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1、摘 要介绍了一种基于CAN总线技术的冷库温度控制系统的设计。CAN总线是目前最流行的现场总线技术，它具有可靠性高、价格低廉、实时性强等优点，在自动控制领域广泛应用。本系统由上位机和下位机两大部分组成。上位机主要完成与PC机的通信功能，通过PC机可设置及显示各冷库的温度，将设置的温度通过上位机送至下位机；下位机完成对冷库的温度检测以及实现自动恒温控制。同时，可现场设定温度值。上位机与下位机均以AT89S52为核心，下位机使用LED进行温度显示。选用DS18B20单总线数字温度传感器，测量精度可以达到0.5。将测量值与设定值进行比较后由下位机控制制冷压缩机或电加热器进行温度调整，达到恒温控制，实现
2、系统智能化。系统通过CAN总线实现对冷库所有仓库的远程管理，控制各个仓库的信息采集、数据传输和温度的调节，大大提高了管理效率，节省了人力资本；系统结构简单、可靠性高、应用灵活、前景十分广阔。关键词：AT89S52；CAN总线；DS18B20；PC机；冷库控制AbstractThe temperature of cold storage control system based on CAN bus technology is introduced in the subject. CAN bus is the most popular fieldbus technology, which has
3、 high reliability, low cost, real-time etc. It is widely used in the field of automatic control.The system is composed of two major parts which consists of upper and lower machine. The main host computer complete the PC-communication functions, the temperature of the cold storage is set up and displ
4、ayed by the PC, the temperature which be set up will be sent through the upper machine to the lower machine, the lower machine complete to measure and automatic control the temperature of the cold storage. At the same time, the temperature value can be set at the scene. AT89S52 is the core of the up
5、per and lower machine, the lower machine use LED for displaying the temperature. DS18B20 is selected for the single-bus digital temperature sensor, the measurement accuracy can reach 0.5 . The measured values will be compared with the set value, after that the lower meachine control the refrigeratio
6、n compressor or electric heater to adjustment the temperature, achieve the constant temperature control, the intelligent systems is realizated.The system achieve all refrigerated warehouse to remote management by CAN bus, the various storage is controled to collect information、transfer data and regu
7、late temperature by it, it greatly enhance the management efficiency and save human capital; The system has simple structure, high reliability, application flexibility and a bright future.Key words：AT89S52；CAN bus；DS18B20；PC；Cold Storage Control目 录第1章 绪 论11.1课题背景11.2冷库的国内外现状11.3冷库控制系统的现状及发展3第2章 冷库温度
