一、溫度記錄器設(shè)計(jì)
設(shè)備按照用戶通過按鍵設(shè)定的時(shí)間間隔自動(dòng)采集并存儲(chǔ)溫度，并具有采集完成提醒、數(shù)碼管顯示等功能，系統(tǒng)硬件部分主要由按鍵電路、電源供電電路、RTC時(shí)鐘、傳感器電路和顯示電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框圖
設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：
1.數(shù)碼管顯示
1.1 設(shè)備上電后，自動(dòng)進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面（圖2）此時(shí)，通過按鍵S4切換4個(gè)溫度采集間隔時(shí)間，分別為1秒，5秒和60秒；
圖2 參數(shù)設(shè)置界面（上電默認(rèn)）
按下按鍵S5，確認(rèn)采集間隔時(shí)間，并退出參數(shù)設(shè)置界面（圖2），進(jìn)入時(shí)鐘顯示界面（圖3），并開始采集溫度。
圖3 時(shí)鐘顯示界面
1.2 當(dāng)設(shè)備按照用戶設(shè)定的采集間隔采集到10個(gè)數(shù)據(jù)后，指示燈L1閃爍提示本次溫度采集已經(jīng)完成，此時(shí)進(jìn)入數(shù)碼管采集溫度界面（圖4）：
圖4溫度采集顯示界面
此時(shí)，按下S6，L1熄滅，按照時(shí)間先后順序，切換顯示設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)，按下S7按鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面（圖2），待用戶輸入溫度采集間隔之后，可以進(jìn)行下一次的溫度采集工作。
說明：索引指的是當(dāng)前顯示的溫度按照采集時(shí)間先后順序的編號（00-09）。
2. 溫度檢測功能
使用DS18B20溫度傳感器完成溫度的測量功能；
3. 實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC
使用DS1302時(shí)鐘芯片完成RTC的相關(guān)功能。
4. 設(shè)備工作模式說明
（1）默認(rèn)RTC時(shí)間：23時(shí)59分50秒；
（2）默認(rèn)溫度數(shù)據(jù)采集間隔為1秒；
（3）設(shè)備處在不同的顯示界面下，與該界面無關(guān)的操作無效；
（4）溫度數(shù)據(jù)最大存儲(chǔ)容量：10個(gè)。
二、溫度監(jiān)控器設(shè)計(jì)
“溫度監(jiān)控器”可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度檢測及報(bào)警功能；通過EEPROM存儲(chǔ)上下限溫度數(shù)值，溫度上下限數(shù)值可通過外部按鍵更改。系統(tǒng)硬件電路主要有單片機(jī)控制電路、數(shù)碼管顯示電路、EEPROM存儲(chǔ)電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(設(shè)計(jì)部分)、鍵控制電路及繼電器組成，系統(tǒng)框圖如圖2所示：
設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：
1.數(shù)碼管顯示單元
通過8位共陽數(shù)碼管顯示溫度信息，包括設(shè)定的溫度上下限數(shù)值和當(dāng)前溫度值，顯示格式如圖3所示：
2.溫度測量單元
通過DS18B20數(shù)字溫度芯片測量環(huán)境溫度。
3.按鍵控制單元
獨(dú)立按鍵S4設(shè)定為“加上限”按鍵；每按下一次，溫度上限值增加1℃；
獨(dú)立按鍵S5設(shè)定為“加下限”按鍵；每按下一次，溫度下限值增加1℃；
獨(dú)立按鍵S6設(shè)定為“減上限”按鍵；每按下一次，溫度上限值減少1℃；
獨(dú)立按鍵S7設(shè)定為“減下限”按鍵；每按下一次，溫度下限值減少1℃。
4. EEPROM記錄單元
系統(tǒng)通過AT24C02存儲(chǔ)溫度信息，AT24C02內(nèi)部存儲(chǔ)地址0x00和0x01分別存儲(chǔ)
