智能電熱毯的設(shè)計(jì)論文

1、哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的智能電熱毯的設(shè)計(jì) 院、 系： 榮成學(xué)院 電氣工程系 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 2014 年 6 月 10 日基于單片機(jī)的智能電熱毯的控制摘 要電熱毯控制器從八十年代初控制器只設(shè)開、關(guān)兩檔、不能調(diào)溫，到80年代中期控制器設(shè)高、底、關(guān)三檔，具有簡(jiǎn)單調(diào)溫功能，90年代研制生產(chǎn)出無級(jí)調(diào)溫、自動(dòng)控溫的電熱毯；目前正向國(guó)際先進(jìn)的定時(shí)調(diào)溫、電腦程序控溫和自動(dòng)恒溫方向發(fā)展。因此要使恒溫電熱毯控制器真正走人千家萬戶，非常有必要設(shè)計(jì)一個(gè)好的溫度控制和控制器對(duì)其控制，滿足大眾對(duì)其在安全、舒適、操作方便等方面的要求。

2、本設(shè)計(jì)為一個(gè)基于51單片機(jī)控制，可以顯示設(shè)定溫度、加熱時(shí)間及實(shí)際溫度的恒溫電熱毯控制器。本設(shè)計(jì)中選用了AT89C51由于采用小引腳封裝所以價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)。本設(shè)計(jì)采用DS18B20做溫度傳感器。溫度范圍控制在1050范圍內(nèi)，將傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)由單片機(jī)后控制顯示部分及溫度控制部分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電熱毯的恒溫控制及室溫顯示。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，本人按照系統(tǒng)的功能劃分子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。本論文的結(jié)構(gòu)安排也是按照這樣的流程進(jìn)行的。關(guān)鍵詞 AT89C51；DS18B20；恒溫電熱毯控制器27Based on single chip microcomputer control of inte

3、lligent electric blanketAbstractElectric blanket controller from the early eighty s controller set, only two files, not temperature adjustment, By the end of the mid - 80 - s controller set high, and close three gears, with simple temperature adjustment function, In the 90 s, the development and pro

4、duction of stepless temperature control, automatic temperature control of electric blanket；Is the timing of the international advanced thermal control, computer program control moderate automatic constant temperature direction. So will make temperature electric blanket really leave home controller,

5、is very necessary to design a good temperature control and controller to control, meet the public in the safe, comfortable, convenient operation, etc. This design is based on 51 single chip microcomputer control, Can display the set temperature, heating time and the actual temperature of constant te

6、mperature electric blanket controller. This design uses AT89C51 as the traditional operas foot encapsulation so price only with cheap single chip microcomputer. This design USES DS18B20 temperature is sensor. Temperature is controled in the range of 10 to 50 . The analog input voltage values into th

7、e corresponding temperature control of electric blanket constant temperature and room temperature display. In the whole design, I according to the system functional division of the subsystem structure, planning and design of system. The structure arrangement of this paper is according to this proces

8、s.Keywords AT89C51; DS18B20; Blanket controller of temperature controller目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 設(shè)計(jì)的背景及設(shè)計(jì)的意義11.2 電熱毯的發(fā)展11.3 本文主要研究?jī)?nèi)容3第2章 設(shè)計(jì)方案42.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案42.2 系統(tǒng)功能模塊方案選擇52.2.1 單片機(jī)的選擇52.2.2 顯示電路的選擇62.2.3 鍵盤電路的選擇72.2.4 溫度采集電路的選擇72.2.5 溫度控制電路的選擇82.3 本章小結(jié)9第3章 硬件設(shè)計(jì)103.1 單片機(jī)模塊103.2 電源電路113.3 顯示電路123.4

9、 報(bào)警電路133.5 按鍵電路143.6 溫度采集電路153.7 溫度控制電路163.8 本章小結(jié)17第4章 軟件設(shè)計(jì)184.1 系統(tǒng)軟件功能分析184.2 主程序的設(shè)計(jì)184.3 子程序設(shè)計(jì)194.3.1 顯示模塊的設(shè)計(jì)194.3.2 按鍵描模塊的設(shè)計(jì)214.3.3 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)234.4 本章小結(jié)23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)26附錄27第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)的背景及設(shè)計(jì)的意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類對(duì)科技產(chǎn)品的要求已不僅僅是停留在功能性滿足的層次上了。電熱毯的發(fā)展趨勢(shì)逐漸轉(zhuǎn)移到安全、可靠、舒適、耐用、易操作、差異化定制等人性化的角度上來，溫度控制器作為最基本也是最具有改良潛力的部件

10、，越來越受到電熱毯生產(chǎn)企業(yè)的重視。早期的溫度控制器多使用模擬元件，從只有開、關(guān)兩檔、不能調(diào)溫，到后來能由控制器設(shè)置高、低、關(guān)三檔，具有簡(jiǎn)單調(diào)溫功能。十幾年的時(shí)間內(nèi)，控溫器的結(jié)構(gòu)越來越精簡(jiǎn)，功能也越來越強(qiáng)大，但仍舊存在一些不足之處。如果電熱毯一直加熱到天亮，則容易造成被窩溫度過高，使人身體不適甚至生病，如果睡前即關(guān)閉電熱毯，則半夜由于氣溫下降使人凍醒，不僅影響睡眠，而且容易感冒，由于不能控制溫度，如果電熱毯一直通電它就會(huì)持續(xù)加熱，導(dǎo)致溫度過高而引起火災(zāi)或燙傷。本作品針對(duì)這一實(shí)際情況而設(shè)計(jì)。本作品采電單片機(jī)作為控制中心，不斷監(jiān)測(cè)床上的溫度，自動(dòng)關(guān)閉或啟動(dòng)電熱毯的工作，使被窩溫度保持在人的最佳睡眠溫

