒸汽，使制冷循環(huán)得以實現(xiàn)。在電冰箱中多采用活塞式和旋轉(zhuǎn)式

20、壓縮機，一般為封閉式結(jié)構(gòu)。壓縮機的機械部分比較簡單，下面重點對壓縮機電動機進行介紹。壓縮機電動機一般采用單相異步電動機，輸出功率在1.5kw以上的全封閉式壓縮機組才使用三相異步電動機。壓縮機電動機的種類: (1) 單向電阻分相式異步電動機 電子主繞組與副繞組在空間相差90電角嵌放，副繞組與啟動繼電器相接。接通電源后，因副繞組線細、匝數(shù)又少，阻抗、感抗與主繞組不同，于是形成旋轉(zhuǎn)磁場，電動機啟動運行。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速達到75%左右的同步轉(zhuǎn)矩時，啟動繼電器切斷副繞組，這時只有主繞組參與運行。這種電動機啟動轉(zhuǎn)矩較小，啟動電流較大，適用功率為40W~130W。 (2) 單相電容啟動式異步電動機

21、這種電動機的結(jié)構(gòu)和功能與電阻分相式基本相同，只是在副繞組中串聯(lián)一啟動電容(45uF~100uF)。副繞組線細、匝數(shù)多，啟動容易。啟動完成后繼電器動作，切斷副繞組，只有主繞組參與運行。具有啟動轉(zhuǎn)矩較大，啟動電流較小的特點，適用功率40W~300W。 (3) 單相電容啟動電容運轉(zhuǎn)式異步電動機 這種電動機的結(jié)構(gòu)和功能與上述二種基本相同，不過電路中有兩只電容。電動機在啟動時，兩電容并聯(lián)，增大了啟動轉(zhuǎn)矩。啟動完成后，啟動繼電器將啟動電容切斷、運轉(zhuǎn)電容仍接于電路中。具有啟動轉(zhuǎn)矩較大，運行電流較小的特點，多用于日產(chǎn)冰箱。 二 啟動繼電器 在電冰箱這類小型制冷設(shè)備中，制冷壓縮機多采用單相分相式異步

22、電動機，啟動繼電器的作用是幫助電動機啟動，啟動完成后自動斷開副繞組，避免燒壞副繞組線圈。常用的啟動繼電器有以下幾種。 (1) 重錘式啟動繼電器 重錘式啟動繼電器是目前電冰箱中廣泛采用的啟動元件，主要有繼電器線圈、銜鐵、重錘、動觸點、靜觸點等組成。 工作原理如下：可由電冰箱的電器原理圖進行分析。在接通電源瞬間，電流經(jīng)溫控器、過載保護器，進入壓縮機主繞組，通電繼電器線圈形成回路，因此時電流較大，電磁力克服重錘重力而使副線圈接通，于是滿足了電動機旋轉(zhuǎn)磁場形成條件，電動機啟動運行。待電動機啟動完成后，因此時線路中電流趨向于正常值，這時電磁力不足以克服重錘重力，于是在重錘重力作用下，斷開觸點，這

23、時只有主繞組參與運行。 (2) PTC啟動器 PTC啟動器結(jié)構(gòu)與工作原理如下： PTC元件是具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，是一種鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷晶體。PTC在剛加上電壓時，溫度低、電阻小，呈現(xiàn)“低阻”狀態(tài)，此后PTC啟動繼電器由于自身發(fā)熱而升溫，在1s以內(nèi)溫度升高到居里點以上，電阻值急劇增大，呈現(xiàn)“高阻”狀態(tài)，電流大幅度減小，幾乎成為斷路。 溫控器接通時，電流通過壓縮機電動機主繞組，同時經(jīng)過PTC啟動器進入電動機副繞組，這時壓縮機啟動，因PTC啟動器自身發(fā)熱升溫，超過居里點，電阻值急劇增大，副繞組相當(dāng)于斷路只有主繞組參與運行。壓縮機停轉(zhuǎn)后PTC溫度下降，約3min~5min后，又可以重新

