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1、四 川 理 工 学 院毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目：基于电力载波技术的温度控制系统硬件设计系 别：电子与信息工程系专业班级：电子信息工程2003级3班学生姓名：指导教师：教 研 室：电子信息工程教研室提交时间：2007年6月11日摘 要本文主要设计的是以ATMEL公司的单片机AT89S52作为控制器，利用低压电力载波芯片KQ-100F传输数据的温度控制系统的硬件部分。该系统具有实现远程（距离大于1000米）的温度采集、显示以及控制现场的温度上升与下降的能力，特点是控制灵活、适用范围广。关键词：电力线载波，单片机，KQ-100F，温度传感器ABSTRACTThis article m
2、ainly describes the hardware of the temperature controlled system which uses AT89S52 as controller and the low pressure electric power carrier wave chip KQ-100F to transfer data. It is convenient to collect and display of the temperature in the distance (longer than 1000 meters). The system has the
3、ability to control the temperatures rising and dropping of the spot. It is easy to control. The applicable scope is broad.Keywords: Electric power carrier wave；MCU； KQ-100F；Temperature sensor 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 引言11.1课题的目的和意义11.2 电力线网络通信技术的应用状况11.2.1 国外的应用现状11.2.2 国内的发展状况21.2.3电力线通信前景及展望2第2章 方案设计与
4、论证42.1 系统方框图42.2方案设计52.2.1数据采集52.2.2 继电器72.2.3 显示电路82.2.4 报警电路102.2.5载波耦合电路10第 3 章 硬件设计133.1从机硬件设计133.1.1AT89S52单片机简介133.1.2单片机的通信技术153.1.3DS18B20的结构163.1.4继电器电路的设计203.1.5从机原理图213.2主机系统233.2.1显示部分原理图243.2.2报警电路253.2.3载波耦合电路263.2.4主机原理图28第4章 系统软件设计304.1从机系统软件设计流程304.2主机系统软件设计流程32第5章 调试35结 论40致 谢41参考文
5、献：42附录1现场从机硬件原理图43附录2主机硬件原理图44附录3总机实物图45第1章 引言1.1课题的目的和意义电力载波（Power Line Carrier -PLC）通信是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来，随着通信技术的发展, 人们在电力线载波通信方面作了大量的研究工作。电力供电网络四通八达，低压电力线连接千家万户，构成最普及的网络，利用它进行数据通信，传递各种信息，不占用无线频道资源，亦无需铺设专用通讯线路, 省工、省钱、维护简单、有着广阔的应用前景。电力线载波可以用于多种用途，如温度控制，远程报警，远程抄表等。本文就是设计的基于电力线载波的温度
6、控制。传统的温度控制系统普遍采用专门铺设线路，不仅布线安装繁琐、维护不便、利用率低, 而且实时性差。虽然无线式温度系统没有布线问题，但它的可靠性差，而且无线采集温度控制系统的成本太高 。基于以上分析可知：随着电力载波技术的发展，应用低压电力线作为传输媒质, 单片机控制等技术实现温度控制已成为可能。本文运用电力线载波技术设计了电力线载波的温度器控制系统。1.2 电力线网络通信技术的应用状况1.2.1 国外的应用现状英国NORWEB通信公司在1990年就开始研究电力线通讯技术，1996年9月在CIGRE大会期间向各国代表展示了技术原理和演示产品，传输速率达到1Mbps，但仅进行了小规模现场试验。1