8、测控系统总体设计52.1课题总体分析52.2方案论证52.3系统总体框架62.4各模块功能介绍7第3章 系统硬件电路设计83.1单片机系统的设计83.1.1单片机的选择83.1.2单片机外围电路设计103.2键盘和显示电路的设计113.3直流稳压电源的设计133.4 RS232接口电路的设计143.5温度传感器模块的设计153.5.1温度传感器的选择153.5.2温度传感器电路设计163.6 CAN总线模块的设计173.7控制电路的设计21第4章 系统软件设计234.1 PC机监测软件设计234.1.1 Visua1 Basic软件介绍234.1.2串行通信控件介绍234.1.3 PC机人机界
9、面设计254.2 单片机软件设计264.2.1上节点单片机程序设计274.2.2下节点单片机程序设计31第5章 系统的可靠性和抗干扰性设计385.1系统的硬件抗干扰设计385.2系统的软件抗干扰设计39第6章 总结40参考文献41致 谢43附 录44附 录45附 录46附 录61第1章 绪 论1.1课题背景随着人们生活水平的提高，人们对水果、蔬菜的需求量也与日俱增，食用鲜果已成为一种新的发展趋势。新鲜果品与其他商品不同，它季节性强、易腐性强、地区性强、商品性强。贮藏保鲜克服了加工过程中的缺陷，它是果品生产与销售之间不可缺少的环节，也是保证丰产丰收的重要关键，它在发展果品产业，改善人民生活，保障
10、市场供应，巩固城乡经济，增值增收，扩大外贸出口等方面都起着重要的作用。近年来，我国冷冻食品产销量每年增加25。1995年，全国冷冻食品产量已达240万吨，人均年占有量已达2公斤。但冷冻食品在我国还是新兴产业，与西方发达国家相比，还很落后。据专家估计我国冷冻食品年产量2000年已超过1000万吨，冷食品和冷饮企业将成为我国食品工业中的大产业。我国加入“WTO”后，国外冷食品必将大量进入中国这个巨大的市场，各地“菜篮子”工程的发展，以及本届“人大”、“政协”会议提出的“放心食品”等因素，必将进一步推动冷食品的发展，同时也将推动我国食品冷藏库的发展。1.2冷库的国内外现状冷库是发展冷藏业的基础设施，
11、也是在低温条件下贮藏货物的建筑群。食品保鲜主要以食品冷藏链为主，将易腐畜禽、水产、果蔬、速冻食品通过预冷、加工、贮存和冷藏运输，有效地保持食品的外观、色泽、营养成分及风味物质，达到食品保质保鲜，延长食品保存期的目的，起到调剂淡、旺季市场的需求并减少生产与销售过程中经济损耗的作用。随着市场经济的不断发展、现代物流系统的不断完善，食品冷藏链的产业化发展前景十分广阔。 1国外冷库行业现状 国外冷库行业发展较快的国家主要有日本、美国、芬兰、加拿大等国。日本是亚洲最大的速冻食品生产国，20以下的低温库在冷库中占80%以上。70年代以前国外冷库普遍采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统，70年代后期逐渐采用以R
12、22为制冷剂的分散式制冷系统。美国和加拿大占80%以上的冷库都以使用R717为制冷剂。80年代以来，分散式制冷系统在国外发展很快，冷却设备由冷风机逐步取代了排管，贮藏水果冷库中近1/3为气调库，在冷库建造方面土建冷库正向预制装配化发展，自动化控制程度比较高。比较著名的装配式冷库的制造商如芬兰的辉乐冷冻集团（HUURRE），其库板HE-3由无氟绝缘聚氨酯板和两层镀锌的钢层组成，便易拆卸，施工期短、气密性好、空间利用率高。 近年来，国外新建的大型果蔬贮藏冷库多是果品气调库，如美国使用气调贮藏苹果已占冷藏总数的80%；法国、意大利也大力发展该项技术，气调贮藏苹果均达到冷藏苹果总数的50%70%以上；
13、英国气调库容达22万吨。日本、意大利等发达国家已拥有10座世界级的自动化冷库。 2国内冷库行业现状 我国自1955年开始建造第一座贮藏肉制品冷库，1968年建成第一座贮藏水果冷库，1978年建成第一座气调库。1995年由开封空分集团有限公司首次引进组合式气调库先进工艺，并在山东龙口建造15 000 吨气调冷库获得成功，开创了国内大型组装式气调冷库的成功先例，用户亦取得了较好的经济效益。1997年又在陕西西安建造了一座10 000 吨气调冷库，气密性能达到国际先进水平。该公司气调冷库已分布在山东、河南、北京、湖南、新疆、陕西、天津、四川等省市自治区，并获得客户的较好信誉。广东、北京等省市大约先后
14、引进了40座预制装配式冷藏库，总库容约为7.5万吨。近几年来，我国冷库建设发展十分迅速，主要分布在各水果、蔬菜主产区以及大中城市郊区的蔬菜基地。据统计，全国现有冷冻冷藏能力已达500多万吨，其中外资、中外合资和私营冷库约占50万吨，国有冷库450多万吨，分属于内贸、农业、外贸和轻工系统，其中内贸系统冷库容量达300多万吨，占全国总量的60%以上。我国商业系统拥有果蔬贮藏库面积达200多万平方米，存储能力达130多万吨，其中机械冷藏库70多万吨，普通库为60多万吨。 国内专业生产制冷设备及建造冷库的厂家很多，如开封空分集团制冷工程公司为国内第一家组装式冷库生产厂家，已形成从几立方米库容小型室内库
