基于单片机的汽车水温表设计方案

1 基于单片机的汽车水温表设计方案 2 汽车水温表简介 车水温表概述 汽车水温表是用来指示汽车发动机冷却水的工作温度，并向司乘人员显示发动机工作水温是否工作正常。它由装在气缸盖上的温度传感器和转在仪表盘上的水温表组成。 见汽车水温表的工作原理 常见的汽车水温表有电热式、电磁式和蒸气压力是三类，它们与不同的感应器相配合，进行水温测定。 热式水温表工作原理 当汽车发动机水温升高使双金属片向离开固定触点的方向弯曲，使触点彼此接触的压力减弱；通过压力的减弱增加打开的时间，使通过 加热线圈的电流平均值减小，水温表指针指向高温。水温降低时，触电压力增大，平均电流增大，水温表的双金属片弯曲怎大，指针指向低温。如图 2示； 图 2 1 电热式水温表 磁式水温表工作原理 电磁式水温表内有两个铁芯式线圈，在线圈交叉位置上，装有小磁片、配重和指针等 2 组成的转子，传感器为温度系数热敏电阻。低温时，传感器热敏电阻阻值为 1000，此时，线圈 大电阻串联 ,通过的电流，大部分流入 综合电场是指针停在刻度 32处。当温度升高时，传感器受温度的影响，热敏电阻阻值变小（约为 150）， 通过电流，对减少，磁场的综合作用是指针向高温 100刻度移动。如图 2示； 图 2 2 电磁式水温表 气压力式水温表工作原理 当水温表的感温包受热时，充灌在其中的介质（氯乙烷或乙醚等）受热蒸发（乙醚液体在大气压力下的沸点是 34），蒸气压力通过毛细管进入弹簧管，压力迫使弹簧向外扩张，弹簧管的自由端与连杆的一头销钉连接，连杆的另一端与扇形齿轮固定。传动机构中，扇形齿轮与中心齿轮啮合传动，并使装在中心齿轮轴上的指针在刻度盘上指出被测介质温度值。感温包内液体体积受感温包与弹簧 管相对位置影响。如图 2示； 3 图 2 3 蒸气压力式水温表 3 水温表总体原理及设计 件总体设计 设计并制作一个基于单片机的 汽车水温表 的电路，其结构框图如图 2 图 3 1 系统结构框图 件系统子模块 (1) 单片机最小系统电路部分 (2) 温度采集电路部分 (3) 数码管温度显示电路部分 件总体设计 良好的设计方案可以减少软件设计的工 作量，提高软件的通用性，扩展性和可读性。 本系统的设计方案和步骤如下 ： (1) 根据需求按照系统的功能要求，逐级划分模块。 (2) 明确各模块之间的数据流传递关系，力求数据传递少，以增强各模块的独立性，便于软件编制和调试。 (3) 确定软件开发环境，选择设计语言，完成模块功能设计，并分别调试通过。 (4) 按照开发式软件设计结构，将各模块有机的结合起来，即成一个较完善的系统。 单片机码管显示 温度传感器 4 首先接通电源系统开始工作，系统开始工作后，通过 温度传感器 开始实时检测，调用显示子程序显示检测结果 。 4 水温表硬件设 系统电路 因为 8956字节的 此不必构建单片机系统的扩展电路。如图 3 1，单片机最小系统有复位电路和振荡器电路。值得注意的一点是单片机的 31脚 必须接高电平，否则系统将不能运行。因为该脚不接时为低电平，单片机将直接读取外部程序存储器，而系统没有外部程序存储器，所以 必须接 在按键两端并联一个电解电容，滤除交流干扰，增加系统抗干扰能力。 P P 12 /V S E T 012I N T 113 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E E / 41 0 U 8 9S 5 2V C 5)图 4 1 单片机最小系统 图 码管显示电路 （ 1）数码管显示说明 各个数码管的段码都是单片机的数据口输出 ， 即各个数码管输入的段码都是一样的 ，为了使其分别显示不同的数字 ， 可采用动态显示的方式 ， 即先只让最低位显示 0(含点 )，经过一段延时，再只让次低位显示 1，如此类推。由视觉暂留 ， 只要我们的延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚 ， 过程如 表 3 5 表 4码管编码表 段码 位码 显示器状态 08H 01H 0 2H 1 12H 04H 2 22H 08H 3 0H 4 24H 20H 5 04H 40H 6 0H 7 本论文中使用了 3个数码管，其中前两位使用动态扫描显示实测温度，在设置加热温度的时候，两个数码管是闪烁，以提示目前处在温度设置状态。