11、度。并利用單片機(jī)作為控制中心，控制即時(shí)準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)方便，可因人而異實(shí)現(xiàn)個(gè)性調(diào)整。另外，增加了電子時(shí)鐘功能，功能較強(qiáng)。當(dāng)溫度低于溫度控制范圍下限時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)電熱毯加熱，而超出上限時(shí)及時(shí)停止加熱，誤差不得大于1；利用單片機(jī)程序控制系統(tǒng)運(yùn)行，工作安全可靠。采用DS18B20傳感器，對(duì)被窩溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，工作電壓5V，安全可靠。采用單片機(jī)智能化控制，利用傳感器實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)控制大信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。1.2 電熱毯的發(fā)展自從1912年美國(guó)人Sidney I.Russell發(fā)明第一條電熱毯以來，電熱毯因其簡(jiǎn)單、價(jià)廉、實(shí)用、省電等優(yōu)點(diǎn)逐漸為廣大消費(fèi)者所青睞，成為冬季供暖的常用電器之一。雖然電熱毯工作只是

12、基于阻性材料上電發(fā)熱的原理，但是其制造及應(yīng)用所涉及的技術(shù)領(lǐng)域卻涵蓋了諸多方面。在一百多年的歷程里，電熱毯技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)主要階段；20世紀(jì)30年代末，第一條肢體覆蓋型保溫毯?jiǎn)柺馈?0世紀(jì)50年代末，英國(guó)首先將塑料絕緣材料引入電熱毯。1960年，英國(guó)發(fā)明單股螺旋發(fā)熱線。1962年，有過熱熔斷保護(hù)作用的、雙層包覆的發(fā)熱線(在兩根螺旋繞制的電阻絲間隔有一層熱敏塑料)在英國(guó)上市，德、日、韓等國(guó)也先后效仿。20世紀(jì)80年代后，各國(guó)對(duì)過熱熔斷保護(hù)繼續(xù)改進(jìn)，控溫保護(hù)的概念開始流行。首先引入的是溫度負(fù)反饋裝置，而后又對(duì)加熱線做進(jìn)一步改進(jìn)，增加了溫度傳感功能。目前，我國(guó)取得電熱毯產(chǎn)品生產(chǎn)許可證廠家有20

13、0多家，年生產(chǎn)量5000萬床左右。近年來，我國(guó)電熱毯產(chǎn)、銷量遞增幅度大，2009-2011年全國(guó)平均每年遞增率為32%；可見電熱毯的產(chǎn)銷在我國(guó)具有旺盛的生命力。目前，具有一定生產(chǎn)規(guī)模的電熱毯企業(yè)有20多家，不少企業(yè)通過生產(chǎn)線的引進(jìn)和進(jìn)行技術(shù)改造，使產(chǎn)量由較大幅度的增長(zhǎng)，質(zhì)量和品種亦相應(yīng)得到了提高和發(fā)展。一般電熱毯有不帶信號(hào)線型及帶信號(hào)線型，不帶信號(hào)線型用于普通型電熱毯。使用的電熱合金絲有直線狀的，但更多的是呈螺旋狀纏繞在耐熱芯線上，外面涂覆一層耐熱樹脂。帶信號(hào)線型用于調(diào)溫型電熱毯中。線芯用玻璃纖維或滌綸絲編成，上面纏繞著柔韌可撓的電熱合金絲（或箔帶），外面包覆一層尼龍感熱層或特種塑料感熱層，再

14、將一種銅合金信號(hào)線繞在感熱層外，最外面涂覆一層耐熱樹脂。當(dāng)電熱毯上任一點(diǎn)處的溫度超過預(yù)定值時(shí)，該處相應(yīng)的電熱絲上的感熱層即由絕緣體變?yōu)榱紝?dǎo)體，使控制電路接通，電熱毯斷電，達(dá)到控溫和安全防護(hù)的目的。采用不帶信號(hào)線型電熱元件的普通型電熱毯，如要實(shí)現(xiàn)控溫，一般設(shè)有兩類控溫元件：一類是過熱安全恒溫器，每床電熱毯約需89個(gè)，串聯(lián)在電熱元件上，起安全防護(hù)作用；另一類是恒溫器控制器，設(shè)在床頭或手邊，起調(diào)節(jié)溫度的作用。采用帶有信號(hào)線的電熱元件的電熱毯僅需恒溫控制器。電熱毯一般由電熱線、毯體、電路控制三部分組成。其產(chǎn)生熱量的大小和安全性能的優(yōu)劣主要取決于電熱線和接頭。電熱線：時(shí)有電熱絲和外敷的絕緣層組成。常用的

15、電熱絲有鎳鉻合金絲，鐵鉻鋁合金絲、康銅絲、銅絲等。電熱絲的卷繞方式有直線型和螺旋形兩種。目前流行的電熱絲是鎳鉻合金絲，電熱線的形態(tài)是螺旋型。絕緣形式采用雙重絕緣。電熱毯的毯體底料上的布置為波紋迂回方式。接頭：對(duì)于電熱毯，最關(guān)鍵的工藝師是電源線的鏈接密封問題，接頭的好壞對(duì)產(chǎn)品的性能、壽命、安全可靠性有著關(guān)鍵性的影響。若接頭不好出現(xiàn)松脫、不能密封或在使用中發(fā)生電源引線脫落等情況，極易引發(fā)火災(zāi)或者造成觸電事故。電熱毯目前主要是利用發(fā)熱元件來進(jìn)行工作的，而發(fā)熱部件的主要功能是將電能轉(zhuǎn)換為熱能。電熱毯的電源是經(jīng)開關(guān)和保險(xiǎn)絲與電熱線直接相連接的。使用時(shí)，插上電源插頭，閉合電源開關(guān)，電熱絲加熱升溫，其溫度的