15、到几万立方米的大型室外库；从高温库、低温库、冻结库到综合库；从全组装式冷库到土建结构内部贴板的混合式冷库；从普通冷库过渡到的多品种、多规格的气调冷库系列产品。此外大连制冷设备厂、天津森罗科技发展有限责任公司等，其制冷设备在冷库行业领域中所占比重较大，天津森罗科技发展有限责任公司采用双面彩钢聚苯乙烯保温板建造的装配式冷库，在国内发展较快。国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津）研制开发的微型节能冷库在国内农村各地已广泛推广。据统计我国生产企业已生产建设大中小型装配库约800 座，室内装配式冷库约2.5 万套（座），仅苏州市2004年全市新建保鲜冷库38座，占江苏省的40%.1.3冷库控制系统的现状
16、及发展1冷库控制系统现状随着人民生活水平的提高，冷库和制冷系统的应用日益增加，对于冷库和制冷系统的控制要求也在不断提高。国外冷库的制冷装置广泛采用了自动控制技术，大多数冷库只有13名操作人员，许多冷库基本实现夜间无人值班。而我国冷库的制冷设备大多采用手动控制，或者仅对某一个制冷部件采用了局部自动控制技术，自动化程度普遍较低。另外，我国不少冷藏企业为了减员增效，削减了冷库操作运行人员，在冷库制冷系统自动控制技术应用还不普遍的情况下，一旦出现异常，整个制冷系统就会处于无人监管的状态，存在很大的安全隐患。而且，各种规模冷库中，不同的库房需要控制不同的温度范围，为了更合理、有效地利用现有能源，需进一步
17、提高测控温精度。因此，对测温点的数量要求越来越多，同时大量的现场测温信息及控制参数需及时交换。然而传统的串行通信方式只能采用主从方式，随着从机数量的增加，系统的响应时间变长，系统的性能必然受到一定的影响。因此必须选择适合冷库现场运行、实时性高、性能安全可靠、造价低廉的现场总线以满足多测控点与控制室之间的信息交换。CAN总线以其所具有的可靠性、灵活性和实时性，加上有众多的产品支持，在短期内获得了广泛的应用，成为公认的最具有前途的现场总线之一。2冷库控制系统的发展趋势随着制冷空调工业的迅速发展，冷库制冷系统自动化已成为当今冷库生产管理所应必备功能，以此带来系统运行的安全性、可靠性及节能性的提高和冷
18、藏品质的保证，劳动条件的改善以及生产效率的提高。冷库要求不同库房的温度控制各有不同，各个单元即要独立运行调节控温又需协调联网和监控管理。根据要求新型全自动冷库控制系统由上位计算机、现场测控元件组成多级、开放、模块化、可扩展的高性价比冷库全自动控制解决方案，确保制冷控制系统安全、可靠、高效、稳定、节能运行，改善工人劳动条件，提升电控配套设备制造档次。采集冷库各工艺过程的工艺参数，电气参数及主要设备的运行状态信息，并对现场数据进行分析、处理、贮存，对各类工艺参数作出趋势曲线，操作员通过简单的鼠标键盘操作可进行系统功能组态，在线修改和设置控制参数，给控制级可编程控制器下达指令。操作界面可直观显示整个
19、系统动态流程图，并放大显示各工段工艺流程图，带有动态参数显示，趋势曲线显示，报警显示，并可按要求打印有关即时参数及历史运转参数。可达到对整个冷库进行综合监控、管理、分析的功能。完善的软件程序编制，提高了整个冷库的自动化水平，为制冷空调系统的优化设计及高效节能运转奠定了基础。并可为企业节省大量的运转费用。冷库自控系统提供开放性网络接口，易于扩展，从而使冷库系统十分方便地与其他生产管理系统或物流系统集成一起，达到整个企业管控一体化。能够实时采集整个冷库中各设备的运行工况及各项工艺运行参数，完成制冷及相应循环水系统自动控制，而且能够合理解决和协调运行中各工艺单元之间的优化配合，自控系统还有先进的自诊
20、断功能和判别能力，使整个冷库系统能够正常、稳定、安全、高效、低耗运行，减少了操作和维护工作量，提高经济效益。第2章 冷库温度测控系统总体设计2.1课题总体分析设计一个基于CAN总线的大型冷藏库控制系统，针对不同贮藏室的温度控制要求实现自动恒温和远程监控。用户根据需要，通过键盘或上位机设定各储藏室的温度，由现场控制节点实现自动恒温控制，系统误差为0.5；并且可以通过上节点实时监控各贮藏室的温度。根据总体设计，选择经济适用的传感器和单片机以及外围电路所需的芯片及元器件；设计相应的前向通道和后向通道；设计CAN总线电路用于数据通信；设计显示电路用于显示温度等值；设计键盘电路用于设置初值等；软件设计，
21、并编写相应的软件。2.2方案论证控制开关信号放大信号放大比较器数据采集方案一 本方案是采用传统的模拟控制方法（方案框图如图2.1），选用模拟电路，用电位器设定给定值，采样放大的信号将反馈的温度值与给定的温度值比较后，根据比较结果控制当前温度显示，决定加热或者制冷。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法，而且不易实现对系统的控制及对温度的显示，人机交换性能差。温度预置图2.1 模拟控制框图方案二 此方案采用单片机系统进行智能化控制，采用单片机为核心。使用温度传感器采集温度变化信号，并通过单片机处理后去