7、998年，美国lntelogis公司推出了passport商业化电力线通讯产品，用于户内联网，最高速率为350kbps。但亦未能大规模商用。到2001年初，专用调制解调芯片制造技术的进展明显加速，美国lntellon公司用于户内联网的14Mbps芯片达到实用水平。随之，许多国家的研究机构开展了电力线通讯技术的研究和开发，其中德国RWE公司的研究颇引人注目4。德国RWE电力线通信公司从1997年开始与瑞士ASCOM公司合作开发电力线通讯产品，2000年5月开始进行200户的现场试验。2000年11月起在德国埃森RWE Plug公司总部大厅开放电力线通讯演示样板间。2001春季推出了RWE Pow
8、erNet(电力线通讯上网)、RWE PowerSchool(电力线通讯学校联网)和RWE eHome(智能家庭自动化)三项业务及相应产品。从而使RWE公司成为世界上首家宣布实现电力线通讯接入系统商业化运营的企业，同时德国也是迄今为止世界上唯一允许电力线通讯进入商业化运行的国家。RWE公司的电力线通讯接入系统提供的数据服务是上行、下行对称的，最大为2Mbps，为多用户共享带宽；德国电信的ADSL提供的是不对称服务，下行为768Kbps，上行为128 Kbps，为每个用户专用带宽。从最高接入速率上看，RWE的电力线通讯系统下行接入速率比ADSL快3倍，上行速率快15倍。和ISDN相比，电力线通讯
9、的接入速率快70倍。2002年RWE计划推出IP电话业务，并深入研究开展视频会议、视频点播、网上电视和网上广播等业务。目前最新的由西班牙DS2公司开发研制的电力线调制解调芯片的传输速率已经达到了45Mbit/s1.2.2 国内的发展状况电力载波在我国应用起步较早，但与欧美相比，仍然处于初级阶段。从相关产品开发来看，尚缺乏独立设计开发的电力载波芯片。但国内科研机构和厂商已开始重视这方面的研发。国家电力公司国电通信中心于2001年初即成立了电力线通信推广办公室来统一管理，试验和推广电力载波技术的应用。为了测试电力载波技术在中国低压配电网上是否适用，中国电力载波办公室于2001年9月在国家电力公司宿
10、舍区建立了电力载波实验室，组织国内外近十家电力载波厂商的产品，分别进行电力载波网络设备的本地化测试。试验网络运行稳定，家电的使用对上网基本没有影响，可以流畅的进行数据传输5。1.2.3电力线通信前景及展望21世纪是国际互联网规模和速度发展最快的年代，其用户增长数量每年都在以指数形式增长，从最初的高科技数据网络发展成为人们工作、学习、生活中必不可少的桌面工具。据有关市场研究公司预测，在2007年之前中国的宽带用户数量将达到5450万户，面对如此巨大的宽带用户市场，电力载波的发展拉动了网络向千家万户的覆盖11。电力载波技术施工方便、使用灵活，能够利用已有的电力网这一广泛的基础设施把宽带网络接入到每
11、个家庭，省去在接入方式上的重复建设，对于推进我国数字化进程必将产生积极的作用。同时，电力载波技术在远程抄表、配网自动化、营销自动化等方面的广泛应用，将为实现我国的电网配售自动化、建设电力信息化平台，提供一个良好的网络基础和解决方案。然而，由于电力载波技术的传输速度和传输距离有一定限制，它的主要用途不是核心主干网络，而是通信网的外围和末端。发展电力载波技术的目的，不是取代光纤通信接入以及ADSL等其它宽带接入技术，而是作为以上技术的互补，在特定应用场合发挥各自的长处，为国家信息化建设节省投资，给广大网民带来利益。电力载波在末端用户接入，即从楼内总配电室到每个家庭及入户后采用任意电源插座即能实现连
12、接等功能，具有明显的优势。为此，末端接入的优势必将给已经有宽带网络运营基础的电信运营商和宽带接入服务商提供了增加用户接入率的商机。此外，低压宽带电力载波技术也日益得到国内外科研机构的重视，国家电网公司已经立项，研究利用低压电缆作为高速数据传输链路，既可以解决电力系统配网自动化通道问题，又为广大农村用户及西部地区提供一个节省投资的通信传输方式。相信随着电力载波技术标准的制定，电力载波产业链的形成，电力载波事业必将走向健康有序的发展道路12。第2章 方案设计与论证2.1 系统方框图温度器控制系统是由现场从机与工作室主机两个部分组成。具体说是由数据采集部分、单片机部分、调制解调载波与耦合模块、显示部
13、分、报警与控制部分组成6。此次设计要求实现以下功能：1将现场的温度通过电力线传输到工作室2在工作室能够显示现场的温度3. 当温度超过设定温度时，工作室能够实现报警4现场的温度能够实现上升与下降根据这个要求可以画出从机（现场单片机）与主机（控制单片机）的方框图。从机部分：数据采集A/D转换8051单片机继电器压缩机电炉继电器载波耦合220V（AC） 图2-1 从机框图从机的工作工程：现场有一温度传感器，它采集现场的温度，然后把此温度通过A/D转换器转换成数字信号，传输给单片机，单片机在把信号通过耦合芯片（KQ-100F）传输到220V（AC）上。现场的压缩机和电炉是受继电器控制的，而继电器的控制
