基于DS18B20與JHD12232D的智能溫度測(cè)控器設(shè)計(jì)

劉德春，劉全飛

（1.阿壩師范高等?？茖W(xué)校 電子信息工程系，四川 成都 611741；2.阿壩師范高等?？茖W(xué)校 圖書館，四川 成都 611741）

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民的生活水平逐步提高，智能家居在近年來受到越來越多的關(guān)注。溫度的檢測(cè)與控制，是智能家居必不可少的一部分。比如：通過對(duì)室內(nèi)溫度的檢測(cè)，智能控制空調(diào)的運(yùn)行；通過對(duì)水溫的檢測(cè)，智能控制水龍頭的水溫，以達(dá)到恒溫作用［1］。而傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)，是通過溫度傳感器，把溫度轉(zhuǎn)換為電量，得到的是模擬信號(hào)量，需要數(shù)模轉(zhuǎn)換，再顯示出來，操作復(fù)雜，不人性化。本文利用單總線數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和液晶顯示器JHD12232D設(shè)計(jì)出一款智能化、人性化的數(shù)字溫度檢測(cè)控制器。通過Proteus仿真和樣機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)，該系統(tǒng)精度為±0.1℃，可檢測(cè)溫度范圍：-55～128℃，可應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域［2］。

1 系統(tǒng)總的方案

系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。本系統(tǒng)采用DS18B20檢測(cè)溫度，通過4個(gè)按鍵設(shè)置系統(tǒng)的報(bào)警溫度以及復(fù)位，JHD12232D顯示提示消息和溫度值，蜂鳴器報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案Fig.1 Design of the overall program

系統(tǒng)通電后，液晶顯示器依次顯示：“歡迎使用該系統(tǒng)”，“先設(shè)置最高溫度”，“請(qǐng)按下設(shè)置鍵”。等待用戶第1次按下設(shè)置鍵，通過“增加”“減小”按鍵設(shè)置系統(tǒng)報(bào)警最高溫度，同時(shí)在液晶顯示器上顯示：“最高溫度為XX℃”，“完成請(qǐng)按設(shè)置鍵”。等待用戶第2次按下設(shè)置鍵，液晶顯示器顯示：“現(xiàn)設(shè)置最低溫度”，用戶此時(shí)通過“增加”“減小”按鍵設(shè)置最低溫度，在液晶顯示器上顯示：“最低溫度為XX℃”，“完成請(qǐng)按設(shè)置鍵”。等待用戶設(shè)置好最低溫度，第3次按下設(shè)置鍵后，液晶屏幕上顯示：“設(shè)置已完成”，“當(dāng)前溫度為XX℃”。當(dāng)溫度低于最低溫度值或者高于最高溫度值，報(bào)警器報(bào)警，單片機(jī)控制其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取相應(yīng)措施，同時(shí)在液晶顯示器上提示“溫度過低”，或者“溫度過高”。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度檢測(cè)模塊

DS18B20是DALLAS公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，它能直接讀出被測(cè)溫度值［3］。 它的測(cè)量范圍為－55～125 ℃，可編程設(shè)置 9～12 位的A/D轉(zhuǎn)換精度，對(duì)應(yīng)的溫度分辨率分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。在轉(zhuǎn)換精度為12位時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于等于750 ms。當(dāng)DS1820上電后，對(duì)其進(jìn)行初始化，發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令“44H”，然后芯片就可讀溫度，讀出的溫度存儲(chǔ)在8位寄存器 TH和 TL中，如圖 2 所示［4］。

圖2 溫度寄存器格式Fig.2 Format of temperature register

當(dāng)TH的高5位為0時(shí)，溫度值大于零，實(shí)際溫度值為：

其中，T為16位二進(jìn)制變量。（）10表示把二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制。

當(dāng)TH的高5位為1時(shí)，溫度值小于零，實(shí)際溫度值為：

例如測(cè)得 TH=11111110，TL=01011010，經(jīng)過式（2），計(jì)算實(shí)際溫度過程為：

單片機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位；復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；最后發(fā)送RAM操作指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作［5］。單片機(jī)把溫度寄存器的值讀出來，經(jīng)過公式（1）、（2）的運(yùn)算，就得到當(dāng)前溫度是實(shí)際值。

2.2 液晶顯示模塊

JHD12232D是由JHD公司生產(chǎn)的一種小型液晶顯示器，不僅可以顯示字符，漢字，數(shù)字，還可以顯示圖形，具有滾屏功能，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定。JHD12232D液晶顯示器為122×32 點(diǎn)陣，內(nèi)部由 SED1520 驅(qū)動(dòng)［6－7］，可以顯示 2 行 16×16點(diǎn)陣的漢字，或者顯示2行8×16點(diǎn)陣的ASCAL碼，或者顯示4行大小為8×8的字符。由于一個(gè)SED1520只能驅(qū)動(dòng)61×32列點(diǎn)陣，故需要左右兩塊SED1520，分別驅(qū)動(dòng)列地址0～60（主控），61～121（從控），共 122 列。 同時(shí)，JHD12232D 共 32行，分為 4 頁：Page0，Page1，Page2，Page3。 由列地址和頁地址就可確定字符顯示的位置，如表1所示。JHD12232D本身不帶字庫(kù)，需要自定義字庫(kù)，每頁上的每列有8個(gè)點(diǎn)陣，按照從下到上的順序構(gòu)成，由此可以設(shè)計(jì)JHD12232D的字庫(kù)。為方便獲得各種字庫(kù)，可以采用字庫(kù)生成軟件，比如字模軟件Zimo21，只需輸入所需要的漢字、字符或圖片，就可得到相應(yīng)的字庫(kù)。