16、調(diào)節(jié)只能靠開關(guān)和插拔電源插頭來完成，而現(xiàn)在有很多的電熱毯所采用的發(fā)熱元件是熱敏電阻。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。其常用的半導(dǎo)體材料有鐵鎳錳鈷鉬鈦鎂銅等的氧化物或其他氧化物。熱敏電阻具有靈敏度高，電阻溫度系數(shù)比金屬大，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，機(jī)械性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容一般電熱毯有高溫、低溫兩檔。使用時(shí)，撥在高溫檔，入睡后被熱醒；撥在低溫檔，有時(shí)醒來會(huì)覺得溫度不夠。隨著人們對(duì)電熱毯這種取暖設(shè)備的需求的增多，人們對(duì)于電熱毯的安全要求及方便程度的需求也不斷提高，智能溫控電熱毯的設(shè)計(jì)對(duì)人們的需求有很大的幫助。有利于解決電熱毯的安全隱患及提供

17、更舒適的溫度。 本文主要針對(duì)智能溫控電熱毯的硬件及軟件的設(shè)計(jì)展開，在基本的電熱毯的基本取暖功能的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)控溫的功能，進(jìn)一步保證安全。首先要選擇合適的溫度傳感器，可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求對(duì)電熱毯周圍的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并有溫控開關(guān)。根據(jù)傳感器感應(yīng)的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制電熱毯的加熱?；趩纹瑱C(jī)編寫軟件控制程序，實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。以確保在人離開時(shí)或睡眠時(shí)電熱毯不會(huì)因?yàn)檫^高溫度而引發(fā)危害，也可以保證睡眠時(shí)的溫度不會(huì)過高或過低，保證舒適的睡眠。 第2章 設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案通電后，用戶通過按鍵設(shè)定定時(shí)時(shí)間

18、和需加熱到的溫度，默認(rèn)先輸入的為加熱的時(shí)間。溫度傳感器采集當(dāng)前溫度的信號(hào)，信號(hào)再送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出控制指令控制繼電器的通斷，根據(jù)繼電器的通斷來控制電阻絲的加熱，使溫度達(dá)到用戶設(shè)定值上，且誤差不超過1。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行報(bào)警并且電熱毯自動(dòng)停止加熱直至溫度低于設(shè)定值。系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量及加熱控制系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心部件，外加溫度采集電路、鍵盤及顯示電路、加熱控制電路和越限報(bào)警等電路。采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器DS18B20，測(cè)溫后由I/O接口讀入CPU，CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)，一方面送LED數(shù)碼管顯示；另一方面與檢測(cè)

19、開關(guān)設(shè)定的溫度控制值進(jìn)行比較，并判斷是否超限，將比較結(jié)果返回單片機(jī)，現(xiàn)在采用電阻絲加熱，從而進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)，以保持恒定的溫度1。溫度傳感器單片機(jī)系統(tǒng)報(bào)警電路繼電器觸發(fā)電路顯示電路鍵盤電路電熱絲圖2-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2 系統(tǒng)功能模塊方案選擇2.2.1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的種類繁多，Intel公司的MCS-51 8位單片機(jī)系列、MCS-96 16位單片機(jī)系列；Atmel的AT89、AVR系列；Philips的P89V51、LPC700/900 8位單片機(jī)系列、LPC2000 16/32系列；Motorola公司的MC68HC908 8位單片機(jī)系列、DSP型16位單片機(jī)。方案一：選擇8031

20、單片機(jī)8031單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機(jī)基本一樣。采用40個(gè)引腳的8031芯片。該芯片有4個(gè)8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3，128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但沒片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，需擴(kuò)展，價(jià)格便宜。方案二：選擇P89V51RD2單片機(jī)采用有40個(gè)I/O口的P89V51RD2。P89V51RD2是Philips公司新推出的一款功能非常強(qiáng)大的微處理器。P89V51RD2采用51內(nèi)核，內(nèi)部集成了64kB Flash ROM和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，5V工作電壓，操作頻率為040MHz，并且支持12時(shí)鐘(默認(rèn))或6

21、時(shí)鐘模式(每個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)時(shí)鐘)，選擇6時(shí)鐘模式時(shí)可在相同時(shí)鐘頻率下獲得2倍的吞吐量，同時(shí)，另一個(gè)好處在于，可以在保證處理速度不變的情況下，將時(shí)鐘頻率減半，這樣可以極大地降低系統(tǒng)的EMI 。P89V51RD2還集成了SPI(串行外圍接口)，增強(qiáng)型UART，PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)，具有PWM和捕獲比較功能，尤其是P89V51RD2支持在系統(tǒng)軟件調(diào)試和在系統(tǒng)編程的功能，這使得我們?cè)谟闷溟_發(fā)產(chǎn)品時(shí)可以完全拋開仿真器和編程器，進(jìn)而大大減少了產(chǎn)品開發(fā)的成本和時(shí)間。對(duì)于恒溫箱這一控制對(duì)象來說，芯片的性能比8031和8051等單片機(jī)要優(yōu)越的多，其劣勢(shì)在于價(jià)格較貴2。方案三：選擇AT89C51單片機(jī)A

22、T89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMb-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用Atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，Atmel的AT89C51是一種高效微控制器。此外AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)