14、信号来自于主机工作室，它们可以实现电机的开、关从而可以控制温度的上升与下降。主机部分：报警电路LED显示控制部分耦合载波8051单片机220V（AC） 图2-2 主机框图主机的工作过程： 耦合载波芯片把220V（AC）线上的信号耦合下来，传输到单片机，单片机经过分析、判断和比较后，在数码管上实时显示当前现场的温度，当当前的温度超过要求时，报警电路会发出声光报警，同时控制部分会发送反馈信号，再通过单片机，载波耦合芯片等一系列变化后，控制现场的温度实现温度的升与降7。2.2方案设计2.2.1数据采集信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处
15、理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。本设计可以采用的传感器也有很多，如AD590传感器，DS18B20数字传感器等。1. AD590 AD590是常用的T/I变换器，它是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器，AD590具有测量精度高，线性良好，互换性强的特性，当电源电压在515V之间变化时，其输出电流的变化小于1A。可以广泛的应用于各种冰箱，空调器，仓库，冷库等各种需要进行温度测量和控制的领域。AD59
16、0的特性： 宽的工作电压范围：430V 宽的测温范围：-55+150 线性电流输出：1A/K 最大正向电压：+44V 最大反向电压：-20V2. DS18B201DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字温度传感器，在内部使用板专利技术，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，其特性如下： 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时，仅需要一条总线即可实现DS18B20与微处理器的通信。 支持多点组网功能，多个DS18B20（一般为8个）可以并联在唯一的3根线上，实现多点测温。 在使用中不需要任何外围元件。 测温范围-55+125,固有测温分辨率为2
17、0.625。 测温结果以912位数字量方式串行传输。通过上述的描述，本设计选择了DS18B20，因为它的输出结果是数字量，这样就可以不用A/D转换，减少了成本，使电路结构看起来清晰。而AD590的输出是模拟量则需要在加A/D转换，二者都能够实现本次设计的要求，但是AD590增加了成本。2.2.2 继电器继电器的工作原理和特性：继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的种类很多，本设计采用的是电磁继电器。电磁式继电
18、器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。继电器的选用1.先了解必要的条件控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足
19、够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。在同时满足上述的3个选用条件的情况下，我选择了SHS-4100（SHS-5VDC-S-C）继电器。SHS-4100（SHS-5VDC-S-C）继电器的相关参数如下：触点形式：1c（一常开，一常闭）触点负载（阻性）：3A:120VAC/24VDC1A:240VAC/
20、24VDC线圈电压(v)：DC5V线圈功率：0.2(w)吸合电压(额定电压)：75%释放电压(额定电压)：10%触点接触电阻(m)：502.2.3 显示电路由于本设计只是显示温度数据，可以采用LCD液晶屏显示，也可以采用LED八段数码管显示，由于LCD液晶屏的造价比较高，而LED八段数码管的价钱便宜，所以我采用LED八段数码管来显示。数码管显示器的接口方式有两种2：1.硬件译码方式如图2-3所示，硬件译码方式采用BCD译码器/驱动器（如4511，7448等），通过译码把一位BCD码数翻译为相应的字形代码，然后由驱动器提供足够的功率去驱动发光二极管。MCS-51 P0.0 P0.1 P0.2 P
