【正文】 ....................................................... 33 控制算法 .................................................................................................................... 33 4 溫度控制系統(tǒng) Proteus 仿真 ............................................................................................ 35 仿真說明 .................................................................................................................... 35 仿真結果 .................................................................................................................... 35 結論 ............................................................................................................................ 37 致謝 ..................................................................................................................................... 38 參考文獻 ............................................................................................................................. 39 附錄Ⅰ程序清單 ................................................................................................................. 40 畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 簡介 及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制 ， 在許多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié) .水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動運作，例如 冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等 ， 對工件的 水 處理溫度要求嚴格控制 。對于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個范圍。超過這個范圍，系統(tǒng)或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。對于，超過適宜范圍的溫度能夠報警。同時，我們也希望在適宜溫度范圍內(nèi)可以由檢測人員根據(jù)實際情況加以改變。 單片機對溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制方法 。 從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機以來， 80 年代單片機技術進入快速發(fā)展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機將微處理器、存儲器、定時 /計數(shù)器、 I/O 接口電路等集成在一個芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個小型化的微機系統(tǒng)。單片機技術與傳感與測量技術、信號與系統(tǒng)分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數(shù)據(jù)庫技術以及數(shù)據(jù)結構、計算機操作系統(tǒng)、匯編 語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結構設計和制造工藝等的結合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 隨著電視監(jiān)視器材、 計算 機技術的日益 發(fā)展 ，圖形監(jiān)視系統(tǒng)在電視系統(tǒng)或監(jiān)控場所得到了廣泛地 應用 。用圖形來實時顯示被控對象（攝像機、終端設備等）在操作過程中的狀態(tài)，具有清晰明了、形象直觀且可以及時處理反饋信息。它比數(shù)字儀表包含的信息量大得多，因此使現(xiàn)場監(jiān)控人員的工作方式得到了改進，效率也由此得到了很大的提高。現(xiàn)場電視監(jiān)控系統(tǒng)由實時控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)及管理信息系統(tǒng)組成。實時控制系統(tǒng)完成實時數(shù)據(jù)采集處理、存儲、反饋的功能；監(jiān)視系統(tǒng)完成對各個監(jiān)控點的全天候的監(jiān)視，能 在多操作控制點上自動或手動切換多路圖像，能遙控前端設備，能使攝像鏡頭自動對焦等；管理信息系統(tǒng)完成各類所需信息的采集、接收、傳輸、加工、處理，是整個系統(tǒng)畢業(yè)設計（論文） 2 的控制核心。 目前 的圖形實時監(jiān)控軟件通常用 VC 或 VC++開發(fā)，它具備編譯各種可視化程序的功能，可以使計算機通過監(jiān)控界面達到對被控對象的各種實時操控。 因此 ， 本畢業(yè)設計 選擇設計一個水溫控制系統(tǒng) ， 采用單片機 進行 控制的水溫自動控制電路， 使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示， AT89C52 單片機 優(yōu)秀的實時控制功能、靈活的編程能力有機的結合起來 ， 并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法，使系統(tǒng)具有控制精度高的特點，對實現(xiàn)對水溫的自動控制，具 有重大的現(xiàn)實意義。 不但能用于學校的實驗教學及其它一些研究課題的開發(fā) ,同樣能用于工廠多點溫度的控制 ,提高工業(yè)企業(yè)自動化水平。 課題研究的內(nèi)容及要求 本次的畢業(yè)設計的題目是單片機 水 溫控制系統(tǒng)設計。它是多種技術知識的結合，不僅涉及到軟件的設計，而且還將應用電子技術與單片機的應用技術有機結合，使其具有精度高、測量誤差小、穩(wěn)定性好等特點。電路板的設計技術和機械加工工藝的巧妙結合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細等特點，能為它在其它領域的廣泛應用打下良好的基礎。因為經(jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多應用場合原來就有測溫控溫儀器，只是隨著對生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價比，我所設計 的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎上進行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點，主要闡述的是水溫自動控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方法。 