22、控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。此方案不仅具有功能强、体积小、价格低的优点，而且可编程，智能化温度控制传感器单片机控制电路显示电路技术的广泛采用使得系统灵活性大大增加。图2.2 单片机控制框图通过两种方案的比较分析，若采用前一种方案，选用模拟电路将反馈的温度值与给定的温度值比较决定是否加热，从输入采样到输出控制的各种误差产生因素较多，精度难以达到要求，而采用单片机就可充分发挥其优点，将误差减小到最小，还可以通过监控软件方便的实现实时控制，而且在试验过程中，根据试验
23、数据进行误差补偿和软件校正，明显的改善了方案一的不足及缺点，其优点是传统电路无法比拟的。所以选定利用单片机实现温度控制的第二种方案。2.3系统总体框架本课题设计的冷库温度控制系统主要由CAN总线分为上节点和下节点两部分。CAN总线完成上节点和下节点的通信功能。系统主要由PC机、上位机和下位机组成。CAN总线总体框图如图2.3所示。PC机上位机节点1节点nCAN总线图2.3 CAN总线整体框图 单片机通信模块CAN总线控制器CAN总线收发器PC机上节点主要完成与PC机之间的通信功能，把下节点检测到的温度值送到PC机进行显示，并把PC机设置的各冷库温度值通过CAN总线送至下节点。主要由CAN总线控
24、制器和CAN总线收发器来完成与下节点的通信。上节点框图如图2.4所示。图2.4 CAN总线上节点结构框图CAN总线收发器CAN总线控制器单片机n号库房测温点动态显示驱动电路控制电路键盘下节点完成冷库内温度的采集，用温度传感器测量冷库内的温度，显示部分显示当前冷库内的温度值，控制电路调节冷库内的温度达到恒温控制。下节点框图如下图所示。图2.5 CAN总线下节点结构框图2.4各模块功能介绍本系统采用单片机作为上位机，通过CAN总线完成对下节点的控制，以及与PC机之间的通信。下节点主要完成各个库房的恒温控制，通过库房测温点的温度传感器将库房的温度信号送到单片机，单片机将其温度与设定温度进行比较后控制
25、空调调节库房内的温度，使其达到设定的温度，实现恒温控制。动态显示电路用来显示各个库房的当前温度。第3章 系统硬件电路设计3.1单片机系统的设计3.1.1单片机的选择单片机是微型计算机发展的一个分支，是一种专门面向控制的微处理器件，故又称之为微控制器。由于单片机的体积、结构和功能特点，在实际应用中可以完全融入应用系统之中，故而也称为嵌入式微控制器。目前比较常用的有AVR系列单片机、PIC系列单片机和AT89系列的单片机等。AVR系列单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实现流水作业。AVR单片机指令以字为单位，且大
26、部分指令都为单周期指令。AVR单片机采用增强的RISC结构，使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每MHz可实现1MIPS的处理能力。AVR单片机工作电压为2.7V6.0V，可以实现耗电最优化。AVR的I/O口操作不方便，如果将它作双向口用的话非常麻烦，要设为输出还得选择有没有上拉，而且不支持基本的总线操作。PIC系列单片机系列是美国微芯公司的产品，CPU采用RISC结构，分别有33、35和58条指令，属精简指令集。采用Harvard双总线结构，运行速度快，他能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。它具有低工作电压、低功耗和驱动能力强等特点。PIC采用精简指令集，指令
27、少，该系列单片机的专用寄存器（SFR）并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80FFH)，而是分散在四个地址区间内，在编程过程中，少不了要与专用寄存器打交道，得反复地选择对应的存储体，这多少给编程带来了一些麻烦。数据的传送和逻辑运算基本上都得通过工作寄存器来进行，而51系列的还可以通过寄存器相互之间直接传送，因而PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严重。AT89系列单片机是ATMEL公司的8位Flash单片机系列。它是以8051为内核构成的，所以它和8051系列单片机是兼容的系列。AT89系列单片机可分为标准型号、低档型号和高档型号三类。低档型号是80C51的兼容产品，并行I/O口较
