基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机的温控系统设计研究

常国锐

摘要：以PIC单片机为核心控制DS18B20温度传感器等外围电路模块实现了对多路温度的实时监测。论述了系统设计思路和软件设计流程。系统具有温度监测、自动拨号、语音报警功能，有较强的实用价值。

关键词：单片机；温度监测；自动拨号；语音报警

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1672-3198(2009)06-0272-02

1系统硬件电路的设计

1.1系统的功能框图

系统的主要组成部分包括：温度传感器DS18B20、PIC16F877单片机、可编程键盘/显示器接口芯片8279、OCM4X8C液晶显示器、MODEM、ISD2560语音芯片和信号音检测模块CR6230，系统的功能框图如图1所示。

系统选用美国Microchip公司生产的价格低廉、性能优良的PIC16F877单片机作为控制主体，充分利用其提供的软硬件资源，可使控制系统硬件电路设计相对简洁，提高系统的可靠性。但由于系统中的各种功能模块较多，每个模块都需要单片机给出一定数量的控制线、数据线等来完成相应的功能，而单片机的I/O资源有限，所以必须进行I/O扩展。这里是通过由单片机的3个I/O引脚(RC1-RC3)控制译码器74LS138从而给出8个选通信号，分别选通几个74LS373和74LS245来实现对各模块的控制与通信的。

此外，需要给单片机设计复位电路，这里采用RC复位电路，频率约为4MHz。

1.2多路温度采集

针对测量环境、精度和系统主机对监测点传输距离的不同要求，以及考虑元件的成本，选择美国DALLAS半导体公司最新推出的一种数字化单总线器件DS18B20。在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法。一种是将DS18B20的UDD接外部电源，GND接地，其I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时DS18B20的UDD、GND接地，其I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，DS18B20的I/O口线要接5K见左右的上拉电阻。DS18B20有六条控制命令，如表1所示。

CPUCPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作和对数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。

1.3信息显示

采用OCM4X8C液晶显示模块作为输出显示。可显示汉字及图形，采用单片机8位并行连接方式，通过给定命令和显示数据完成不同界面的显示。当单片机通过译码器对连接液晶显示模块的双向锁存器74LS245使能，并且相关引脚通过单片机传送适当的电平时，给出一定的指令字。实现显示的过程是：在传送命令的状态下先选择指令集清屏，然后指定在资料写入或读取时游标的移动方向及显示的移位，开显示，设定显示地址，然后进入传送数据的状态，根据要显示的内容从中文字库中找出相应的16进制代码并将其依次传给液晶显示器(此时要注意每行显示的字数限制)，之后单片机就可以对液晶显示模块进行读写操作。

1.4拨号设计

采用外置MODEM来实现拨号功能，单片机与MODEM之间采用串行通信，连接方式见图2。将电话线接入MODEM后，单片机按照RS232通信标准与MODEM相连，这里是通过MAX232芯片来实现TTL电平与RS232电平的转换，按照MODEM的工作波特率(9600bps)设置后，单片机串口发出相应AT命令可实现对MODEM的控制，同时MO-DEM在执行该命令后会返回一定的信息。返回信息对于判断MODEM是否正常工作以及电话是否拨通和被接听都有重要的作用。

选用4选1模拟开关4052芯片完成单片机与MODEM串行通信外和传感器模块的MAX485串行通信的控制。当单片机端口C的RC3=1、RC2=0、RC1=1时，译码器74LS138的译码线Y5有效，使得74LS373有效，因而来自单片机的RD4位锁存至4052的INH端，此时RD4的低电平来控制4052的选通。因4051的INH端通过反相器连接4052的INH端，所以不被同时选中。

为了实现MODEM与单片机的实时通信，将系统板上用于连接MODEM的D型插口的RST与CTS互联，DTR与DSR互联。

1.5语音控制模块

该部分主要是通过单片机控制语音芯片ISD2560来实现多段语音存储和播放。通过给定相应段地址和控制信号(录放音P/R和使能控制CE)，ISD2560及其外围电路即可实现对多段语音的存储和播放。由于语音的存储有600个地址，所以要用A0-A9共十位进行表示，对ISD2560输入地址，首先单片机的端口D通过74LS373输入A0-A7八位地址，然后再单独输入A8、A9两个高位地址。录音和放音是单片机通过RD7控制录放音引脚P/R实现的。

1.6信号音检测模块

信号音检测模块CR6230用于实现准确识别各种电话信号音，包括拨号音、回铃音、忙音和催挂音等功能。即：若得出某种结果后，相应的信号引脚则输出有效TTL电平。

接听的判断过程是单片机控制MODEM拨号后，识别回铃音信号是否有效，若无效则重拨或改拨号码；回铃音信号有效则等待，若其变为无效则判断此时对方是否接听，此后还要根据MODEM的返回值来进一步确定是否真被接听。信号的识别需要一定的周期才可以保证可靠性和准确率，所以在检测到信号音后要延时大约1s的时间，以保证准确的识别结果；同理，当信号消失后也应略有延时再清除。硬件设计是将电话线路经通信变压器CRE变换隔离后接入到CR6230的信号输入端IN引脚。通信变压器CRE3用于电话终端产品和中继线产品的线路接口部分，技术指标符合邮电部入网标准。将CR6230的BS、RS、PS、SS引脚分别通过锁存器74LS373与单片机的D3~D0连接，单片机通过读取端口D的低四位就能获得CR6230返回的当前信号状态。另外，若单片机通过控制译码器的Y2引脚将CR6230的CS引脚设置为接收低电平时，BS、RS、PS、SS引脚也将被设置为低电平，这样，其上的信号被清除以等待接收新的信号。

2系统的软件设计流程图

系统软件设计的难点在于对DS18B20的控制(如图3)。

3结语

设计以PIC单片机系统为核心，由单片机、温度传感器、RS-485串口通信和计算机组成，利用了DS18B20“一线总线”数字化温度传感器，能够对多点的温度进行实时巡检。各检测单元(从机)能独立完成各自功能，同时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到主控机，进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果(包括历史数据)进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调。本系统运行稳定、工作精度高，经测试，在-10℃~+70℃间测得误差为0.25℃，80℃到105℃时误差为0.5℃，当T>105℃误差增大到1℃左右。实践证明，该控制系统操作方便，维修简单，运行稳定、可靠。

参考文献

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