21、0.37448DbC c d B e FA gLED数码管abcdefg com 图2-3硬件译码电路硬件译码电路一般都具有直接驱动数码管的能力，且占用单片机系统接口资源少，编程简单，因此采用硬件译码方式的开支不大，其缺点是显示的字型有限，只能显示09十个字符，个别的译码器可以输出其他特殊字符。2.软件译码电路软件译码方式由软件完成硬件译码器的功能，该方式显示字型较多，可由用户自己编辑决定，其缺点是占用单片机系统接口资源较多（字型口需要8个口线），且一般要配置驱动器（如7406，7407，74273等），编程复杂。荐于这两种方式的优缺点，本设计采用了硬件译码的方式。数码管显示的显示方式：1.静
22、态显示方式所谓静态显示方式，就是在任意时刻，所有显示器都按照各自接收的字型码同时显示对应的字符，静态显示方式要求每位数码管显示器的公共端必须接地（对共阴极数码管），或接高电平（对共阳极数码管），而每位数码管显示器都由一个具有锁存功能的8位端口去控制。2.动态显示方式动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。它是把所有显示器的同名字端相并联在一起，并把他们接到字型口上。为了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端还要受另一组信号控制，既把它们接到字位口上。这样，对于一组数码管数码显示器需要有两组信号控制：一组是字型口输出的字型码，用来控制显示什么样的字符：另一组是字位口输
23、出的字位码，用于控制将字符显示在第几位显示器上。在这两组信号的控制下，使各位显示器依次从左至右轮流点亮一次，过一段时间再轮流点亮一次，如此不断重复。虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但由于显示器具有余辉效应，而人眼具有视觉惰性，所以看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。由于本次设计的目的是实时显示出现场的温度情况，要求同步性能较高，刷新速度较快，所以我采用了动态扫描的方式。2.2.4 报警电路报警部分有两部分组成：一是声音报警部分，二是发光报警部分。声光报警主要起提醒工作室人员的作用，当现场的温度在正常范围时，不会发出声音，二极管的GREEN亮，表示显示正常；当现场的温度高于或者低于设定的
24、温度时，喇叭会发出间断性的报警声音，同时二极管的RED灯会不断的闪烁。用于提醒工作室的人员，温度高于或者低于了设定值2。2.2.5载波耦合电路电力线载波通信的工作原理简述：电力线载波通信是利用现有的电力线路来传输信号的，将数据或语音调制在几十至几百KHz的载波频率上通过电力线发送出去，接收端将电力线上载有信号的载波接收下来进行解调还原出原来的语音或数据。通信的载体即现成的电力线，无需像有线通信一样重新铺设通信线路。也不像无线传输那样需要复杂的发送接收设备来传输信息。它无需架设额外的通信线路，因此很适合于小集团内部（一般在同一个电力变压器间）组成局域网络达到数据或语音的传输目的8。 作为通讯技术
25、的一个新兴应用领域，电力载波通讯技术以其诱人的前景及潜在的巨大市场而为全世界所关注，成为世界各大公司及研究单位争相研究的热点。国外许多著名公司和研究单位都在对此进行研究，并开发出相应的器件和产品，如：Intellon、Thomson、Atmel等等。而国内的许多的企业也紧随国际步伐在利用电力线传输信息，特别是在远程抄表系统方面已逐步形成应用研究的热点。以下介绍几款电力线载波芯片：1XR2210/XR2206套片或LM1893这是比较早的电力线载波芯片的应用。XR2210/XR2206是一组FSK方式调制解调芯片，并不是专门针对电力线载波通讯而设计的，还可用于有线和无线通讯。LM1893 mod
26、em芯片，FSK的调制解调方式，它是对一般FSK调制解调芯片的改进，适合许多场合的载波通信系统，而且引脚少，控制相当简单。2ST7536ST7536是SGS-THOMSON公司专为电力线载波通讯而设计的modem芯片。由于它是专用modem芯片，所以除有一般modem芯片的信号调制解调功能外，还针对电力线应用加入了许多特别的信号处理手段。目前，在国内电力线载波抄表领域应用广泛，只是各公司应用水平不同。3SSCP300SSCP300是Intellon公司采用现代最新通讯技术设计的电力线载波modem芯片。它采用了扩频（Chirp方式）调制解调技术、现代DSP技术、CSMA技术以及标准的CEBus
27、协议，可以称为智能modem芯片，体现了modem芯片的发展趋势。但在国内电力线载波抄表领域使用效果还不如较早的ST7536。因为SSCP300是Intellon公司按北美地区频率标准、电网特性针对一家一户式独立住宅的家庭自动化而设计的，所以在通讯距离上，它还采用陷波器隔离，防止干扰邻近住宅。而国内电力线载波抄表领域主要要求通讯距离，所以针对中国现状，SSCP300难以胜任电力线载波抄表领域的要求。4PLT-22PLT-22是Echelon公司最新电力载波收发器，它是针对工业控制网而设计，采用BPSK调制解调技术以及多种容错及纠错技术，所以目前在我国应用效果最理想。但它是Lonworks网络专