23、器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。考慮到本設(shè)計(jì)需要單片機(jī)的控制更加安全可靠，AT89C51單片機(jī)恰好滿足設(shè)計(jì)需要，所以選擇AT89C51單片機(jī)。2.2.2 顯示電路的選擇本設(shè)計(jì)中的顯示模塊在初始進(jìn)行時(shí)間及溫度設(shè)定時(shí)先顯示時(shí)間后顯示溫度；在使用過程中，主要顯示電熱毯的溫度。在單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示電路有LED顯示、LCD顯示。方案一：選擇LED顯示采用七段碼顯示時(shí)，數(shù)碼管中的每一段相當(dāng)于一個(gè)發(fā)光二極管。對(duì)于共陽極的數(shù)碼管，內(nèi)部每個(gè)發(fā)光二極管的陽極被連在一起，成為該各段的公共選通線，發(fā)光二極管的陰極則成為段選線。

24、對(duì)于共陰極數(shù)碼管，則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式是不同的。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陽極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接高電平，該段的段選線接低電平。從而該段被點(diǎn)亮。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陰極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接低電平，該段的段選線接高電平，該段被點(diǎn)亮。方案二：選擇LCD顯示C系列LCD顯示可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。提供三種控制接口，分別是8位微處理器接口，4位微處理器接口及串行接口(OCMJ4X16A/B無串行接口)。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個(gè)芯片里面，只要一個(gè)最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模

25、塊。內(nèi)置2M-位中文字型ROM (CGROM) 總共提供8192 個(gè)中文字型(16x16點(diǎn)陣)，16K位半寬字型ROM(HCGROM) 總共提供126 個(gè)符號(hào)字型(16x8點(diǎn)陣)，64x16-位字型產(chǎn)生RAM (CGRAM)，另外繪圖顯示畫面提供一個(gè)64x256點(diǎn)的繪圖區(qū)域（GDRAM），可以和文字畫面混和顯示。提供多功能指令：畫面清除（Display clear）、光標(biāo)歸位(Return home)、顯示打開/關(guān)閉(Display on/off)、光標(biāo)顯示/隱藏(Cursor on/off)、顯示字符閃爍(Display character blink)、光標(biāo)移位(Cursor shift)

26、、顯示移位(Displayshift)、垂直畫面卷動(dòng)(Vertical line scroll)、反白顯示(By_line reverse display)、待命模式(Standby mode)。為了較方便的顯示LED，本系統(tǒng)采用了直接三極管驅(qū)動(dòng)LED，然后再接到單片機(jī)上去，這大大的降低了成本，也節(jié)省了元器件。它還具有可用程序來實(shí)現(xiàn)多種功能、通用性強(qiáng)、使用靈活的特點(diǎn)。如果使用LCD顯示在經(jīng)濟(jì)上不能降低成本，編程也比較繁瑣，反而顯得不合理。故選擇用LED作為顯示電路。2.2.3 鍵盤電路的選擇本設(shè)計(jì)中要通過鍵盤進(jìn)行設(shè)定溫度及時(shí)間的加減。一般鍵盤電路有兩種：獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。方案一：選擇獨(dú)立

27、式鍵盤 獨(dú)立式鍵盤中，各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。獨(dú)立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，輸入口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得很繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。方案二：選擇矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到VCC上。平時(shí)無按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于低電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，列線電平為低，行線電平為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣式是否被按下的關(guān)鍵

28、所在。因此，各按鍵彼此將相互影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來并作適合的處理，才能確定閉合鍵的位置。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。由于本系統(tǒng)只有兩個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都有第二功能，故選擇獨(dú)立式鍵盤。2.2.4 溫度采集電路的選擇由于要對(duì)電熱毯的溫度進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)進(jìn)行比較后再發(fā)出相應(yīng)的指令，此時(shí)需要溫度傳感器作為測(cè)量原件對(duì)電熱毯的溫度進(jìn)行檢測(cè)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱敏電阻和熱電偶。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與

29、物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。方案一：選擇熱電偶傳感器熱電偶作為測(cè)溫原件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、較高的精準(zhǔn)度、測(cè)量范圍寬、具有良好的敏感度等優(yōu)點(diǎn)，在溫度測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛。熱敏電阻是用一種半導(dǎo)體材料制成的敏感原件，其特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化，具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制中。方案二：選擇熱電阻傳感器熱電阻在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于測(cè)量-200+500范圍的溫度，隨著科技的發(fā)展熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量范圍低溫端可達(dá)-272.5左右，高溫端可測(cè)到1000。熱電阻溫度傳感器的特點(diǎn)是精度高，適宜測(cè)低溫。在

30、560以下的溫度測(cè)量中，它的輸出信號(hào)比熱電偶容易測(cè)量。電熱毯的溫度一般在室溫250范圍內(nèi)，范圍比較窄，也比較低，對(duì)精度的要求也比較低，綜合考慮熱電阻、熱電偶和熱敏電阻的特點(diǎn)，選用熱電阻比較好。另外，熱電阻又有鉑電阻、銅電阻、鐵電阻和鎳電阻等，各有其特點(diǎn)，由于鉑電阻穩(wěn)定性好，性能可靠，所以本設(shè)計(jì)選用了常用的鉑電阻Pt100作為溫度傳感器。方案三：選擇 DS18B20作為傳感器DS18B20主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通

31、訊；DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5；可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干

32、擾糾錯(cuò)能力；負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作3。由于本設(shè)計(jì)的控制溫度范圍在2535， DS18B20傳感器為數(shù)字式傳感器，不需要A/D轉(zhuǎn)換，信號(hào)采集傳遞都比較方便，所以采用方案三。2.2.5 溫度控制電路的選擇在使用電熱毯時(shí)人們對(duì)于溫度有不同的需求，因此就要求可以對(duì)溫度進(jìn)行靈活的控制，控制電熱毯是否加熱及需要達(dá)到的溫度，在低于設(shè)定值時(shí)接通電源進(jìn)行加熱，高于設(shè)定值時(shí)則自動(dòng)停止加熱。方案一：選擇晶閘管控制當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通；當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失

