基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７單片機(jī)的溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

常國(guó)銳

摘要：以PIC單片機(jī)為核心控制DS18B20溫度傳感器等外圍電路模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和軟件設(shè)計(jì)流程。系統(tǒng)具有溫度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)撥號(hào)、語(yǔ)音報(bào)警功能，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度監(jiān)測(cè)；自動(dòng)撥號(hào)；語(yǔ)音報(bào)警

中圖分類號(hào)：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198(2009)06-0272-02

1系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)的功能框圖

系統(tǒng)的主要組成部分包括：溫度傳感器DS18B20、PIC16F877單片機(jī)、可編程鍵盤/顯示器接口芯片8279、OCM4X8C液晶顯示器、MODEM、ISD2560語(yǔ)音芯片和信號(hào)音檢測(cè)模塊CR6230，系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。

系統(tǒng)選用美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的價(jià)格低廉、性能優(yōu)良的PIC16F877單片機(jī)作為控制主體，充分利用其提供的軟硬件資源，可使控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)潔，提高系統(tǒng)的可靠性。但由于系統(tǒng)中的各種功能模塊較多，每個(gè)模塊都需要單片機(jī)給出一定數(shù)量的控制線、數(shù)據(jù)線等來(lái)完成相應(yīng)的功能，而單片機(jī)的I/O資源有限，所以必須進(jìn)行I/O擴(kuò)展。這里是通過(guò)由單片機(jī)的3個(gè)I/O引腳(RC1-RC3)控制譯碼器74LS138從而給出8個(gè)選通信號(hào)，分別選通幾個(gè)74LS373和74LS245來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊的控制與通信的。

此外，需要給單片機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)位電路，這里采用RC復(fù)位電路，頻率約為4MHz。

1.2多路溫度采集

針對(duì)測(cè)量環(huán)境、精度和系統(tǒng)主機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳輸距離的不同要求，以及考慮元件的成本，選擇美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種數(shù)字化單總線器件DS18B20。在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法。一種是將DS18B20的UDD接外部電源，GND接地，其I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)DS18B20的UDD、GND接地，其I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，DS18B20的I/O口線要接5K見左右的上拉電阻。DS18B20有六條控制命令，如表1所示。

CPUCPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作和對(duì)數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。

1.3信息顯示

采用OCM4X8C液晶顯示模塊作為輸出顯示。可顯示漢字及圖形，采用單片機(jī)8位并行連接方式，通過(guò)給定命令和顯示數(shù)據(jù)完成不同界面的顯示。當(dāng)單片機(jī)通過(guò)譯碼器對(duì)連接液晶顯示模塊的雙向鎖存器74LS245使能，并且相關(guān)引腳通過(guò)單片機(jī)傳送適當(dāng)?shù)碾娖綍r(shí)，給出一定的指令字。實(shí)現(xiàn)顯示的過(guò)程是：在傳送命令的狀態(tài)下先選擇指令集清屏，然后指定在資料寫入或讀取時(shí)游標(biāo)的移動(dòng)方向及顯示的移位，開顯示，設(shè)定顯示地址，然后進(jìn)入傳送數(shù)據(jù)的狀態(tài)，根據(jù)要顯示的內(nèi)容從中文字庫(kù)中找出相應(yīng)的16進(jìn)制代碼并將其依次傳給液晶顯示器(此時(shí)要注意每行顯示的字?jǐn)?shù)限制)，之后單片機(jī)就可以對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行讀寫操作。

1.4撥號(hào)設(shè)計(jì)

采用外置MODEM來(lái)實(shí)現(xiàn)撥號(hào)功能，單片機(jī)與MODEM之間采用串行通信，連接方式見圖2。將電話線接入MODEM后，單片機(jī)按照RS232通信標(biāo)準(zhǔn)與MODEM相連，這里是通過(guò)MAX232芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平的轉(zhuǎn)換，按照MODEM的工作波特率(9600bps)設(shè)置后，單片機(jī)串口發(fā)出相應(yīng)AT命令可實(shí)現(xiàn)對(duì)MODEM的控制，同時(shí)MO-DEM在執(zhí)行該命令后會(huì)返回一定的信息。返回信息對(duì)于判斷MODEM是否正常工作以及電話是否撥通和被接聽都有重要的作用。