28、用，而且价格太高，难以在民用市场领域大规模推广。5SC1128SC1128是北京智源利和公司采用扩频技术设计开发的载波芯片，是一款较新的主要基于电力线载波抄表领域的载波通信芯片，但扩频通信方式传输距离较近，只能使用单信道频段，系统成本高，很难实现双工数字通讯。6KQ-100FKQ-100F是四川科强公司采用FSK过零载波通讯方式，在数字信号处理技术上有独创性的高新技术成果应用，许多用户经过对比试验后都给予很高的评价。根据用户反馈的信息和科强公司的试验,过零点数据通信的成功率最高。在一个10KV变压器台区内,任何时候都可以100成功通信。只是实际传输速率较低，只有100BPS。结合本系统的实际要
29、求，需选一款价格便宜、电路简单、易于单片机控制且能满足系统的要求的芯片，比较上面几款芯片，KQ-100F最为适合，所以本系统选择此芯片作为核心，设计载波电路。第 3 章 硬件设计3.1从机硬件设计在经过详细的分析论证、确定最终方案后。下面就来对整个系统的硬件部分进行设计。3.1.1AT89S52单片机简介系统使用ATMEL公司的AT89S52单片机为主控器件。该单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准
30、MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 图3-1 AT89S52引脚图AT89S52具有如下特点：40个引脚，如图3-1 所示，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器3。主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 32个双向I/O口（P0P
31、3） 3个16位可编程定时/计数器 全双工UART串行中断口线 2个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（WDT）电路 8k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 4.5-5.5V工作电压 时钟频率0-33MHz 256x8bit内部RAM 低功耗空闲和省电模式 3级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针此单片机的P0-P3口的功能类似，本设计中主要应用了它的P3口。P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于
32、内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-1所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。本设计主要应用了P3口的第二功能。表3-1 P3口的第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2/INTO（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输出）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）3.1.2单片机的通信技术 单片机的通信有两种，即串行和并行通信。并行通信是指数据库的各位同时进行传送（发送或接
33、收）的通信方式。其优点是传递速度快，缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。串行通信是指数据一位一位按顺序传送的通信方式，它的突出优点是只需要一对传送线，这样大大降低了传送成本，特别适合用于远距离通信；其缺点是传送速度较慢。8051有一个可编程的双工串行通信接口，它可作为通用异步接收和发送器UART，也可作为同步移位寄存器。其帧格式可有8位，10位，11位，并能设置各种波特率。8051通过引脚RXD（P3.0串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1串行数据发送端）与外界进行通信。8051的串行数据缓冲器SBUF在物理上有两个缓冲器，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接收缓冲寄存器。在逻辑上只有一个，