33、去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通；若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值一下。方案二：選擇繼電器控制控制繼電器是一種自動(dòng)電器，它適用于接通和分?jǐn)嘟?、直流小容量控制電路，并在電力?qū)動(dòng)系統(tǒng)中供控制、保護(hù)及信號(hào)轉(zhuǎn)換用?？刂评^電器的輸入量通常是電流、電壓等電量，也可以是溫度、壓力、速度等非電量，輸出量則是觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)發(fā)出的電信號(hào)或輸出電路的參數(shù)變化?？刂评^電器的特點(diǎn)是當(dāng)其輸入量的變化達(dá)到一定程序時(shí)，輸出量才會(huì)發(fā)生階躍性的變化。根據(jù)它們的特性和用途，還有本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，繼電器方便控制，實(shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)采用繼電器控制。2.3

34、 本章小結(jié)本章主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇以及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)采用AT89C51型號(hào)的單片機(jī)；為了降低成本節(jié)省元器件它還具有可用程序來實(shí)現(xiàn)多種功能、通用性強(qiáng)、使用靈活的特點(diǎn)所以本系統(tǒng)采用了直接三極管驅(qū)動(dòng)LED；鍵盤電路選用獨(dú)立式鍵盤電路；DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)所以應(yīng)用DS18B20溫度傳感器；對(duì)于溫度控制電路要求要控制方便為此選用繼電器控制。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)模塊單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心，溫度傳感器將檢測(cè)到的數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行比較并發(fā)出相應(yīng)的控制指令，單片機(jī)控制著繼電開關(guān)的通斷、顯

35、示部分顯示的內(nèi)容等，單片機(jī)起著主要的控制作用。最小系統(tǒng)主要由晶振電路和復(fù)位電路組成，圖3-1是傳統(tǒng)AT89C51的最小系統(tǒng)電路。在電路設(shè)計(jì)中，要注意以下幾點(diǎn)：VSS是電源，必須保證穩(wěn)定可靠；管腳不可懸空，必須連到VSS，或者通過上拉電阻接到VSS；復(fù)位電路采用傳統(tǒng)的RC復(fù)位，并多帶一個(gè)復(fù)位按鍵，以方便操作；晶振的頻點(diǎn)不是任意的，這里使用12MHz；AT89C51單片機(jī)是最新的一種低功耗、高性能內(nèi)含字節(jié)閃電存儲(chǔ)器的位微控制器,其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)不易揮發(fā),編程擦除速度快,它的主要特點(diǎn)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器為電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不包括專用寄存器,外部數(shù)據(jù)存

36、儲(chǔ)器尋址空間,外部程序存儲(chǔ)器尋址空間有三個(gè)位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器可利用兩根口線作為全雙工的串行口, 有四種工作方式,可通過編程選定內(nèi)部中開辟了四個(gè)通用工作寄存器區(qū),共個(gè)通用寄存器,以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的情況內(nèi)部有個(gè)中斷源,分為二個(gè)優(yōu)先級(jí),每個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)是可編程的堆棧位置是可編程的,采用時(shí),的狀態(tài)周期為一有個(gè)中斷源兩個(gè)外部中斷和,三個(gè)定時(shí)中斷定時(shí)器、和一個(gè)串行中斷。每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。還包括一個(gè)中斷允許總控制位,它能一次禁止所有中斷。定時(shí)器可以被寄存器中的和的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后,這些標(biāo)志位都可以由硬件清除4。復(fù)位電

37、路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時(shí)才能撤消復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度晶體呈感性。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體 。在應(yīng)用時(shí)為了保證正常起振，振蕩器的位置要最接近單片機(jī)，且連線要最短。如圖3-1AT89C51單

38、片機(jī)最小系統(tǒng)所示，外部振蕩器電容C1和C2，用于振蕩頻率微調(diào)或振蕩器匹配，并可用于調(diào)整起振時(shí)間，復(fù)位電路由C3和S1組成，為了防止抖動(dòng)現(xiàn)象5。圖3-1 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 電源電路單片機(jī)的工作電壓為5V，所以要將220V的家用電壓變?yōu)?V才能使單片機(jī)正常工作。該設(shè)計(jì)輸入家用220V交流電，經(jīng)過全橋整流，穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5v，直流電最大輸出電流為1A，電路能帶動(dòng)一定的負(fù)載。如圖3-2電源電路所示，變壓器輸入端經(jīng)過一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。 變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得

39、到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源。 變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，再在這里接一個(gè)三端穩(wěn)壓器的元件。 三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時(shí)可簡(jiǎn)單的認(rèn)為這是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻的元件，當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動(dòng)變小，而當(dāng)負(fù)載電流變小時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會(huì)自動(dòng)變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變6。 圖3-2電源電路3.3 顯示電路由于需要設(shè)定溫度及時(shí)間，所以需要顯示電路來顯示，以便更加方便準(zhǔn)確的控制溫度，更好的達(dá)到恒溫的效果；因此，顯示電路要能在初始階段顯示設(shè)定的溫度及時(shí)間，在工作階段準(zhǔn)確的顯示實(shí)時(shí)測(cè)定