溫度上下限數(shù)據(jù)信息；溫度上下限數(shù)據(jù)可通過外部按鍵進(jìn)行修改，并通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式如圖4所示：
圖4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式
5. 溫控單元
若當(dāng)前溫度數(shù)值超過EEPROM中存儲(chǔ)的溫度上限數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)P34口產(chǎn)生周期為1KHz占空比為30%的PWM信號驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)工作。待溫度恢復(fù)到上下限閾值內(nèi)時(shí)，P34口輸出高電平，直流電機(jī)停止工作。若當(dāng)前溫度低于EEPROM中存儲(chǔ)的溫度下限數(shù)據(jù)，繼電器打開，當(dāng)溫度恢復(fù)到上下限閾值內(nèi)時(shí)，繼電器自動(dòng)關(guān)閉。
7.系統(tǒng)初始狀態(tài)說明
上、下限溫度值需要設(shè)定在0℃到99℃范圍內(nèi)，下限值不大于上限值。系統(tǒng)上電后，
從EEPROM中讀取溫度上、下限數(shù)值，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度。
三、智能傳送裝置設(shè)計(jì)
“傳送裝置”可實(shí)現(xiàn)貨物重量檢測，改變裝置的傳輸方向，超重記錄及超重報(bào)警功能。“傳送裝置”的硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、數(shù)碼管顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、EEPROM存儲(chǔ)電路、按鍵控制電路、蜂鳴器及繼電器電路組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
1.重量測量及顯示單元
通過AD檢測電路，檢測電位器Rb2輸入的電壓信號，模擬“貨物”的重量；假定
Rb2輸入的電壓信號與“貨物”重量具有線性關(guān)系，電壓為2.5V時(shí)，貨物重量為500kg；電壓為0V時(shí)，“傳送裝置”空載。通過4位共陽數(shù)碼管顯示當(dāng)前“貨物”重量。
2.按鍵控制單元
獨(dú)立按鍵S4設(shè)定為啟動(dòng)按鍵；當(dāng)S4按下后，繼電器接通，“傳送裝置”啟動(dòng)；
獨(dú)立按鍵S5設(shè)定為正向傳送控制按鍵；S5在“傳送裝置”啟動(dòng)后才被使能，當(dāng)S5
按下后，發(fā)光二極管從L1到L8以0.2秒為間隔依次循環(huán)點(diǎn)亮，“傳送裝置”開始正向傳送“貨物”；
獨(dú)立按鍵S6設(shè)定為反向傳送控制按鍵；S6在“傳送裝置”啟動(dòng)后才被使能，當(dāng)S6
按下后，發(fā)光二極管從L8到L1以0.2秒為間隔依次循環(huán)點(diǎn)亮，“傳送裝置”開始反向傳送“貨物”；
獨(dú)立按鍵S7設(shè)定為停止按鍵；當(dāng)S7按下后，繼電器斷開，所有發(fā)光二極管處于熄滅狀態(tài)，“傳送裝置”停止。
3.超重報(bào)警單元
設(shè)定“傳送裝置”額定載重為750kg，若“貨物”重量超出此額定值，傳送裝置自動(dòng)停止（繼電器斷開、所有發(fā)光二極管熄滅），蜂鳴器開始報(bào)警；“貨物”重量小于額定載重后，傳送裝置自動(dòng)恢復(fù)到工作狀態(tài)（繼電器接通、發(fā)光二極管重新循環(huán)點(diǎn)亮），同時(shí)關(guān)閉蜂鳴器報(bào)警。
4.超重記錄單元
當(dāng)“傳送裝置”載重超過額定載重后，自動(dòng)將AD轉(zhuǎn)換后的結(jié)果保存到EEPROM中，若“貨物”重量未發(fā)生變化，僅存儲(chǔ)一次測量結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式如下圖所示：
5.系統(tǒng)初始狀態(tài)說明