課題的主要研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機控制的 水 溫控制系統(tǒng)的設計，主要是介 紹了對水箱溫度的顯示 ， 實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用 DS18BSTC89C52 單片機及 LCD 的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，而爐內(nèi)溫度控制部分，由 DS18B20 檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在 LCD 中顯示?？刂破魇怯?STC89C52 單片機，用 設定的算法對檢測信號和設定值的差值進行調(diào)節(jié)后輸出 PWM 控制信號給執(zhí)行機構，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構成多點的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片 DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其 ROM中，畢業(yè)設計（論文） 3 以便在構成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個 DS18S20 芯片。從 DS18S20 讀出或?qū)懭?DS18S20 信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也 可以向所掛接的 DS18B20 供電，而且不需要額外電源。同時 DS18B20 能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設計主要實現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設定，超過設定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接，再加上溫度控制部分和人機對話部分來共同實現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。 本系統(tǒng) 的功能 （ 1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用 1602LCD 液晶 來顯示水的實際溫度。 （ 2）能夠設定水的溫度值，設定范圍是 30℃ ～ 90℃ 。 （ 3） 用單片機 STC89C52 控制，通過按鍵來控制水溫的設定值 ，并保持恒定不變。 （ 4）誤差≤ 1℃ 本文的主要內(nèi)容 本文中具體做了如下幾方面工作： （ 1） 水溫 控制系統(tǒng)硬件的設計 水溫 控制系統(tǒng)硬件設計主要包括 STC89C52 單片機、溫度傳感器模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊 的介紹 。 （ 2） 水溫 控制系統(tǒng)軟件的設計 借助 Keil C51 開發(fā)工具， 以 C 語言為開發(fā)語言， 開發(fā)了單片機系統(tǒng)的溫度檢測與控制程序模塊、 對溫度傳感器模塊、顯示模塊、溫度控制模塊進行控制， 鍵盤 導入設定的溫度，使其與實際溫度進行運算并輸出 。 （ 3） 水溫 控制系統(tǒng) 的仿真 以 Proteus 為基礎，畫出電路圖加載各模塊， 加載程序并模擬實際電路的運行狀態(tài)并進行仿真 。 畢業(yè)設計（論文） 4 2 電阻爐溫度控制 系統(tǒng)工作原理 溫度控制 方案 總體設計 本系統(tǒng)以 STC89C52 為 核心 ，以 KEIL 為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺，以 C 語言進行程序設計，以 PROTEUS 作為仿真軟件設計而成的。 所設計的溫度控制 主要由單片機、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、 溫度 控制模塊、按鍵設定模塊 五部分組成。 對于溫度控制，采用單片機 STC89C52 組成的自動控制系統(tǒng) ，其系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖 1 所示 ： 圖 1 系統(tǒng)總體方框圖 在圖 1 中，溫度傳感器采用單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20； LCD 液晶顯示器 ，使用其動態(tài)顯示方式，實時顯示 DS18B20 采集到的水溫溫度。水箱的水大約為 1 升，電熱爐功率為 400W；按鍵設定分為設置按鍵 +1（ PLUS）， 1（ SUBS）功能，其特點是：可通過 UP 和 DOWN 鍵進行溫度閃爍加減設定；光耦采用 MOC3021，可控硅采用BTA16。 其 整體電路圖 如圖 2 所示。 溫度 給定值 89c52 控制電路 驅(qū)動 電路 晶閘管 主電路 被控 對象 輸出 溫度 采樣電路 畢業(yè)設計（論文） 5 圖 2 整體設計電路圖 溫度傳感器 模塊 溫度傳感器模塊采用 DS18B20，主要 功能是 實時 將 水溫 溫度數(shù)據(jù)返回單片機 ，將模擬信號轉換為數(shù)字信號，便于數(shù)據(jù)處理與決策，由于此模塊直接決定整個系統(tǒng)能否正常運行，所以是系統(tǒng)的核心模塊。 DS18B20 基本知識 DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 畢業(yè)設計（論文） 6 DS18B20 產(chǎn)品的特點 （ 1） 只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （ 2） 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （ 3） 實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （ 4） 測量溫度范圍在－ 55℃ 到＋ 125 之 ℃ 間。 （ 5） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 （ 6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 DS18B20 的引腳介紹 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 3，其引腳功能描述見表 1。 圖 3 底視圖 表 1DS18B20 詳細引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。 4． DS18B20 的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 STC89C52 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，畢業(yè)設計（論文） 7 單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 的復位時序 如圖 4 所示 ： 圖 4DS18B20 的復位時序 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程 ，如圖 5 所示 。 對于 DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us才能完成。 圖 5DS18B20 的讀時序 DS18B2