24、啟動。 因PTC啟動器無觸點、無噪音、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、受電壓波動影響小、與電動機匹配條件較寬松，因而有代替重錘啟動繼電器的趨勢。 PTC常溫電阻值可用萬用表測量，也可直接讀取。如松下330M355型啟動器，電阻值33Ω，耐壓355V；470N400型啟動器，電阻值47Ω，耐壓400V。東芝、日立壓縮機配用PTC電阻一般取22Ω，松下、三菱壓縮機取30Ω，國產(chǎn)上菱壓縮機取100Ω。 選用PTC時，可根據(jù)壓縮機功率特性，主要從常溫電阻、最大沖擊電流等考慮選擇合適的PTC元件型號 (3) 電容啟動器 電容啟動器是一種輔助啟動裝置，主要用于冷藏箱等制冷設(shè)備中。其作用是在增加啟動電流的前

25、提下，增加電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電源電壓低時，壓縮機電動機啟動困難，這時電動機電流增大，會導(dǎo)致過載保護器開路，甚至燒壞電動機繞組。在這種情況下，采用電容輔助啟動裝置，就可解決這一問題。 電容器的好壞的判別方法：測量前，先將電容器兩引線短接，使其放電。然后用萬用表兩表筆分別接電容器兩引線，正常情況下，萬用表兩指針由電阻大的方向向電阻小的方向偏移，然后再回偏。否則說明電容已損壞，應(yīng)按原容量、耐壓更換新件。 三 過載保護器 工作原理如下： 過載保護器一般有外接式和內(nèi)埋式兩大類。 (1) 外接式 外接過載保護器由雙金屬片，動觸點、靜觸點、電熱絲和外殼組成。一般串聯(lián)在主電路中使用。當(dāng)有較大

26、電流流過時，電熱絲發(fā)熱升溫，雙金屬片受熱彎曲，觸點斷開，切斷電源，以保護壓縮機電動機不被燒壞。當(dāng)電熱絲冷卻后，雙金屬片恢復(fù)原狀，又可接通電源。 (2) 內(nèi)埋式 內(nèi)埋式過熱保護繼電器一般用于功率較大的全封閉式壓縮機中，直接控制繞組溫度，使用中只要繞組溫度超出正常范圍，即可切斷電源。 四 化霜裝置 電冰箱的化霜方式主要有半自動化霜、全自動化霜、電子化霜和人工除霜。 (1) 半自動化霜 半自動化霜裝置是在普通壓力式溫控器基礎(chǔ)上，加裝化霜控制板、化霜彈簧、化霜按扭桿、化霜平衡彈簧和化霜溫度調(diào)節(jié)螺絲等組成。 (2) 全自動化霜 全自動化霜器是在半自動化霜器的基礎(chǔ)上增加了裝在蒸發(fā)器

27、上的雙金屬化霜溫控器和化霜保護熔斷器。 在化霜期間，因化霜定時器內(nèi)部電阻遠大于化霜加熱器內(nèi)阻，因而在加在化霜加熱器上的電壓很小(約10V)，產(chǎn)生的熱量較小。當(dāng)化霜定時器與壓縮機同步運轉(zhuǎn)到調(diào)定的化霜間隔時間(一般為8h)，化霜定時器斷開與壓縮機的通路，這時220V電壓幾乎全部加到化霜加熱器上，進行化霜。霜化完，蒸發(fā)器溫度上升到雙金屬溫控器跳開溫度時，觸頭動作，加熱器停止加熱，約2min后，內(nèi)部觸頭跳回壓縮機回路，進行下一周期制冷。如此循環(huán)，從而形成了對電冰箱化霜的全自動周期性控制。 五 電加熱器 電冰箱中使用的電加熱器主要包括除霜加熱器和排水加熱器，一般為加熱管。 電加熱器的工作狀態(tài)由

28、溫控開關(guān)控制，常見故障有電熱絲燒斷、絲間短路或絕緣損壞，檢查時可用萬用表測電阻以確定故障。若將選擇開關(guān)調(diào)至“熱”位置，仍不見有熱風(fēng)吹出，可能是電熱絲故障，電熱器出現(xiàn)故障時，一般應(yīng)更換新件。 2.1.2 冰箱工作原理 液體由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時，會吸收很多熱量，簡稱為“液體汽化吸熱”，冰箱就是利用了液體汽化的過程中需要吸熱的原理來制冷的。 蒸氣壓縮式電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖如圖1.1所示，主要由壓縮機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管、蒸發(fā)器等部件組成，其動力均來自壓縮機，干燥過濾器用來過濾贓物和干燥水分，毛細管用來節(jié)流降壓，熱交換器為冷凝器和蒸發(fā)器。制冷壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑，經(jīng)壓縮