第三位数码管静态显示符号“” 。 度采集电路 （ 1） 绍 一线器件 ” 体积更小、适用电压更宽、更经济 。 度传感器 一线总线 ” 接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 一线总线 ” 数字化温度传感器同 一线总线 ” 接口，测量温度范围为 +125 ，在 +85 范围内 ,精度为 。 2 。现场温度直接以 “ 一线总线 ”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。其 6 图 4装 引脚定义： 输出端； 寄生电源接线方式时接地）。 （ 2） 1 统 单线总线结构是 是理解和编程的难点。从两个角度来理解单线总线：第一，单线总线只定义了一个信号线，而且 点可以与微控制器和 所以 二， 里给出一个微控制器和 种设计使总线上的器件在合适的时间驱动它。显然，总线上的器件与（ 系。这就决定：（ 1）微控制器不能单方面控制总线状态。之所以提出这点，是因为相当多的文献资料上认为，微控制器在读取总线上数据之前的 I/操作是为了给 是一个错误的观点。如果当前，即使微控制器 I/，总线状态还是 0;置 1操作是为了是 I/以确保微控 制器正确读取数据。（ 2）除了 的时间段，其他时间其输出口自动截止。自动截止是为确保： 1时，在总线操作的间隙总线处于空闲状态，即高态。2时，确保微控制器在写 1的时候 由于 在一根数据线实现数据的双向传输，而对 件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 图 3 4复位时序图 对于 时序和读 1时序两个过程。 7 对于 15秒之内就得释放单总线，以让 少需要 60 图 4读时序 对于 时序和写 1时序两个过程。 对于 时序和写 1时序的要求不同 ，当要写 0时序时，单总线要被拉低至少60证 55 0” 电平，当要写 1时序时，单总线被拉低之后，在 15图 3 图 4写时序图 （ 3） 在图 3 个电路便 “ 取 ” 的电源。寄生电路的优点是双重的 ， 远程温度控制监测无需本地电源 ， 缺少正常电源条件下也可以读 了使 变换，当温度变换发生时， 有两种方法确保 其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方法是发生温度变换时，在 上提供一强的上拉，这期间单总线上不能有其它的动作发生。如图 3示，通过使用一个 直接接到电源可实现这一点，这时 作在寄生电源工作方式，在该方式下 脚必须连接到地。 8 图 4 电方式 1 另一种方法是 作在外部电源工作方式，如图 3示。这种方法的优点是在 上不要求强的上拉，总线上主机不需要连接其它的外围器件便在温度变换期间使总线保持高电平，这样也允许在变换期间其它数据在单总线上传送。此外，在单总线上可以并联多个 且如果它们全部采用外部电源工作方式，那么通过发出相应的命令便可以同时完成温度变换。 图 4电方式 2 （ 4） 计中应注意的几个问题 温精度高、连接 方便、占用接口线少等优点 ， 但在实际应用中也应注意以下几方面的问题 ： 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿 ， 由于 微处理器间采用串行数据传送 。 因此 ， 在对 行读写编程时 ， 必须严格的保证读写时序 ， 否则将无法读取测温结果。在 关资料中均未提及 1 容易使人误认为可以挂任意多个 在实际应用中并非如此。当 1个时 ， 就需要考虑微处理器的总线驱动问题 ， 这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 连接 际应用中 ， 测温电缆线建议采用屏蔽 4芯双绞线 ， 其中一对线接地线与信号线 ， 另一组接 地线 ， 屏蔽层在源端单点接地。 本文以广泛应用的数字温度传感器 说明了 1实上 ， 基于 1 如 12时时钟、电子标签等。他们都具有节省 I/构简单、开发快捷、成本低廉、便于总线扩展等优点 ， 因此有广阔的应用空间 ， 具有较大的推广价值。 