40、的溫度。LED數(shù)碼管顯示有所用數(shù)碼管是共陰管、還是共陽管，由數(shù)碼轉(zhuǎn)換為筆劃信息借軟件譯碼、還是硬件譯碼，以及顯示掃描采用動(dòng)態(tài)掃描、還是靜態(tài)掃描等種種區(qū)別。本設(shè)計(jì)中的LED數(shù)碼管采用共陽極的連接方式，共陽極接法中發(fā)光二極管必須外接電阻。動(dòng)態(tài)掃描各數(shù)碼管是輪流點(diǎn)亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點(diǎn)亮著。實(shí)際控制數(shù)碼管點(diǎn)亮的位選信號(hào)是依次逐一送出的，而各個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息則與其位選信號(hào)同時(shí)送給，于是各管將按序一一亮出自己的數(shù)碼；待各管都輪到后，又再從頭輪起，反復(fù)不已。對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描，輪到某管、等待該管點(diǎn)亮必須留給一段恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間。時(shí)間過短，數(shù)碼管來不及點(diǎn)亮；時(shí)間過長(zhǎng)，其他數(shù)碼管將熄滅、不能顯示

41、。靜態(tài)掃描無位選信號(hào)，各數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的；每個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時(shí)送給。當(dāng)選用共陰極的LED顯示管時(shí)，所有發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極加入高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮。因此要顯示某字形就應(yīng)使此字型的相應(yīng)段的二極管點(diǎn)亮，實(shí)際上就是送一個(gè)用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)字來控制LED的顯示，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼7。下圖即為顯示接口電路如圖3-3所示。圖3-3LED顯示接口電路3.4 報(bào)警電路基于安全性能的考慮，在溫度控制出現(xiàn)故障或由于其他原因引起溫度超限時(shí)很容易引起火災(zāi)，因此需要一個(gè)安全防護(hù)，加入一個(gè)報(bào)警電路，在溫度超限時(shí)不僅能起到提醒的作用還能自動(dòng)斷電，起到保護(hù)的

42、作用。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。蜂鳴器的正極接到VCC(5V)電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過限流電阻R1后由單片機(jī)的P2.2引腳控制，當(dāng)P2.2輸出高電平時(shí)，三極管Q5截止，沒有電流流過，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P2.2輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P2.2腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉8。當(dāng)溫度超出設(shè)定值時(shí)要有警報(bào)，這樣才不至于造

43、成危害。本文中所設(shè)計(jì)的報(bào)警電路較為簡(jiǎn)單,蜂鳴器報(bào)警電路由晶體管和蜂鳴器組成。只要在蜂鳴器兩端加上超過5V 的電壓，在我們所要求的溫度達(dá)到一定的上時(shí)，蜂鳴器就會(huì)叫個(gè)不停，由單片機(jī)I/O口輸出信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通或截止, 晶體管導(dǎo)通, 則蜂鳴器報(bào)警。通過單片機(jī)來控制蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警聲音。如圖3-4報(bào)警電路所示。圖3-4報(bào)警電路3.5 按鍵電路本系統(tǒng)鍵盤共由二個(gè)控制按鍵組成，一個(gè)接在中斷口，另一個(gè)接在普通的I/O口。由于按鍵只有二個(gè)，采用矩陣式鍵盤。鍵盤一端接地，另一端分別接在單片機(jī)的P2.3、P2.4端口，電路如圖3-5鍵盤電路所示。如果只按下中斷口的按鍵，就是要設(shè)定溫度，如果同時(shí)按下，就是要設(shè)定時(shí)

44、間。在系統(tǒng)正常的運(yùn)行過程中，可以通過溫度/時(shí)間按鍵查看實(shí)時(shí)溫度和剩余時(shí)間。復(fù)位或停止后，系統(tǒng)處于設(shè)定狀態(tài)，其功能是監(jiān)測(cè)鍵盤輸入，接收溫度設(shè)定，定時(shí)和啟動(dòng)鍵等。每一個(gè)鍵都具有第二功能，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能。復(fù)位或停止后，時(shí)間/溫度選擇鍵處于時(shí)間設(shè)定狀態(tài)，此時(shí)按下+1/+min鍵或+10/+h是設(shè)置時(shí)間，若按下時(shí)間/溫度選擇鍵，系統(tǒng)將工作于溫度設(shè)定狀態(tài)，此時(shí)再按下+1/+min或+10/+h則是設(shè)置溫度。時(shí)間/溫度選擇鍵還可以在系統(tǒng)加熱狀態(tài)下對(duì)顯示時(shí)間還是顯示溫度進(jìn)行選擇。加熱/停止鍵在每次按下后，會(huì)改變系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志，主程序會(huì)根據(jù)這個(gè)標(biāo)志使系統(tǒng)工作在相應(yīng)的狀態(tài)下9。圖3-5鍵盤電路3

45、.6 溫度采集電路要達(dá)到恒溫控制的效果就要能夠?qū)崟r(shí)的采集溫度，以方便調(diào)節(jié)控制以達(dá)到一個(gè)比較合適舒適的溫度，在此溫度采集電路就顯得相對(duì)重要，且溫度采集的準(zhǔn)確程度也有一定的要求，DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。DS18B20的測(cè)溫原理為低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完

46、成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將25所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在25 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，

47、直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就DS18B20的測(cè)溫原理10。下圖3-6 DS18B20連接圖即為DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)AT89C51的電路連接圖。圖3-6 DS18B20連接圖3.7 溫度控制電路單片機(jī)在接收到溫度傳感器采集到的信號(hào)并將采集到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出控制繼電器的通斷進(jìn)而控制電阻絲加熱。如圖3-7繼電器觸發(fā)電路圖所示。單片機(jī)通電工作后，對(duì)時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和分頻處理，當(dāng)延時(shí)接通時(shí)間（等待時(shí)間）結(jié)束時(shí)或測(cè)量溫度低于設(shè)定值時(shí)，P2.0端輸出高電平，使三極管V導(dǎo)通，繼電器K吸合，將負(fù)載的工作電源接通。與此同時(shí)，單片機(jī)又開始對(duì)定時(shí)工作時(shí)間