29、后成為高溫高壓的過熱蒸氣，排入冷凝器中，向周圍的空氣散熱成為高壓過冷液體，高壓過冷液體經(jīng)干燥過濾器流入毛細管節(jié)流降壓，成為低溫低壓液體狀態(tài)，進入蒸發(fā)器中汽化，吸收周圍被冷卻物品的熱量，使溫度降低到所需值，汽化后的氣體制冷劑又被壓縮機吸入，至此，完成一個循環(huán)。壓縮機冷循環(huán)周而復(fù)始的運行，保證了制冷過程的連續(xù)性。 圖2-1 電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖 直冷式電冰箱的控制原理是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機的啟、停，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。冷凍室用于冷凍食品通常用于冷凍的溫度為－3C～－15C,冷藏室用于相對于冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，溫度一般為0

30、C～10C，當(dāng)測得冷冷凍室溫度高至－3C ~0C時或者是冷凍室溫度高至10C～13C是啟動壓縮機制冷，當(dāng)冷凍室溫度低于－15C～－18C或都冷藏室溫度低于0C～－3C時停止制冷，關(guān)斷壓縮機。采用單片機控制，可以使控制更為準確、靈活。 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測

31、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。 2.2.1 傳感器部分 方案一： 采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號,必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機,這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器,不能進行多點測量.即使能實現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程

32、度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。 方案二： 在多點測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接

33、與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大,且由于AT89C51可以帶多個DSB1820,因此可以非常容易實現(xiàn)多點測量.輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。 2.2.2 主控制部分 方案一： 此方案采用PC機實現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機交互友好。但是PC機輸出信號不能直接與DS

34、18B20通信。需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合，PC機的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！ 方案二： 此方案采用AT89C51八位單片機實現(xiàn)。單片機軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC機通信.運用主從分布式思想，由一臺上位機（PC微型計算機），下位機（單片機）多點溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng),實現(xiàn)遠程控制。另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)

35、及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 2.2.3 系統(tǒng)方案 綜上所述,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。 系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴展性較差的特點，運用分布式通訊的思想。設(shè)計一種可以用于大規(guī)模多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-485串行通訊的標(biāo)準，通過下位機（單片機）進行現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機模塊實時顯示，也可以送回上位機進行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴展性好，成本低的特點。 使用基于DS18B20的數(shù)字溫度傳感器，根據(jù)具體產(chǎn)品的檢測工藝，我們使用如下的方案。 整體的檢測方案如下： 圖2-2 冰箱制冷系統(tǒng)檢測模型 本文

36、也具體考慮溫度采集模塊的設(shè)計，使用方案：使用單片機和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。其具有下列特點：①具有高的測量精度和分辨率，測量范圍大；②抗干擾能力強，穩(wěn)定性好；③信號易于處理、傳送和自動控制；④便于動態(tài)及多路測量，讀數(shù)直觀；⑤安裝方便，維護簡單，工作可靠性高。單總線溫度傳感器可以采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20系列，這類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號，且多路溫度傳感器可以掛在1條總線上，共同占用單片機的1個I/O口即可實現(xiàn)。在提升單片機I/O口驅(qū)動能力的前提下，理論上可以任意擴充檢測的溫度點數(shù)。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)的硬件電

37、路由89C51單片機、A/D轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路、直流電源供電電路、鍵盤顯示電路、LED顯示電路、電壓檢測和報警電路等組成。 圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2 AT89C51單片機芯片介紹 AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 3.2.1 單片機主要特性 （1）4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲器； （2）時鐘頻率為0～33MHz；