34、既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。发送数据时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和完成串行数据的发送；接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只需从SBUF中读出接收数据3。3.1.3 DS18B20的结构（1）DS18B20的引脚，封状 DS18B20有封装形式，有TO-92封状和8脚的TSOC封状，如图3-2（a）3-2（b) 3-2 (a) 3-2 (b)图中引脚说明：GND：接地线DQ ：数据输入/输出线VDD：外接供电电源输入端NC ：为空引脚DS18B20内部结构及工作原理（2）其内部结构如图3-3所示从图中
35、可知，DS18 B20有64位光刻ROM，EEPROM（TH，TH）的温度报警器，暂存器、CRC检验发生器等组成。图中64位序列号是出厂前光刻好的，它可以看作是DS18B20的地址序列号，用于分挂同一总线8个DS18B20的目的；暂存器的分布表3-2。其测温的工作原理如图3-4所示。图3-3 内部结构图 表3-2 DS18B20内部寄存器分配表 寄存器内容字节地址温度低8位数字0温度高8位数字1高温限制TH2低温限制TL3保留4保留5计数剩余值6每度计数值7CRC效验码8图中低温度系数晶振的震荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1，高温度系数的晶振随温度变化其震荡频率明显
36、改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器分别被预置每度计数值和在-55时所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数减1到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数。如此循环，直到计数器2到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的值即为所测的温度。图中斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线形，其输出用于修正计数器1的预置值1。计数器1低温度系数晶振预置斜率累加器比较=0预置温度寄存器高温度系数晶振计数器2=0加1停止图3-4 测温工作原理（3）DS18B20与单
37、片机的接口电路及编程a.接口电路设计DS18B20与单片机的接口电路可按不同要求设计，在传感器端可以外接电源的接口电路如图3-5所示。89S52DS18B20VCCVCC图3-5 DS18B20与单片机的接口电路b.编程指令代码介绍 通常单片机是以DS18B20ROM命令和DS18B20功能命令来控制DS18B20工作的。表3-3（a）是DS18B20ROM命令集，表3-3(b)是DS18B20功能命令集。表3-3（a）DS18B20 ROM 命令集指令代码 功能读ROM33H读DS18B20 ROM 中编码（即64位地址）符合ROM55H发出此命令后，接着发出64位ROM编码，访问“一线总线
38、”，上读编码相对应的DS18B20器件做出响应，为下一步对该DS18B20的读/写做准备搜索ROMF0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各期间做准备跳过ROMCCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单一DS18B20工作告警搜索命令ECH执行后只有温度越过设定值上限或下限时才做出响应表3-3（b）DS18B20 ROM功能命令集指令代码 功能温度转换44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500ms，典型为200ms,结果存入内部RAM中读暂存器BEH读内部RAM中字节内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第2，