28、少，只有1K的Flash存储器和64个字节的RAM，内部不含串行接口；标准型是和MCS-51系列单片机兼容的，内部含有4K、8K或20K可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作，有通用串行接口，有低电压空闲及电源下降方式；高档型是在标准型的基础上增加了一些功能形成的，含标准型和低档型所不具有的SPI接口。AT89系列单片机内部含有Flash存储器，在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不会影响到信息的保存。89系列单片机采用静态始终方式，所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的
29、功耗十分有用。本次设计的微控制器选用AT89系列的AT89S52单片机。AT89S52是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微型计算机。AT89S52单片机引脚图如图3.1所示。它带有8K可Flash编程和擦除的只读存储器。该器件采用ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51的指令系统及引脚兼容，片内Flash程序存储器允许在系统内改写或用常规非易失性存储器编程。通过把通用的8位CPU与Flash集成在一个芯片上，ATMEL AT89S52便成为一个高效的微型计算机，它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。图3.1 AT89S52单片机引脚图AT89S52提
30、供了256字节RAM，32线I/O口，3个16位定时器/计数器，一个全双工串行口。此外，AT89S52设有静态逻辑，用于运行到零频率，并支持软件选择和两种节电运行方式。空闲方式使CPU停止工作，而允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，一切功能都停止，只有片内RAM的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作。AT89S52 Flash单片机有如下特点：与 MCS-51产品兼容；具有8K可改写的Flash内部程序存储器，可写/擦1000次；全静态操作：0Hz33MHz；256字节内部RAM；32根可编程I/O线；3个16位定时器/计数器
31、；8个中断源；可编程串行口；低功耗空闲和掉电方式。3.1.2单片机外围电路设计1时钟电路MCS-51单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，MCS-51单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格的按时序执行指令进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号的关系。时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。本次设计的时钟电路采用内部时钟方式。在单片机内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在
32、XTAL1和XTAL2两端跨接晶体就可以构成稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，外接晶振时，C1和C2值通常选择位30pF左右。C1和C2对频率有微调作用。晶体可在1.2MHz12MHz之间任选，由于要使用CAN总线通信电路，所以采用11.0592MHz晶振。在设计印刷电路板时，晶体或陶瓷振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用温度稳定性能好的NPO高频电容。2复位电路AT89S52的复位输入引脚RET（即RESET）为AT89S52提供了初始化的手段。有了它可以使程序从指定处开始执行，即从程序存
33、储器中的0000H地址单元开始执行程序。在AT89S52的时钟电路工作后，只要在RET引脚上出现两个机器周期以上的高电平时，单片机内部则初始复位。只要RET保持高电平，则循环复位。只有当RET由高电平变成低电平以后，AT89S52才从0000H地址开始执行程序。本系统的复位电路是采用按键复位的电路，是常用复位电路之一。按下键后，通过R1和R2形成回路，使RESET端产生高电平。通过经验可将电阻值分别定为200和1K，电容值定为22F，这样，能保证复位信号的高电平持续时间大于2个机器周期。可以使系统正常复位。单片机的时钟电路和复位电路如图3.2所示。图3.2 单片机时钟电路和复位电路3.2键盘和
34、显示电路的设计本系统下节点要采用键盘进行温度设置，并且显示当前冷库的温度值，下节点的单片机不仅完成温度显示功能和温度设置功能，还要对制冷压缩机和电加热器进行控制以调节温度，因此下节点单片机的键盘和显示采用CH451驱动电路。CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制等多功能外围芯片。CH451内置RC振荡电路，可以动态驱动8位数码管或者64位LED，具有BCD译码、闪烁、移位等功能；同时还可以进行64 键的键盘扫描；CH451 通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并且提供上电复位和看门狗等监控功能。CH451通过串行接口与单片机相连接。CH451 的段驱动引脚串接了电阻，用以限制