38、（3）128字節(jié)片內(nèi)隨機讀寫存儲器（RAM）； （4）32個可編程輸入/輸出引腳； （5）2個16位定時/計數(shù)器； （6）5個中斷源，2級優(yōu)先級； （7）全雙工串行通信接口； （8）監(jiān)視定時器； （9）2個數(shù)據(jù)指針。 3.2.2 管腳說明 單片機引腳如下： 圖3-2 AT89C51 單片機引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為

39、原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或

40、16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 表3-1 P3口的特殊功能 口管腳 備選功能 P3.0 RXD 串

41、行輸入口 P3.1 TXD 串行輸出口 P3.2 /INT0 外部中斷0 P3.3 /INT1 外部中斷1 P3.4 T0 計時器0外部輸入 P3.5 T1 計時器1外部輸入 P3.6 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P3.7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 P3：口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，

42、此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 3.2.3 運算器 (1)算術(shù)／邏輯部件ALU：用以完成+、-、*、/ 的算術(shù)運算及布爾代數(shù)的邏輯運算，并通過運算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器PSW的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、十進制修正和出錯等提供依據(jù)。 (2)累加器A：在算術(shù)／邏輯運算中存放一個操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲器和I/O接口打交道時，進行

43、數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過A來完成。 (3)寄存器B：在 *、/ 運算中要使用寄存器B 。乘法時，B用來存放乘數(shù)以及積的高字節(jié)；除法時，B用來存放除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時，B可作通用寄存器使用。 (4)程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW：用來存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。 3.2.4 中斷系統(tǒng) 8051單片機的中斷系統(tǒng)簡單實用，其基本特點是：有5個固定的可屏蔽中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入中斷服務(wù)程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形成中斷嵌套；2個特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個中斷源的符號、名稱及

44、產(chǎn)生的條件如下: INT0：外部中斷0，由P3．2端口線引入，低電平或下跳沿引起。 INT1：外部中斷1，由P3．3端口線引入，低電平或下跳沿引起。 T0：定時器／計數(shù)器0中斷，由T0計滿回零引起。 T1：定時器／計數(shù)器l中斷，由T1計滿回零引起。 TI／RI：串行I／O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引起。 3.2.5 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖所示。 圖3-3 AT89C51 單片機最小系統(tǒng) 此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計算機的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給

45、。 單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。 單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。 AT89C51使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內(nèi)部帶有振

46、蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。 3.2.6 單片機應(yīng)用 (1)工業(yè)控制 單片機廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，無論是數(shù)據(jù)采集、過程控制、生產(chǎn)線上的機器人系統(tǒng)，都是用單片機作為控制器。自動化能使工業(yè)系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)、提高經(jīng)濟效益、改善產(chǎn)品質(zhì)量和減輕勞動強度。因此，單片機技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械、電子、石油、化工、紡織、食品等工業(yè)領(lǐng)域。 (2)智能化儀器儀表 在各種儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化、數(shù)字化、自動化，提高測試精度和準確度，結(jié)構(gòu)簡單，減少體積及重量，提高其性能價格比。例如：智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。 (3)

47、智能家電 家電產(chǎn)品智能化程度的進一步提高就需要有單片機的參與，例如“微電腦控制”的洗衣機、電冰箱、微波爐、空調(diào)機、電視機、音響設(shè)備等，這里的微電腦實際上就是“單片機”。 (4)信息與通信技術(shù) 圖形終端機、傳真機、復(fù)印機、調(diào)制解調(diào)器、聲響處理器、數(shù)字濾波器等。 3.3 A/D轉(zhuǎn)換器 現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)中需要測量和控制的參數(shù)往往都是連續(xù)變化的模擬信號，如溫度，壓力，流量，速度等。這些物理量和控制參數(shù)往往都是連續(xù)變化的電壓和電流，因此，必須將其變換成數(shù)字量（即需經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換），才能被數(shù)字計算機所識別。這些數(shù)字量在計算機內(nèi)經(jīng)過運算處理，可以得到一個數(shù)字形式的控制量，將這些控制量經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

48、，變成模擬電壓或電流信號，再送到執(zhí)行機構(gòu)去驅(qū)動相應(yīng)的設(shè)備動作，即可實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。 3.3.1 TLC549的主要特點 TLC549是采用IinCMOSTM技術(shù)并以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的8位串行A／D芯片，可與通用微處理器、控制器通過I／O CLOCK、CS、DATA OUT三條口線進行串行接口。TLC549具有4MHz的片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長為17μs，允許的最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為0．5LSB，典型功耗值為6 mW。TLC549采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍，由于其VREF-接地時，(VREF+)-