系統(tǒng)上電后，自動(dòng)檢測當(dāng)前“貨物”重量，并通過數(shù)碼管顯示；“傳送裝置”處于停止?fàn)顟B(tài)（繼電器斷開），此時(shí)系統(tǒng)不能夠自動(dòng)恢復(fù)到工作狀態(tài)（繼電器接通）。
四、小區(qū)自動(dòng)售水機(jī)設(shè)計(jì)
模擬自動(dòng)售水機(jī)的工作流程，通過按鍵控制售水機(jī)的水流出和停止；通過數(shù)碼管顯示費(fèi)率、出水量及總費(fèi)用；通過光敏電阻檢測環(huán)境亮度，在亮度過低的情況下，自動(dòng)開燈。系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、數(shù)碼管顯示電路、AD轉(zhuǎn)換電路及功能按鍵組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示：
設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
1.按鍵控制單元
設(shè)定按鍵S7為出水控制按鍵，當(dāng)S7按下后，售水機(jī)持續(xù)出水（繼電器接通，指示燈L10點(diǎn)亮）。設(shè)定按鍵S6為停水控制按鍵，當(dāng)S6按下后，停止出水（繼電器斷開，指示燈L10熄滅）。
2.數(shù)碼管顯示單元
通過4位數(shù)碼管DS1顯示費(fèi)率，單位為元/升，保留2位有效數(shù)字；
通過4位數(shù)碼管DS2顯示當(dāng)前出水量（出水時(shí)，單位為升）和總價(jià)（停止時(shí)，單位為元）：按下出水鍵S7后，清除數(shù)碼管DS2顯示數(shù)據(jù)，數(shù)碼管DS2實(shí)時(shí)顯示出水量，保留2位有效數(shù)字），在出水狀態(tài)下，再次按下S7，不會(huì)影響出水狀態(tài)，直到按下停止鍵S6為止；按下停止出水鍵S6后，數(shù)碼管DS2顯示總價(jià)（保留2位有效數(shù)字）。
例：當(dāng)S7按下后，數(shù)碼管示意圖如圖2所示：
當(dāng)S6按下后，數(shù)碼管示意圖如圖3所示：
3.AD轉(zhuǎn)換單元
通過光敏電阻RD1和AD轉(zhuǎn)換芯片PCF8591組成的亮度檢測電路（亮度值轉(zhuǎn)換為PCF8591通道1的電壓）檢測環(huán)境亮度；當(dāng)PCF8591通道1輸入的電壓小于1.25V時(shí)，L1燈點(diǎn)亮，大于1.25V時(shí)L1熄滅。
系統(tǒng)說明：
1.假定水價(jià)為0.5元/升，出水速度為100ml/s。
2.一次出水總量達(dá)到99.99L時(shí)，繼電器自動(dòng)斷開，數(shù)碼管DS2顯示價(jià)格。
五．溫度采集與控制裝置
模擬“溫度采集與控制裝置”用于溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，單片機(jī)采集18B20溫度傳感器的輸出信號，并送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示，通過傳感器得到的溫度數(shù)據(jù)將與用戶設(shè)定溫度上限、下限值進(jìn)行比較，再由單片機(jī)啟動(dòng)控制或報(bào)警電路。系統(tǒng)硬件部分主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示、DS18B20溫度傳感器、矩陣鍵盤等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖所示。
圖1 系統(tǒng)組成框圖
設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
1.溫度檢測
溫度檢測采用DS18B20溫度傳感器，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后，與用戶設(shè)定的溫度上限(Tmax)和溫度下限(Tmin)比較，確定當(dāng)前溫度所處的區(qū)間，數(shù)碼管顯示格式如圖2所示，
圖2 溫度顯示界面
關(guān)于溫度區(qū)間的說明：
溫度區(qū)間0：當(dāng)前溫度<Tmin
溫度區(qū)間1：當(dāng)前溫度Tmin≦T≦Tmax