9 本设计将温度传感器 取温度传感器的数值。 V C /V S E T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 8 9S 5 2 18 2 0V C 单片机连接图 5 水温表的软件设计 本系统采用的是循环查询方式，来显示和控制温度的。主要包括四段程序的设计：码管的驱动程序，键盘扫描程序，以及抱经处理程序。 10 程序流程图 图 5程序流程 图 取温度 块的流程图 由于 输，而对 件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 有严格的时隙概念。因此系统对 作协议为：初始化 复位脉冲） 发 发存储器操作命令 处理数据 温精度高、连接方便、占用口线少等优点， 据数据手册上对应转换时间来超作，如为 12位转换，则应该是最大 750外在对 序要求非常严格，因此最好禁止系统中断。 由于 ，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，而每一次命初始化 开始 读 度转换 显示温度 返回 11 令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 （ 1）对于 时序和读 1时序两个过程。 （ 2）对于 15秒之内就得释放单总线 ,以让 少需要 60 （ 1）对于 时序和写 1时序两个过程。 （ 2）对于 时序和写 1时序的要求不同，当要写 0时序时，单总线要被拉低至少 60证 55 0” 电平，当要写 1时序时，单总线被拉低之后，在 15 系统程序设计主要包括三部分：读出温度子程序 、 温度转换命令子程序、显示温度子程序。 开 始初 始 化D S 1 8 B 2 0 存 在 吗 ？R O M 操 作 命 令存 储 操 作 命 令读 取 温 度 值返 回取温度 块的流程 图 程序代码为： a=0; b=0; 12 t=0; ; / 跳过读序号列号的操作 / 启动温度转换 0); ; /跳过读序号列号的操作 /读取温度寄存器等 a=; /低位 b=; /高位 b /包含头文件，一 般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义 #0 /定义数据端口 程序中遇到 用 换 22;/定义锁存使能端口 段锁存 23;/ 位锁存 Q=; 10=09 =0,即位码 ; /存储显示值的全局变量 /*时函数，含有输入参数 t，无返回 值 定义无符号字符变量，其值的范围是 15 0255 这里使用晶振 12M，精确延时请使用汇编 ,大致延时 长度如下 T= t) /*时函数，含有输入参数 t，无返回值 定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振 12M，精确延时请使用汇编 t) /大致延时 145); 45); 16 /*8始化 ; 1; /位 ); /稍做延时 0; /单片机将 低 00); /精确延时 大于 480于 96000); 1; /拉高总线 0); /1560 接收 60存在脉冲 Q; /如果 x=0 则初始化成功 , x=1 则初始化失败 5); /稍作延时返回 17 /*取一个字节 i=0; 0; i=8;i0; 0; / 给脉冲信号 =1; 1; / 给脉冲信号 Q) 05); 18 /*入一个字节 i=0; i=8; i0; 0; 5); 1; =1; 5); /*取温度 19 a=0; b=0; t=0; ; / 跳过读序号列号的操作 / 启动温度转换 0); ; /跳过读序号列号的操作 /读取温度寄存器等（共可读 9 个寄存器） 前两个就是温度 a=; /低位 b=; /高位 b4; ;/小数近似处理 =000)/100; /十位温度 000=0)&(000)/100=0)/消隐 =0; =00)/10; /十位温度 =00)%10|0,带小数点 22 = =0 /显示 C 符号 /*示函数，用于动态扫描数码管 输入参数 示需要显示的第一位，如赋值 2 表示从第三个数码管开始显示 如输入 0 表示从第一个显示。 示需要显示的位数，如需要显示 99