49、(VREF-)≥1 V，故可用于較小信號的采樣，此外，該芯片還單電源3～6v的供電范圍?？傊琓LC549具有控制口線少，時序簡單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價格便宜等特點。 TLC549的極限參數(shù)如下： ◇電源電壓：6．5 V： ◇輸入電壓范圍：0.3V～VCC：+o.3V： ◇輸出電壓范圍：0.3V～VCC：+0．3 V； ◇峰值輸入電流（任一輸人端）：10 mA； ◇峰值輸人電流(所有輸入端)：30mA ◇工作溫度：TLC549C：0℃～70~C ◇TLC549I：-40℃～85℃ ◇TLC549M．-55"C～125℃ 3.3.2 TLC549芯片的工作原理 T

50、LC549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與I／O CLOCK是獨立工作的，無需特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸DATA OUT端處于高阻狀態(tài)，此時I／O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLc549時，共用I／O CLOCK，以減少多路(片)A／D使用時的I／O控制端口。 一組通常的控制時序操作如下： (1)將Cs置低，內(nèi)部電路在測得CS下降沿后，在等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后，再確認這一變化，最后自動將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATAOUT端； (2)在前四個I／O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個位(D6，D5，D4

51、，D3)，片上采樣保持電路在第4個I／O CLOCK下降沿開始采樣模擬輔人： (3)接下來的3個I/O CLOCK周期的下降沿可移出第6、7、8(D2，D1，D0)各轉(zhuǎn)換位； (4)最后，片上采樣保持電路在第8個I／OCLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2，D1，D0）各轉(zhuǎn)換位。然后使保持功能持續(xù)4個內(nèi)部時鐘周期，接著開始進行32個內(nèi)部時鐘周期的A／D轉(zhuǎn)換。在第8個I／O CLCOK后,CS必須為高或I／O CLOCK保持低電平這種狀態(tài)需要維持36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時，I／O CLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器，控制器將與器件的I／

52、O時序失去同步；而在CS為高時若出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過程。在36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期結(jié)束之前，實施步驟(1)～(4)，可重新啟動一次新的A／D轉(zhuǎn)換，與此同時，正在進行的轉(zhuǎn)換將終止。但應(yīng)注意，此時的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時刻采樣模擬信號，則應(yīng)使第8個I／O CLOCK時鐘的下降沿與該時刻對應(yīng)。因為芯片雖在第4個I／O CLOCK時鐘的下降沿開始采樣，卻在第8個I／O CLOCK的下降沿才開始保存。 本系統(tǒng)以8位A／D轉(zhuǎn)換芯片TLC549為核心部件。它適臺完成單通道8位轉(zhuǎn)換，即比較適合在速度要求不高時，組成一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

53、TLC549芯片可以方便地與具有外圍串行接口(SPI)的單片機連接使用。按照TC549嚴格的時序，它在完成A/D轉(zhuǎn)換后，其串行輸出的A0～A7二進制數(shù)據(jù)可由時序控制，并串行輸出到申入并出的移位寄存器。將該寄存器的8位數(shù)據(jù)與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，即可完成效據(jù)傳遞。由此設(shè)計如下圖： 圖3-4 A/D轉(zhuǎn)換電路 3.4 RS-485接口 3.4.1 RS-485簡介 RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域?？捎糜赗S-485接口的芯片種類也越來越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個使用者面前的一個問題。RS-48

54、5接口在不同的使用場合，對芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。希望以下敘述對解決RS-485接口的某些常見問題有所幫助。 3.4.2 RS-485接口標(biāo)準 傳輸方式：差分 傳輸介質(zhì)：雙絞線 標(biāo)準節(jié)點數(shù)：32 最遠通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V；-7V 差分輸入范圍：-7V～+12V 接收器輸入靈敏度：200mV 接收器輸入阻抗：≥12kΩ 3.4.3 RS-485節(jié)點數(shù) 所謂節(jié)點數(shù)，即每個RS-485接口芯片的驅(qū)動器能驅(qū)動多少個標(biāo)準