選用4選1模擬開關(guān)4052芯片完成單片機(jī)與MODEM串行通信外和傳感器模塊的MAX485串行通信的控制。當(dāng)單片機(jī)端口C的RC3=1、RC2=0、RC1=1時(shí)，譯碼器74LS138的譯碼線Y5有效，使得74LS373有效，因而來(lái)自單片機(jī)的RD4位鎖存至4052的INH端，此時(shí)RD4的低電平來(lái)控制4052的選通。因4051的INH端通過(guò)反相器連接4052的INH端，所以不被同時(shí)選中。

為了實(shí)現(xiàn)MODEM與單片機(jī)的實(shí)時(shí)通信，將系統(tǒng)板上用于連接MODEM的D型插口的RST與CTS互聯(lián)，DTR與DSR互聯(lián)。

1.5語(yǔ)音控制模塊

該部分主要是通過(guò)單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片ISD2560來(lái)實(shí)現(xiàn)多段語(yǔ)音存儲(chǔ)和播放。通過(guò)給定相應(yīng)段地址和控制信號(hào)(錄放音P/R和使能控制CE)，ISD2560及其外圍電路即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多段語(yǔ)音的存儲(chǔ)和播放。由于語(yǔ)音的存儲(chǔ)有600個(gè)地址，所以要用A0-A9共十位進(jìn)行表示，對(duì)ISD2560輸入地址，首先單片機(jī)的端口D通過(guò)74LS373輸入A0-A7八位地址，然后再單獨(dú)輸入A8、A9兩個(gè)高位地址。錄音和放音是單片機(jī)通過(guò)RD7控制錄放音引腳P/R實(shí)現(xiàn)的。

1.6信號(hào)音檢測(cè)模塊

信號(hào)音檢測(cè)模塊CR6230用于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別各種電話信號(hào)音，包括撥號(hào)音、回鈴音、忙音和催掛音等功能。即：若得出某種結(jié)果后，相應(yīng)的信號(hào)引腳則輸出有效TTL電平。

接聽的判斷過(guò)程是單片機(jī)控制MODEM撥號(hào)后，識(shí)別回鈴音信號(hào)是否有效，若無(wú)效則重?fù)芑蚋膿芴?hào)碼；回鈴音信號(hào)有效則等待，若其變?yōu)闊o(wú)效則判斷此時(shí)對(duì)方是否接聽，此后還要根據(jù)MODEM的返回值來(lái)進(jìn)一步確定是否真被接聽。信號(hào)的識(shí)別需要一定的周期才可以保證可靠性和準(zhǔn)確率，所以在檢測(cè)到信號(hào)音后要延時(shí)大約1s的時(shí)間，以保證準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果；同理，當(dāng)信號(hào)消失后也應(yīng)略有延時(shí)再清除。硬件設(shè)計(jì)是將電話線路經(jīng)通信變壓器CRE變換隔離后接入到CR6230的信號(hào)輸入端IN引腳。通信變壓器CRE3用于電話終端產(chǎn)品和中繼線產(chǎn)品的線路接口部分，技術(shù)指標(biāo)符合郵電部入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。將CR6230的BS、RS、PS、SS引腳分別通過(guò)鎖存器74LS373與單片機(jī)的D3~D0連接，單片機(jī)通過(guò)讀取端口D的低四位就能獲得CR6230返回的當(dāng)前信號(hào)狀態(tài)。另外，若單片機(jī)通過(guò)控制譯碼器的Y2引腳將CR6230的CS引腳設(shè)置為接收低電平時(shí)，BS、RS、PS、SS引腳也將被設(shè)置為低電平，這樣，其上的信號(hào)被清除以等待接收新的信號(hào)。

2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于對(duì)DS18B20的控制(如圖3)。

3結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)以PIC單片機(jī)系統(tǒng)為核心，由單片機(jī)、溫度傳感器、RS-485串口通信和計(jì)算機(jī)組成，利用了DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器，能夠?qū)Χ帱c(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。各檢測(cè)單元(從機(jī))能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能夠根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集，測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，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)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步的存檔、處理。主控機(jī)負(fù)責(zé)控制指令的發(fā)送，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，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、顯示和存儲(chǔ)。主控機(jī)與各從機(jī)之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、工作精度高，經(jīng)測(cè)試，在-10℃~+70℃間測(cè)得誤差為0.25℃，80℃到105℃時(shí)誤差為0.5℃，當(dāng)T>105℃誤差增大到1℃左右。實(shí)踐證明，該控制系統(tǒng)操作方便，維修簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

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