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作者：青岛滨海学院 王亚男 肖乔 毛伟伟

指导教师：陈立刚

　　作品简介

　　随着电子技术的不断发展，温度监测显示技术在社会上的应用也愈来愈广泛，如：工业的温度控制、军工事业、医疗仪器、电子测温系统、民用测温等，这些场合都需要用到温度监测技术，它给我们的生活带来了很大的帮助。

　　本设计题目游泳馆温度的点阵屏显示设计就应用到温度监测技术，而在本设计中对于温度的显示，采用的是双色LED点阵屏，LED点阵屏是信息传递的有力工具，经过多年的发展，在国内外的应用已经非常成熟。它从最初的单基色显示，经过双基色显示，到今天的全彩色阶段，在社会上已经得到了充分的应用。对于游泳馆温度的显示用点阵屏来说效果是非常好的，它能使人们很清晰的观察水温的变化，以便做出正确的判断。设计中还对水温做了一些处理，通过对游泳馆的水温进行监测，实现高温或低温报警和提示功能，来协助管理人员更好的对游泳馆进行管理。

　　系统工作原理如下：首先通过按键(或遥控)对游泳馆的水温设定一个范围，之后通过DS18B20进行实时监测，将采集到的温度通过单总线传送给单片机(IAP15F2K61S2)进行处理，与预先设定好的温度进行比较，当温度过高或过低时，就会驱动报警电路进行报警提示，并通过32X64 LED点阵屏对采集的信息进行实时显示。

　　平台选型说明

　　IAP15F2K61S2最小系统：电源电路、复位电路、晶振电路

　　电源部分：集成电源为点阵屏提供5V 3A电流，自制直流稳压电源输出双12V，功率10W电流为其他电路供电

　　温度检测模块：DS18B20传感器测量室温和水温

　　报警电路模块：S8550做驱动电路驱动蜂鸣器

　　点阵屏幕模块：采用32*64LED点阵屏幕

　　设计说明

　　本设计题目游泳馆温度的点阵屏显示设计就应用到温度监测技术，本文主要阐述了整个设计的过程以及用到的电路模块和C程序的编写。而在本设计中对于温度的显示，采用的是双色LED点阵屏，对于游泳馆温度的显示用点阵屏来说效果是非常好的，它能使人们很清晰的观察水温的变化，以便做出正确的判断。设计中还对水温做了一些处理，通过对游泳馆的水温进行监测，实现高温或低温报警和提示功能，来协助管理人员更好的对游泳馆进行管理。

　　该设计主要采用IAP15F2K61S2单片机作为主控芯片，DS18B20温度传感器进行温度采集，32*64点阵屏作显示，主要应用于对游泳馆温度进行实时监测，并对水温和室温进行显示，可以根据季节的变化，对水温设定一个适合本季节人们游泳的范围。

　　本设计是由核心处理模块、电源模块、温度采集模块、键盘输入模块、无线遥控模块、显示模块、报警模块及控制执行模块组成。

　　本设计采用IAP15F2K61S2作为控制核心，此芯片低功耗、处理速度快，对于设计中点阵屏的扫描是很有利的，且有较强的抗干扰能力，以减少外界对信号的干扰。使用DS18B20数字温度传感器进行温度采集，此芯片采集精度高、抗干扰性强、外部电路简单、测温范围广，且可以直接读出被测温度值。本设计中对室温和水温的采集，正是需要DS18B20的TO-92封装和防水封装两种形式，而对于显示部分则采用LED点阵屏，能直观的显示采集的信息，对本次设计而言，相对适宜。

　　电源部分的设计: 主要包括两部分：集成电源和自制直流稳压电源。

　　集成电源：由于本设计中点阵屏需要2A的电流才能使其显示更加稳定，所以，点阵屏的供电直接采用的是5V 3A的集成电源。

　　直流稳压电源：直流稳压电源电路的设计包括四个部分：变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。其中变压器是将220V交流电压降低输出;整流电路是将变压器输出的交流电转换为直流电;滤波电路是滤除纹波，使输出的直流电压曲线变得更加平滑;稳压电路使电压稳定到系统工作电压，不受外带负载的变压而产生影响。结构如图2-5所示。

　　本设计变压器采用的是输入~220V 输出双12V，功率为10W，整流部分采用的是集成的KLB608整流桥堆实现单相全波整流，其原理图如图2-6所示。

　　温度检测模块的设计:

　　在本设计中考虑到整流部分输出电压为12V，因此采用集成三端稳压芯片7812和 7805，符合电压输入范围，不需要加入中间过渡部分，可直接将7812和7805接入到整流电路后面来实现稳压效果。滤波稳压电路如图2-8和2-9所示。

     DS18B20是一种单总线数字温度传感器芯片，具有3引脚TO-92小体积和防水封装形式，如图2-10和2-11所示。温度测量范围为-55℃〜+125℃，可编程为9〜12为A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用16位补码方式串行输出;其工作电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源，单片机仅用一个I/O口就能控制DS18B20通信，占用单片机很少端口。

　　由于本设计需要对游泳馆的室温和水温进行检测，所以室温采用TO-92的封装，水温采用防水封装，探头采用不锈钢管进行封装，有良好的防水、防生锈和抗腐蚀性能，多用于液体介质或有防水要求的温度测量场合。本设计主要针对游泳馆的水温测试，因此选用防水DS18B20是十分合适的。

　　DS18B20内部主要由4个部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等。

　　DS18B20与单片机的接口:

　　为了使DS18B20在温度转化期间，能够得到充足的电源，因此，本设计采用外部电源进行供电，此时I/O不需要强上拉，也不存在电源电流不足的情况，可以保证转换的精度。连接方式如图2-12 所示。

　　报警电路模块的设计:

      本次设计，采用的报警电路是蜂鸣器报警和LED发光二极管进行指示，用S8550三极管做驱动，主要是针对游泳馆的水温进行报警指示。预先设定好水温范围，当检测温度高于或等于上限时，会给单片机一个信号，使蜂鸣器报警，同时用红色LED发光二级管进行指示;同理，当检测温度低于或等于下限时，蜂鸣器报警，同时黄色LED发光二极管进行指示。原理如图2-13(a)和2-13(b)所示。

　　32X64点阵屏原理的设计:

　　LED点阵屏是通过很多8X8 LED点块单元组成，而一个LED点阵块单元则是由64个发光二极管组成(如图2-15(a)和2-15(b)所示)， 以红色或绿色LED发光二极管的亮灭来对文字、图片、动画等进行显示。

　　本设计中采用的32X64LED点阵屏就是通过8X8双色LED点阵块(如图2-16)组合，通过单片机的控制可以实现红色、绿色和橙色的显示。

　　按键/无线遥控电路的设计:

　　本设计中点阵屏的驱动原理主要是通过对点阵屏的行驱动和列驱动来进行显示的。本设计采用74HC595做列驱动芯片，它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制使各自独立的，可以实现在锁存器显示本行列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。通过对4块74LS138译码器进行级联来作为行驱动。如图2-20所示，74LS138和74HC595驱动的部分级联图。

　　键盘电路模块:

　　键盘是单片机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信。键盘可以分为：独立式键盘和矩阵键盘，考虑到设计的需要，本设计采用独立式键盘结构。原理如图2-27所示。

　　无线遥控电路模块:

　　设计中采用了4个按键，分别是：设置、上加、下减和翻页，其中P2.4、P2.5、P2.6、P2.7是与单片机I/O口连接，A、B、C、D是与后面的无线遥控模块连接，设置是用来对水温进行设定，当第一次按下设置键时，是对水温上限进行调节;当第二次按下设置键时，是对水温下限进行调节;当三次按下设置键时，返回初始画面(即当前水温值)，上加使水温范围变大，下减使水温范围缩小，翻页是对整个点阵屏显示的操作。

　　本设计采用的无线遥控开关模块，主要是以无线遥控按键来代替手动按键，对显示屏实现远距离操控。如图2-28和2-29所示。

　　其中，A、B、C、D就是用来与图2-20 进行连接，以代替手动按键。对于工作方式的设置可以进行选择：当选择1、2位置是，设定输出方式为点动;当选择3、4位置时。设定输出方式为自锁，当不选择时，设定输出方式为互锁。考虑到本设计的需要，采用第一种工作方式(即点动)。另有一个无线发送模块，当按下A时，A继电器吸合，松开后继电器断开，此时，就会给单片机发送相应的信号，经过单片机处理后会去控制后面的显示。同理，按B、C、D时，都会有相应的动作。

　　主程序设计：

　　本设计采用IAP15F2K61S2单片机作为主控核心，通过DS18B20采集温度，将信号送入控制器进行处理，之后去控制相应的电路，最后在点阵屏上进行显示，并实现温度监测报警功能。在主程序中首先要对各个模块进行初始化，然后才能进入显示界面，对温度设定，最后通过检测的温度与设定温度进行比较，做出判断，以实现本设计的目的。

　　程序设计的流程图如图3-6所示。

　　性能测试：

　　本设计完成好之后，经过测试没有问题，并在实际生活中应用了一段时间，系统工作状态没有任何异常，已达到设计的目的。如图4-1和4-2是设计初始化的工作界面。

　　系统功能测试：

　　对于本设计，可以实现以下几个功能：可以进行汉字的显示，可以通过遥控对屏幕进行翻屏显示，对室温和水温进行实时监测，并可以根据当前的季节对水温做出调整，以达到适合人们活动的水温，在温度过高或过低都会进行报警指示，给管理人员做出提示。如下图所示界面测试，已实现预期的功能。

　　总 结

　　论文介绍了用点阵屏实现对温度显示的设计原理，以及对温度做了一些处理，通过温度的变化实现对游泳馆的水温进行控制。本设计的题目游泳馆温度的点阵屏显示设计，意在改变现有设备不能对温度进行控制的局限性，增强其通用性、方便性、实用性、稳定性等指标。设计内容主要包括对游泳馆室温、水温进行监测显示及报警，无线遥控模块、按键模块、电源模块等硬件电路的设计，以及C语言程序控制的设计及其程序的编写。

　　在设计的过程中，很多控制电路都经过合理化研究，很多繁琐的电路，在不影响设计的情况下，都对电路做了进一步修改。给单片机节省了很多资源，如键盘的选择并没有采用通用的4X4式矩正键盘，而是采用了独立键盘，一键多用的功能，使电路变得更加简洁清晰。无线遥控模块的设计，使本设计的操作变得更加方便。还有控制核心是采用了IAP15F2K61S2单片机作为主控芯片，对整个程序的扫描带来了很大好处，增加了设计的稳定性。

　　通过本次的设计，让我学到了很多书本上没有的东西，让我知道了不仅要学好理论知识，更重要的是要锻炼自己的实践能力，本次实物的制作对于我的动手能力就是一个很大的提高，也为我以后走入社会奠定了基础。以后的生活中我会更加努力的学习，将所学的知识运用到实践中，为社会的进步增添一份力量。

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