48、（工作動(dòng)作時(shí)間）進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)工作時(shí)間結(jié)束時(shí)，P2.0端變?yōu)榈碗娖剑谷龢O管V截止，繼電器K釋放，負(fù)載斷電；同時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)定時(shí)周期。在加熱過程中若溫度高于設(shè)定值時(shí)單片機(jī)發(fā)出指令使P2.0端變?yōu)榈碗娖?，電阻絲停止加熱。如此周而復(fù)始，使負(fù)載按設(shè)定的時(shí)間間歇地通電工作。圖3-7 繼電器觸發(fā)電路原理圖3.8 本章小結(jié)本章主要介紹該設(shè)計(jì)的硬件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)要求單片機(jī)要能夠完成信號(hào)的處理，在溫度采比較后要做出相應(yīng)的指令控制繼電器控制電路的通斷，進(jìn)而控制電阻絲的加；并且要有定時(shí)的功能，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)電熱毯開始加熱達(dá)到設(shè)定的加熱時(shí)間或達(dá)到設(shè)定的溫度值時(shí)停止加熱。為了更

49、好的維持恒溫，傳感器的工作準(zhǔn)確度要高，能實(shí)時(shí)的檢測(cè)溫度并將信號(hào)傳遞給單片機(jī)由單片機(jī)進(jìn)行處理發(fā)布指令。對(duì)于鍵盤的設(shè)計(jì)是要能夠調(diào)節(jié)設(shè)定值，及開關(guān)的功能。顯示部分實(shí)時(shí)的顯示檢測(cè)到的溫度，方便與調(diào)節(jié)。并且當(dāng)溫度過高時(shí)要有報(bào)警功能，提示用戶注意安全，及時(shí)關(guān)閉電熱毯。系統(tǒng)的總電路圖見附錄。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件功能分析對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)好了硬件，只是完成了一半工作，沒有軟件，硬件是沒有意義的。因此必須設(shè)計(jì)出相關(guān)的程序，通過應(yīng)用程序把器件與器件之間、器件與人之間建立起溝通和相關(guān)聯(lián)系，才能發(fā)揮系統(tǒng)應(yīng)有的作用。電熱毯在上電復(fù)位后，處于停止加熱狀態(tài)，此時(shí)通過按鍵來設(shè)定預(yù)置溫度和定時(shí)時(shí)間。初始溫度

50、和定時(shí)時(shí)間設(shè)定好后，開始加熱，并實(shí)時(shí)的檢測(cè)恒溫箱的溫度并將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，從而控制繼電器的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，以達(dá)到控制溫度的目的。當(dāng)電熱毯的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，在單片機(jī)的控制下處于恒溫，若超出設(shè)定值，蜂鳴器提示，停止加熱12。根據(jù)上面對(duì)系統(tǒng)的分析，可實(shí)現(xiàn)下面幾個(gè)功能：1.系統(tǒng)初始化：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。2.設(shè)定溫度控制值和加加熱時(shí)間，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的加熱或恒溫階段。3.檢測(cè)恒溫箱溫度輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。4.實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間到，則開始加熱。4.2 主程序的設(shè)計(jì)主程序主要進(jìn)行初始化，分配內(nèi)存單元及設(shè)置定時(shí)器參數(shù)，以便為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。由于本系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)為12位(字節(jié))，加上一些給定值，

51、如溫度上限報(bào)警值，所以內(nèi)存單元比較多，故本系統(tǒng)將同時(shí)使用內(nèi)部RAM及外部RAM。主程序流程如圖4-1所示，本系統(tǒng)的采樣周期為5s，采用兩個(gè)定時(shí)器串聯(lián)的方法，即設(shè)T0為定時(shí)方式，設(shè)T1為計(jì)數(shù)方式。設(shè)T0為定時(shí)方式1，定時(shí)的時(shí)間間隔為100ms，時(shí)鐘頻率選6MHz。設(shè)T1為計(jì)數(shù)方式2，計(jì)數(shù)值為50。當(dāng)按下了啟動(dòng)/停止鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入加熱狀態(tài)，每次的循環(huán)，系統(tǒng)除了執(zhí)行鍵掃描、顯示程序外，還會(huì)執(zhí)行溫度采集、溫度控制以及定時(shí)程序。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采集到的實(shí)際溫度值，再與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，發(fā)出是否加熱的指令。定時(shí)程序則會(huì)計(jì)算出剩余的定時(shí)時(shí)間，并在定時(shí)時(shí)間到時(shí)，控制繼電器觸發(fā)電路的通斷13。若是在加熱狀態(tài)下，按下

52、了啟動(dòng)/停止鍵，系統(tǒng)將進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，程序跳到系統(tǒng)初始化處，重新初始化，同時(shí)蜂鳴、加熱都會(huì)停止，重新回到設(shè)否是否否否否是是是系統(tǒng)初始化是否有中斷時(shí)間設(shè)置超出設(shè)定溫度報(bào)警、停止恒溫控制當(dāng)前溫度、定時(shí)時(shí)間顯示溫度采集低于設(shè)定溫度控制開始溫度設(shè)定？定狀態(tài)。圖4-1 主程序流程圖4.3 子程序設(shè)計(jì)4.3.1 顯示模塊的設(shè)計(jì)顯示方式為動(dòng)態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮的方式稱為位掃描。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用動(dòng)態(tài)掃描方式，即在每一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時(shí)刻選通另外一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的碼段14。流程圖如圖4-2顯示流程