35、和均衡段驱动电流，在5V电源电压下，串接200电阻通常对应段电流13mA。当使用键盘功能时，CH451的DOUT 引脚的KEY 信号线可以连接到单片机的中断输入引脚，如果连接到普通I/O 引脚，那么应该使用查询方式确定CH451是否检测到有效按键。电路如图3.3所示。1显示驱动CH451对数码管和发光管采用动态扫描驱动，顺序为DIG0至DIG7，当其中一个引脚吸入电流时，其它引脚则不吸入电流。CH451内部具有大电流驱动级，可以直接驱动0.5英寸至2英寸的共阴数码管，段驱动引脚SEG6SEG0分别对应数码管的段G段A，段驱动引脚SEG7对应数码管的小数点，字驱动引脚DIG7DIG0 分别连接8
36、 个数码管的阴极；CH451也可以连接88 矩阵的发光二级管LED阵列或者64个独立发光管；CH451还可以通过外接反相驱动器支持共阳数码管，或者外接大功率管支持大尺寸的数码管。CH451支持扫描极限控制，并且只为有效数码管分配扫描时间。当扫描极限设定为1时，唯一的数码管DIG0将得到所有的动态驱动时间，从而等同于静态驱动；当扫描极限设定为8时，8个数码管DIG7DIG0各得到1/8的动态驱动时间；CH451将分配给每个数码管的显示驱动时间进一步细分为16等份，通过设定显示占空比支持16级亮度控制。占空比的值从1/16至16/16，占空比越大，数码管的平均驱动电流越大，显示亮度也就越高，但占空
37、比与显示亮度之间是非线性关系。CH451内部具有8个8位的数据寄存器，用于保存8个字数据，分别对应于CH451所驱动的8个数码管或者8组每组8个的发光二极管。CH451支持数据寄存器中的字数据左移、右移、左循环、右循环，并且支持各数码管的独立闪烁控制，在字数据左右移动或者左右循环移动的过程中，闪烁控制的属性不会随数据移动。CH451默认情况下工作于不译码方式，此时8个数据寄存器中字数据的位7位0分别对应8个数码管的小数点和段G段A，对于发光二极管阵列，则每个字数据的数据位唯一地对应一个发光二级管。当数据位为1时，对应的数据管的段或者发光管就会点亮；当数据位为0时，则对应的数据管的段或者发光管就
38、会熄灭。2键盘扫描CH451的键盘扫描功能支持88 矩阵的64 键键盘。在键盘扫描期间DIG7DIG0引脚用于列扫描输出，SEG7SEG0引脚都带有内部下拉电阻，用于行扫描输入；当启用键盘扫描功能后，DOUT引脚的功能由串行接口的数据输出变为键盘中断以及数据输出。CH451定期在显示驱动扫描过程中插入键盘扫描。在键盘扫描期间，DIG7DIG0引脚按照DIG0至DIG7的顺序依次输出高电平，其余7个引脚输出低电平；SEG7SEG0引脚的输出被禁止，当没有键被按下时，SEG7SEG0都被下拉为低电平；当有键被按下时，例如连接DIG3与SEG4的键被按下，则当DIG3输出高电平时SEG4检测到高电平
39、；为了防止因为按键抖动或者外界干扰而产生误码，CH451实行两次扫描，只有当两次键盘扫描的结果相同时，按键才会被确认有效。如果CH451检测到有效的按键，则记录下该按键代码，并通过DOUT引脚产生低电平有效的键盘中断，此时单片机可以通过串行接口读取按键代码；在没有检测到新的有效按键之前，CH451不再产生任何键盘中断。CH451不支持组合键，也就是说，同一时刻，不能有两个或者更多的键被按下；如果多个键同时按下，那么按键代码较小的按键优先。CH451所提供的按键代码为7 位，位2位0是列扫描码，位5位3是行扫描码，位6是状态码。单片机可以在任何时候读取按键代码，但一般在CH451检测到有效按键而
40、产生键盘中断时读取按键代码，此时按键代码的位6总是1，另外，如果需要了解按键何时释放，单片机可以通过查询方式定期读取按键代码，直到按键代码的位6为0。图3.3 下节点单片机键盘、显示电路3.3直流稳压电源的设计直流稳压电源主要是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随着电网电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要稳压电路。稳压电路的作用是当电网波动、负载和温度
41、变化时，维持输出直流电压稳定。本次设计需要有直流稳压电源来供电，系统中主要用到了+5V和+12V直流电源，来为微处理器供电。稳压电路采用三端固定式集成稳压器7805和7812，这类稳压器仅有输入端、输出端和公共端三个引脚，芯片内部设有过流、过热保护以及调整管安全保护电路，其所需外接元件少，使用方便、可靠，广泛用于各种电子设备中。电路图如图3.4所示。图3.4 直流稳压电源电路3.4 RS232接口电路的设计在本电路设计中RS232接口电路主要功能是解决PC机与外部设备连接的电平转换问题。8051单片机有一个全双工的串行通信口，所以单片机和PC机之间可以方便的进行串口通信。PC机串口是RS232