溫度區(qū)間2：當(dāng)前溫度>Tmax
可設(shè)定的最大溫度區(qū)間：0℃~99℃
2.用戶輸入3×4鍵盤
通過矩陣鍵盤設(shè)定系統(tǒng)的工作參數(shù)，各個(gè)按鍵的功能定義如圖3所示：
圖3矩陣鍵盤功能定義
“設(shè)置”鍵按下后進(jìn)入工作參數(shù)設(shè)置界面，如圖4所示，依次按下設(shè)定的數(shù)值，再次按下“設(shè)置”按鍵，保存當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)，并退出工作參數(shù)設(shè)定界面。
圖4 數(shù)碼管顯示格式-溫度設(shè)定界面
以設(shè)定Tmax為35℃，Tmin為25℃為例說明參數(shù)設(shè)定過程：按下“設(shè)置”鍵，然后依次按下數(shù)字按鍵“3”“5”“2”“5”，如圖5所示，再次按下“設(shè)置”鍵，完成參數(shù)設(shè)定，并退出參數(shù)設(shè)定界面。在輸入過程中，按下“清除”按鍵，將清除當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)，若設(shè)定工作參數(shù)有誤，如Tmax<Tmin，L2常亮，修正錯(cuò)誤設(shè)定并保存參數(shù)后，L2熄滅。
圖5 數(shù)碼管顯示格式-溫度設(shè)定界面
3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)由L1和繼電器組成，用于報(bào)警和連接外部高低溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3.1 實(shí)時(shí)溫度處在溫度區(qū)間0，繼電器關(guān)閉，指示燈L1以0.8s為間隔閃爍；
3.2 實(shí)時(shí)溫度處在溫度區(qū)間1，繼電器關(guān)閉，指示燈L1以0.4s為間隔閃爍；
3.3實(shí)時(shí)溫度處在溫度區(qū)間2，繼電器打開，指示燈L1以0.2s為間隔閃爍；
4. 初始化狀態(tài)說明
系統(tǒng)默認(rèn)的溫度上限（Tmax）為30℃，溫度下限（Tmin）為20℃,可以通過矩陣鍵盤修改。
六 帶有溫度顯示的電子鬧鐘
設(shè)計(jì)具有溫度顯示功能的電子鐘，系統(tǒng)組成框圖如圖所示。
圖1 系統(tǒng)組成框圖
1 初始化
1）關(guān)閉蜂鳴器、繼電器等無關(guān)外設(shè)；
2）設(shè)備初始化時(shí)鐘為 23 時(shí) 59 分 50 秒，鬧鐘提醒時(shí)間 0 時(shí) 0 分 0 秒。
2 顯示功能
1) 時(shí)間顯示格式
2) 溫度顯示格式
3 按鍵功能
1）按鍵 S7 定義為“時(shí)鐘設(shè)置”按鍵，通過該按鍵可切換選擇待調(diào)整的
時(shí)、分、秒，當(dāng)前選擇的顯示單元以 1 秒為間隔亮滅，時(shí)、分、秒的調(diào)整需注意數(shù)據(jù)邊界屬性。
2）按鍵 S6 定義為“鬧鐘設(shè)置”按鍵，通過該按鍵可進(jìn)入鬧鐘時(shí)間設(shè)置
功能，數(shù)碼管顯示當(dāng)前設(shè)定的鬧鐘時(shí)間。
3）按鍵 S5 定義為“加”按鍵，在“時(shí)鐘設(shè)置”或“鬧鐘設(shè)置”狀態(tài)下，每次按下該按鍵當(dāng)前選擇的單元（時(shí)、分或秒）增加 1 個(gè)單位。
4）按鍵 S4 定義為“減”按鍵，在“時(shí)鐘設(shè)置”或“鬧鐘設(shè)置”狀態(tài)下，每次按下該按鍵當(dāng)前選擇的單元（時(shí)、分或秒）減少 1 個(gè)單位。
5）按鍵功能說明：
按鍵 S4、S5 的“加” 、 “減”功能只在“時(shí)鐘設(shè)置”或“鬧鐘設(shè)置”狀態(tài)下有效；在 “時(shí)鐘顯示”狀態(tài)下，按下 S4 按鍵，顯示溫度數(shù)據(jù)，松開按鍵，返回“時(shí)鐘顯示”界面。
4 鬧鐘提示功能
1）指示燈 L1 以 0.2 秒為間隔閃爍，持續(xù) 5 秒鐘；
2）鬧鐘提示狀態(tài)下，按下任意按鍵，關(guān)閉閃爍提示功能。
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