39、3字节写上下限温度数据的命令，紧跟读命令后是传送2个字节的数据复制暂存器48H将RAM中第2，3字节内容复制到EEPROM中恢复EEPROMB8H将EEPROM中内容恢复到RAM中第2、3字节中读供电方式B4H读DS18B20的供电方式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源时发送“1”编程 根据DS18B20的通信协议，从机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤，每次读/写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM命令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求CPU将数据线下拉500s，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660s
40、左右后发出60240s的低脉冲，主CPU收到此信号后复位成功，才对DS18B20进行操作。DS18B20与单片机的连接图图3-6 DS18B20与单片机的连接3.1.4继电器电路的设计本次设计中的电炉子的额定电压230V交流10，50/60HZ下大约1A电流，压缩机的额定电压是220V交流10，50/60HZ下大约1A电流，经过分析选型，确定采用SHS-4100（SHS-5VDC-S-C）继电器，因为它的电参数符合本次设计的要求。继电器与单片机的连接如下图37所示：图3-7 继电器与单片机当现场的温度过高时，反馈回来的信号控制P1.7引脚，使之输出高电平，继电器开始工作，控制电机，使现场的温度
41、降低。同理在单片机的引脚P1.6也接一个继电器，用于控制现场的温度升高，其工作原理与P1.7一致。在实物中，因为没有压缩机，所以省去了继电器，而接上了LED发光二极管，用二极管的亮灭来表示电平的高与低。其原理与接继电器是一致的7。3.1.5从机原理图现场的温度传感器DS18B20，它采集现场的温度数据，然后把此温度数据传输给单片机，单片机在把此信号通过耦合芯片（KQ-100F）传输到220V（AC）上。现场的压缩机和电炉是受现场继电器控制的，而继电器的控制信号来自于控制室，主机的控制信号控制从机中的单片机P1.6、P1.7引脚，使它们输出高低电平，从而实现电机的开、关而达到控制温度的上升与下降
42、的目的。其原理图如3-8所示。图3-8 从机原理图3.2主机系统在本系统中选用HD74LS48,如图3-9所示，它是TI公司的高集成度LED显示驱动器,采用动态扫描方式显示驱动2个LED数码管。它集译码、驱动于一体。所需的辅助电路简单，HD74LS48与单片机的数据传送采用并行方式，它只需4个端口，具有占用单片机的资源少、无需在外加电路就可以与单片机协调工作、使用灵活方便、电路简单可靠等优点。其真值表如表3-4所示。图3-9 74LS48的引脚图芯片引脚功能 D，C，B，A：并行数据输入端； BI/RBO：灭灯输入/灭零输出端RBI :灭零输入LT：灯测试输入 a、b、 cd、e、f、g：七段
43、显示输出 GND：接地端VCC：电源端表3-4 74LS48的真值表：通过上述分析可以看出，D、C、B、A是信号输入端口。/LT、/RBI、/BI/RBO是控制信号，连接时要将/LT、/RBI、/RI/RBO信号接高电平。a、b、c、d、e、f、g是输出信号，用于连接数码管的对应端口。 3.2.1显示部分原理图图3-10显示部分原理图现场从机传输过来的信号，在主机单片机接收，分析比较后，在P00-P03引脚上输出，经过BCD译码电路后在LED上显示当前从机室的温度值。因为设计要求只是显示出两位温度值（099oC），所以只需要两位数码管，其中的P23、P24是字位口选择功能，它决定LED器件的选
44、通9。3.2.2报警电路 1.声音报警1声音报警电路原理如图3-11图3-11声音报警电路在没有发生事故时，单片机通过程序控制使P1.0为高电平，则Q3处于截止状态。蜂鸣器不报警；当发生事故时，单片机通过程序控制使P1.0变为低电平，Q3导通，使蜂鸣器通电而发出声音。通过程序P1.0使输出的高低电平改变，从而使喇叭发出间断性报警声音。2.发光二极管发光二极管是在报警显示部分中最长用的器件之一，它的工作原理很简单，只要在二极管的A，K端上加上0.7V的电压它就会导通发光，为了防止二极管上的电压过大，一般都要加一限流电阻，电阻的阻值大小没有太大的差别，一般选300即可。指示灯的电路图如图312所示：图3-12指示灯电路这上面有3个发光二极管，其中LED2绿灯，另外两个是红灯。绿灯亮表示当前测得的温度值在正常范围内，若第一个红灯闪烁，表示当前温度过高，第三个灯（下边的）闪烁表示当前测量的温度过低。通过程序在端口上输出高低脉冲，然后在调用一个延时程序就可以实现灯的闪烁报警。3.2.3载波耦合电路本设计中可以有多个载波芯片选择，但是通过比较后，发现KQ-100F最为适合，KQ-100F的引脚分布如下图3-13图3-13 KQ-100F的引脚图引脚简述1、8引脚接220V（AC）2 为