42、电平的，以正负电压来表示逻辑状态，而单片机的串口是TTL电平的，以高低电平表示逻辑状态。因此，为了能够使计算机接口和终端的TTL器件连接，必须在RS232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系变换。使用MAX232芯片可以将PC机串行的RS232C电平转换为TTL标准电平，MAX232芯片简介如下:MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种EIA232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS232C输出电平所需的10V电压。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可
43、以了。MAX232芯片的引脚结构如图3.5所示。图3.5 MAX232芯片的引脚图MAX232芯片的上半部分电容C1，C2，C3，C4，及V十，V一是电源变换电路部分。电容C1，C2，C3，C4取同样数值的电解电容1.0uf/l6V，用以提高抗干扰能力，在连接时必须尽量靠近器件。下半部分为发送和接收部分。实际应用中，TlIN，T2IN可直接接TTL/CMOS电平的MCS51单片机的串行发送端TXD；RlOUT，R2OUT可直接接TTL/CMOS电平的MCS51单片机的串行接收端RXD；RlOUT，R2OUT可直接接PC机的RS232串口的接收端RxD；R1IN，R2IN可直接接PC机的RS23
44、2串口的发送端TXD。从MAX232芯片中两路发送接收中任选一路作为接口。要注意其发送、接收的引脚要对应。如使TllN接单片机的发送端TXD，则PC机的RS232的接收端RXD一定要对应接TlOUT引脚。同时，RlOUT接单片机的RXD引脚，PC机的RS232的发送端TxD对应接RlIN引脚。图3.6给出了 RS232接口电路，在电路图中，采用了三线制连接串口，即和PC机的9针串口只连接其中的3根线:第二引脚RXD、第三引脚TXD、第五引脚GND。PC机发送数据：PC机通过TXD口将数据经过MAX232电平转化后发送出去；PC机接收数据：把要接收的数据通过MAX232电平转换后至RXD口送至P
45、C机，从而完成双向通信。图3.6 RS232接口电路图3.5温度传感器模块的设计3.5.1温度传感器的选择1传感器选择方案论证方案一 采用热敏电阻。热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的，也不能满足测量范围。在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如AD509，LM35等，但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温系统的硬件结构较复杂。另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二 采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬
46、件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，元件线形性能好。DS18B20的最大特点之一是采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S52构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可以挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量。综上分析，采用第二种方案。2DS18B20数字温度传感器简介系统设计的温度传感器采用美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简
47、单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低5位一直为0，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度
48、位数，来设置分辨率。DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。3.5.2温度传感器电路设计传感器采集到的温度信号在极短的时间内可能会受到干扰信号的作用而出现误差，从而导致压缩机和加热器的误动作。因此本系统设计采集多个点的实际温度值，并计算其平均值，然后用平均温度值去控制压缩机和加热器的启动和停止。这一方面避免了干扰产生的