表1 JHD12232D位置表Tab.1 The position of JHD12232D

JHD12232D顯示原理：首先由字模軟件生成字庫(kù)，把JHD12232D初始化，按照頁碼從Page0到Page3，列地址從0到121的順序顯示字庫(kù)。一個(gè)16×16的漢字，需要Page0，Page1（或者 Page2，Page3）兩頁，Page0（或者 Page2）顯示漢字上半部分，Page1（或者Page3）顯示漢字下半部分?；蛘咭环?22×32的圖片，分為4頁顯示，每頁顯示圖片的1/4。

2.3 單片機(jī)控制模塊

系統(tǒng)用STC89C51RC單片機(jī)作為主控制芯片。該芯片是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗單片機(jī)。其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，工作頻率范圍為0～40 MHz，相當(dāng)于 8051 的 0～80 MHz，內(nèi)部有 4k 程序空間，片上集成1 280字節(jié)RAM。系統(tǒng)集成看門狗技術(shù)，用戶程序用ISP/IAP機(jī)制寫入，一邊寫一邊校驗(yàn)，無讀出命令，徹底無法解密［8］。與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，該芯片價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，同時(shí)完全能夠滿足溫度檢測(cè)與控制的要求，既提高了穩(wěn)定性，安全性，也降低了成本。

2.4 按鍵模塊

系統(tǒng)中共用了4個(gè)按鍵，其中1個(gè)作系統(tǒng)復(fù)位用，另3個(gè)按鍵為功能按鍵，設(shè)置報(bào)警溫度的最高值和最低值，直接接在單片機(jī)的I/O口上。這4個(gè)按鍵的具體功能如表2所示。

表2 按鍵功能表Tab.2 The function of button

2.5 報(bào)警和控制模塊

當(dāng)檢測(cè)溫度超過設(shè)定溫度值時(shí)，單片機(jī)控制控制系統(tǒng)就采取相應(yīng)的操作。比如在智能家居中，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)控制空調(diào)的制冷系統(tǒng)開始工作；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，控制空調(diào)的制熱系統(tǒng)工作。在恒溫水龍頭系統(tǒng)中，單片機(jī)可控制冷水和熱水的混合比例，使水達(dá)到恒溫。同時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到的溫度在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器停止報(bào)警，控制系統(tǒng)也不采取相應(yīng)措施。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括DS18B20溫度檢測(cè)和處理，JHD12232D顯示，報(bào)警溫度上下限設(shè)置，報(bào)警及智能控制等。其中DS18B20溫度檢測(cè)和處理包括：DS18B20初始化子程序，DS18B20讀字節(jié)子程序，DS18B20寫字節(jié)子程序，DS18B20讀溫度子程序，DS18B20溫度轉(zhuǎn)化子程序。JHD12232D顯示主要包括：JHD12232D主控發(fā)送命令子程序，JHD12232D主控發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，JHD12232D從控發(fā)送命令子程序，JHD12232D從控發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，JHD12232D初始化子程序，JHD12232D列地址設(shè)置子程序，JHD12232D頁地址設(shè)置子程序，JHD12232D靜態(tài)顯示子程序，JHD12232D動(dòng)態(tài)顯示子程序。報(bào)警溫度上下限設(shè)置包括：報(bào)警溫度設(shè)置提示子程序，鍵盤掃描子程序，報(bào)警溫度上限調(diào)整子程序，報(bào)警溫度下限調(diào)整子程序，報(bào)警溫度動(dòng)態(tài)顯示子程序。報(bào)警及智能控制包括：溫度對(duì)比子程序，報(bào)警子程序等。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖Fig.3 Flow chart of main program

系統(tǒng) 采 用 單 片 機(jī) C 語 言編 寫［9－10］，經(jīng) 在 Keil uVision4 中編譯后，用STC_ISP_V483軟件下載到微處理器中運(yùn)行。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)用單片機(jī)STC89C51為控制器，智能溫度傳感器DS18B20檢測(cè)溫度，液晶顯示器JHD12232D動(dòng)態(tài)顯示溫度、操作提示信息、報(bào)警信息，按鍵自由設(shè)定在－55～128℃范圍內(nèi)的報(bào)警溫度上下限。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的智能檢測(cè)與控制，我們將該系統(tǒng)用在環(huán)境溫度檢測(cè)和智能家居控制系統(tǒng)中，經(jīng)長(zhǎng)期觀察，性能穩(wěn)定。同時(shí)，對(duì)該系統(tǒng)稍加改造，可廣泛的應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、無線溫度檢測(cè)等各種場(chǎng)所。

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