55、RS-485負載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點的通信場合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計成1/2負載（≥24kΩ）、1/4負載（≥48kΩ）甚至1/8負載（≥96kΩ），相應(yīng)的節(jié)點數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節(jié)點數(shù)。 表3-2 常見芯片節(jié)點表 節(jié)點數(shù) 型號 32 SN75176，SNT5276，SN75179，SN75180，MAX485，MAX488，MAX490 64 SN75LBC184 128 MAX487，MAX1487 256 MAX1482，MAX1483，MAX308

56、0~MAX3089 3.4.4 RS-485通信方式 RS485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。 圖3-5 半雙工通信電路 圖3-6 全雙工通信電路 在電參數(shù)儀的設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集由單片機AT89C51負責(zé)，上位PC機主要負責(zé)通信（包括與單片機之間的串行通信和數(shù)據(jù)的遠程通信），以及數(shù)據(jù)處理等工作。在工作中，單片機需要定時向上位PC機傳送

57、大批量的采樣數(shù)據(jù)。通常，主控PC機和由單片機構(gòu)成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相距較遠，近則幾十米，遠則上百米，并且數(shù)據(jù)傳輸通道環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常有大容量的電器（如電動機，電焊機等）啟動或切斷。為了保證下位機的數(shù)據(jù)能高速及時、安全地傳送至上位PC機，單片機和PC機之間采用RS485協(xié)議的串行通信方式較為合理。 實際應(yīng)用中，由于大多數(shù)普通PC機只有常用的RS232串行通信口，而不具備RS485通信接口。因此，為了實現(xiàn)RS485協(xié)議的串行通信，必須在PC機側(cè)配置RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，或者購買適合PC機的RS485卡。這些附加設(shè)備的價格一般較貴，尤其是一些RS485卡具有自己獨特的驅(qū)動程序，上位PC機

58、的通信一般不能直接采用WINDOW95/98環(huán)境下有關(guān)串口的WIN32通信API函數(shù)，程序員還必須熟悉RS485卡的應(yīng)用函數(shù)。為了避開采用RS485通信協(xié)議的上述問題，我們決定自制RS485/RS232轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)單片機和PC機之間的通信。 單片機的通信信號首先通過光隔，然后經(jīng)過RS485接口芯片，將電平信號轉(zhuǎn)換成電流環(huán)信號。經(jīng)過長距離傳輸后，再通過另一個RS485接口芯片，將電流環(huán)信號轉(zhuǎn)換成電平信號。該電平信號再經(jīng)過光電隔離，最后由RS232接口芯片，將該電平信號轉(zhuǎn)換成與PC機RS232端口相兼容的RS232電平。由于整個傳輸通道的兩端均有光電隔離，故無論是PC機還是單片機都不會因數(shù)據(jù)傳輸

59、線上可能遭受到的高壓靜電等的干擾而出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象。 單片機側(cè)RS485接口電路如圖所示。 圖3-7 RS485接口電路 3.5 必備電路介紹 3.5.1 供電直流電源電路 圖3-8直流電源圖 89C51芯片的VCC、P3.4拐腳和復(fù)位電壓、A/D轉(zhuǎn)換器的VREF(+)都是為+5V供電電壓的輸入端，該電壓的獲得如上圖5-2所示。 整流濾波后得到的直流輸入電壓U1接在輸入端和公共端之間，在輸出端即可得到穩(wěn)定的輸出電壓U0。為了改善紋波電壓，常在輸入端接入電容C1，一般C1的電容為0.33uF。同時在輸出端接上電容C0，以改善負載的瞬時響應(yīng)，C0的電容一般為0.1uF。 3

60、.5.2 時鐘震蕩電路 該電路由89C51的XTAL1和XTAL2腳內(nèi)電路及外接的晶體和外接電容等組成。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩信號提供給微電腦電路作為時基信號。震蕩電路的震蕩頻率為6MHZ，由晶體震蕩頻率確定。 3.5.3 復(fù)位電路 89C51的RST腳為復(fù)位信號輸入端，低電平復(fù)位，在每次開機時進行復(fù)位，然后在+5V的高電平進入工作狀態(tài)。10uS電容用于使芯片在反復(fù)上電的情況下得到可靠復(fù)位。 3.6 溫度檢測電路 溫度檢測電路主要由溫度傳感器和運算放大器等組成如圖5-3所示： 圖3-9 溫度檢測電路 3.6.1 溫度傳感器 溫度傳感器是本系統(tǒng)不可或缺的元件，其性能的好壞直接