53、圖所示。否是開始計(jì)算十位上數(shù)字?jǐn)?shù)碼管地位個(gè)位數(shù)字計(jì)算個(gè)位上數(shù)字延時(shí)Shiwei>0數(shù)碼管高位顯示十位數(shù)字延時(shí)結(jié)束圖4-2顯示程序流程圖雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但是由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以數(shù)碼管同時(shí)顯示的感覺。LED數(shù)碼管采用共陽極的連接方式，共陽極接法中發(fā)光二極管必須外接電阻。動(dòng)態(tài)掃描各數(shù)碼管是輪流點(diǎn)亮的，由于視覺的暫留現(xiàn)象，卻好像都點(diǎn)亮著。實(shí)際控制數(shù)碼管點(diǎn)亮的位選信號(hào)是依次逐一送出的，而各個(gè)數(shù)碼管應(yīng)顯示數(shù)碼的筆劃信息則與其位選信號(hào)同時(shí)送給，于是各管將按序一一亮出自己的數(shù)碼；待各管都輪到后，又再從頭輪起，反復(fù)不已。在程序中要顯示數(shù)字09，只

54、要從查出對(duì)應(yīng)的端口輸出數(shù)據(jù)，再把該數(shù)字送到P1口輸出就顯示了。顯示模塊功能由函數(shù)DisplayLed( )實(shí)現(xiàn)，數(shù)碼管的更新采用P2.0、P2.1、P2.2和P2.3控制，分別對(duì)應(yīng)著數(shù)碼管的DS1，DS2，DS3，DS4，每個(gè)時(shí)刻指令某一位為0，在顯示完后要對(duì)該位進(jìn)行復(fù)位。其顯示程序流程圖如圖4-3。由于數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位同時(shí)接到P2口，所以選通某一個(gè)數(shù)碼管后一定要禁止顯示。在選通下一位數(shù)碼管時(shí)P2口上的電平發(fā)生變化，如果不禁止上一位則發(fā)生兩位同時(shí)顯示當(dāng)前P2端口數(shù)據(jù)的情況。在選通一個(gè)數(shù)碼管，并把數(shù)據(jù)送給P2口后，要經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后，才能禁止其顯示。因?yàn)?，人眼睛視神?jīng)的反應(yīng)速度是有限的，如果不加

55、延時(shí)，人眼可能還沒感知到數(shù)碼管顯示就已經(jīng)關(guān)掉了15。4.3.2 按鍵描模塊的設(shè)計(jì)鍵盤與單片機(jī)的接口有查詢方式和中斷方式，查詢方式比較簡(jiǎn)單、可靠性比較高，但是效率低；而中斷方式則效率比較高、系統(tǒng)資源占用較少、同時(shí)可以保證實(shí)時(shí)性的要求。本軟件由于按鍵較少，在效率上和系統(tǒng)資源占用上與中斷方式差別不大，所以采用查詢方式比較簡(jiǎn)單。有鍵按下時(shí)，P0相應(yīng)口的電平會(huì)被拉低，只要程序循環(huán)得讀P0口的電平，就可以判斷哪個(gè)鍵被按下。由于按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象的存在，按鍵一次按下或釋放會(huì)被錯(cuò)誤的認(rèn)為是多次操作，這顯然是不允許的，為了消除這種情況，程序采用軟件去抖動(dòng)，即在每次檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms左右的延時(shí)程序后，

56、再執(zhí)行鍵按下后的操作16。復(fù)位或停止后，系統(tǒng)處于設(shè)定狀態(tài)，其功能是監(jiān)測(cè)鍵盤輸入，接收溫度設(shè)定，定時(shí)和啟動(dòng)鍵等。每一個(gè)鍵都具有第二功能，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能。復(fù)位或停止后，時(shí)間/溫度選擇鍵處于時(shí)間設(shè)定狀態(tài)，此時(shí)按下+1/+min鍵或+10/+h是設(shè)置時(shí)間，若按下時(shí)間/溫度選擇鍵，系統(tǒng)將工作于溫度設(shè)定狀態(tài)，此時(shí)再按下+1/+min或+10/+h則是設(shè)置溫度。設(shè)定溫度或時(shí)間時(shí)，程序會(huì)根據(jù)情況，使溫度和時(shí)間設(shè)定值設(shè)定在要求的范圍之內(nèi)17。時(shí)間/溫度選擇鍵還可以在系統(tǒng)加熱狀態(tài)下對(duì)顯示時(shí)間還是顯示溫度進(jìn)行選擇。加熱/停止鍵在每次按下后，會(huì)改變系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志，主程序會(huì)根據(jù)這個(gè)標(biāo)志使系統(tǒng)工作在相應(yīng)

57、的狀態(tài)下。鍵掃描模塊流程圖如圖4-3按鍵掃描程序流程圖所示。是否否是是是否否否否否否否是是是是是溫度設(shè)定加1Key_0=0&Key)1=1Key_0=0&Key)1=1Key_0=1&Key)1=0Key_0=0&Key)1=1Key_0=0&Key)1=0Key_0=0&Key)1=0Key_0=1&Key)1=1Key_0=1&Key)1=0Flag_TimeSet=0?開始溫度設(shè)定減1數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度時(shí)間設(shè)定加1時(shí)間設(shè)定減1數(shù)碼管顯示設(shè)定時(shí)間確定確定結(jié)束圖4-3按鍵掃描程序流程圖4.3.3 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)高于設(shè)定溫度時(shí)，將影響恒溫箱的質(zhì)量。因此，將恒溫箱定一個(gè)溫度上限。檢測(cè)到溫度超限，應(yīng)進(jìn)行報(bào)警處理。報(bào)警子程序流程如圖4-4報(bào)警程序流程圖