61、影響系統(tǒng)的性能，其主要用來接收冷藏室和冷凍室溫度信息及霜厚信息。冷藏室、冷凍室傳感器的電阻值隨電冰箱內(nèi)的溫度變化而變化，溫度越低，其阻值越大。通過溫度的變化，轉(zhuǎn)化成阻值的變化，引起電壓變化導(dǎo)致控制電路工作，分別控制壓縮機的開、停。 因此溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的高性能數(shù)字溫度傳感器DS18B20。 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源

62、方式產(chǎn)生;多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖3-10所示： 圖 3- 10 DS18B20的管腳排列圖 DQ： 為數(shù)字信號輸入／輸出端; GND：為電源地; VDD：為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地,見圖3-2）。 ROM中的64位序

63、列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同,這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 圖 3- 11 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 用12 位存貯溫度值，最高位為符號位。以下圖表為DS18B20的溫度存儲方式，負溫度S = 1，正溫度S = 0，如:0550H為+ 85℃，0191H為25.0625 ℃，F(xiàn)C90H為- 55℃。 23 22 21 20 21 22 23

64、 24 溫度值低字節(jié) LSB S S S S S 26 25 24 溫度值高字節(jié) MSB 高低溫報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個字節(jié)的EEPROM組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。其中配置寄存器的格式如下： 0 R1 R0 1 1 1 1 1 R1、R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0=00，9位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為93.75ms，R1R0=01，10位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為187.5ms，R1R0=10，11位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為375ms，R1R0=11，12位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為750ms；未編程時默認為12位精度。

65、 高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器。開始兩個字節(jié)包含被測溫度的數(shù)字量信息；第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時拷貝，每一次上電復(fù)位時被刷新；第6、7、8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。 DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。 3.6.2 運算放大電路 由比較器和運算放大器組成。用于將微弱的電壓進行放大。為了和ADC0809模擬輸入電壓0~5V相匹配，分壓電阻上所得的信號需要經(jīng)兩級LM324運算放大，前極接成射級跟隨器，主要是為了得到高輸入阻抗，后級才是為了完成差分放大。

66、 3.7其他電路與器件簡介 3.7.1 鍵盤電路和顯示電路 鍵盤電路和LED 顯示電路由串行口擴展5 片74LS164 實現(xiàn)。系統(tǒng)采用了2個功能鍵控制冷凍室、冷藏室，4個LED 數(shù)碼管用于顯示冷凍室、冷藏室溫度及壓縮機啟、停和故障等狀態(tài)。鍵盤工作原理也很簡單，89C51 通過RXD 端向鍵盤掃描移位寄存器74LSI64 逐位發(fā)送數(shù)據(jù)“0”，每次發(fā)送后即從T0 端讀入鍵盤信號，若讀得“0”表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入處理鍵功能程序。 3.7.2 存儲器 由8D鎖存器74LS373用于單片機P0口的地址低8位和數(shù)據(jù)分割。 3.7.3 鍵盤/顯示器 本系統(tǒng)采用串行口擴展鍵盤和顯示器。單片機RXD和TXD分別提供串行輸出數(shù)據(jù)和移位脈沖。89C51送出的8位串行數(shù)據(jù)經(jīng)74LS164變成并行數(shù)據(jù)，并作為鍵盤的列掃描信號。顯示部分采用LED數(shù)碼管顯示。他們可設(shè)置或顯示有關(guān)溫度、時間和狀態(tài)。 3.7.4 執(zhí)行器 本系統(tǒng)包括壓縮機電動機、除霜電熱絲。89C51產(chǎn)生的控制信號經(jīng)P1.7、P1.3、P1.4腳輸出，并在74LS273中鎖存。輸出在經(jīng)達林頓型驅(qū)動