【正文】 .................................................................... 13 DS1302的結構 ..................................................................................... 13 DS1302與單片機接口電路 .................................................................... 14 供電電路 .................................................................................................. 14 第三章 系統(tǒng)軟件設計 .................................................................................................... 16 系統(tǒng)總體程序流程圖 ....................................................................................... 16 師范學院學院本科畢業(yè)論文 IV 按鍵功能程序 .................................................................................................. 18 顯示程序 .......................................................................................................... 22 溫度采集程序 ................................................................................................... 23 溫度控制程序 .................................................................................................. 25 .................................................................................................. 25 溫度控制程序 ........................................................................................ 25 定時和報警程序 ................................................................................................. 27 圖 37 定時報警程序流程圖 .................................................................................... 28 DS1302時鐘程序 ............................................................................................... 29 第四章 總結及實驗結果 ............................................................................................... 31 設計總結 ......................................................................................................... 31 實驗結果 ......................................................................................................... 31 實物圖 .............................................................................................................. 31 參 考 文 獻 .................................................................................................................. 32 結 束 語 ........................................................................................................................ 33 致 謝 ........................................................................................................................... 34 附錄 ............................................................................................................................... 35 師范學院學院本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 選擇該課題的最初想法是來 自醫(yī)用理療方面的應用，如中藥薰蒸療法。這是傳統(tǒng)中醫(yī)常用的一種給身體局部位置治療的方法。 一般 做法是 把 中藥煎煮后倒 入 容器 中 ， 然后 利用它產生的蒸汽 向病人的 病患部位 進行 薰蒸 式的滲透 ， 從而 達到 逐步 治療的目的 。 由于自然散熱較快 或其他種種因素 ，不僅難以控制 藥液的溫度 ， 也難以確保 在 恒溫時間內 使 藥液充分滲透于病人的 病變部位， 無法 達到最佳效果。 設計類似于中藥薰蒸治療儀的智能恒溫控制器，可以響應市場的需求。用戶可自行設定的所需溫度、恒溫時間等參數(shù)。 本課題針對恒溫控制的特點 以及 實現(xiàn) 準確 溫度控制的意義，設計 了一款 基于 PID算法的 醫(yī)用 理療 恒溫控制 器 。 1948年世界衛(wèi)生組織（ World Health ）在《世界衛(wèi)生組織章程》中確定了健康的定義。 20世紀 70 年代以后，隨著科學技術的發(fā)展和醫(yī)學的進步，新的生物 心理 社會的醫(yī)學模式代替了舊的生物醫(yī)學模式，尤其是物理治療技術 [1]在醫(yī)學臨床上的作業(yè)日益突出。在物理治療中，溫度是一個重要參數(shù)，當傳統(tǒng)的溫度控制方式已不能滿足高精度、高速度的要求時，選擇采用 PID控制技術 [2]，它具有算法簡單，魯棒性好和可靠性高的優(yōu)點，新型 PID控制理論和工程應用 也是近年來的熱門課題。采用 PID控制來提高理療溫控設備的溫度 控制 精度，能使醫(yī)用理療設備恒溫控制系統(tǒng)簡便化、智能化。 本課題所采用的 PID算法應用于理療恒溫控制系統(tǒng)中，由系統(tǒng)的鍵盤電路輸入設定溫度信號給單片機，溫度采集電路 將現(xiàn)場溫度信號送至 單片機，單片機 則根據(jù)輸入與反饋信號的差值 進行計算，輸出控制信號給 溫度控制電路，實現(xiàn)加熱 和停止，同時顯示電路實現(xiàn) 對 現(xiàn)場溫度的實時監(jiān)控。該技術能有效提高恒溫控制系統(tǒng)的溫度 控制的準確性 ，元器件價格低廉，方便實用，相信一定會有較好的市場效益。 究現(xiàn)狀 現(xiàn)在市場上的溫度控制器所選用電熱元件一般都是電發(fā)熱絲 。接通電源時電熱絲正常工作，其內部溫度很高。當被加熱物體的溫度達到用戶設定的溫度時，溫度控制器發(fā)出信號，停止加熱。但這時電熱絲的溫度會高于用戶設定的溫度，還會繼續(xù)對物體進行加熱，使得被加熱器件 的溫度繼續(xù)上升。自然冷卻 之后 ，物體的溫度下降到所設定的下限溫度，則溫度控制器發(fā)出加熱信號，由于發(fā)熱絲在進行溫度傳遞時需要一定時間，難以達到 較好 的恒溫效果。電熱絲的降溫 是通過 自然冷卻 的方式， 溫度 過高 就 幾乎沒有辦法 使其降溫， 所以 難以用 數(shù)字方法建立精確的 模型。 而 應用 傳統(tǒng)的模擬電路 來 控制， 不僅元器件多、 電路復雜， 而且抗干師范學院學院本科畢業(yè)論文 2 擾能力差， 很難達到理想的控制效果。 目前，國內外對于恒溫控制系統(tǒng)的研究也越來越深入。 溫度 控制系統(tǒng)由人工調節(jié)發(fā)展到由單片機 控制，溫度 采集由熱電偶、熱電阻 發(fā)展到可編程的 數(shù)字溫度傳感器，制冷和加熱的設備 都 有所改善，可控制的溫度范圍 越來越大 ， 精度 逐步提高，恒溫箱的應用也越來越細化。雖然恒溫箱的應用在生活生產中比較多，但絕大部分都僅僅有維持溫度的功能 ， 但 在醫(yī)學領域中 ，對其實際應用有很高的標準。本課題主要是研究恒溫控制系統(tǒng)在醫(yī)學上的應用，將溫度 控制性能和可實現(xiàn)運動的機械結構結合起來，達到精確恒溫的目的。 在當今科技迅速發(fā)展的時代，現(xiàn)代物理學， 現(xiàn)代醫(yī)學、 生物學的 迅猛 發(fā)展，物理治療 也越來越受人們的關注 ，已成為臨床綜合治療及康復醫(yī)療 [3]中的一個重要組成部分。而國粹中醫(yī)學錢學森早在上世紀 80年代就提出“中醫(yī)現(xiàn)代化，是中醫(yī)的未來化，也就是 21世紀我們要實現(xiàn)的一次科學革命，是地地道道的尖端科學”，進而提出“中醫(yī)的現(xiàn)代化可能引起醫(yī)學的革命，而醫(yī)學的革命可能要引起整個科學的革命”等觀點。中醫(yī)理療恒溫控制實現(xiàn)了控制系統(tǒng) 專業(yè) 化，也成為控制 領域 研究的熱點和發(fā)展的 趨勢 之一。應用于控制系統(tǒng)的 PID技術被業(yè)界普遍認為前景光明 [4]。 本課題研究的目標是以 STC89C52單片機為 控制器件 ，設計一款恒溫控制器，主要完成對恒溫加熱的控制，同時具有報警、定時加熱 、實時時間顯示 等功能。 課題研究的主要內容及技術參數(shù)有以下幾點： （ 1）通過按鍵設定加熱目標溫度和恒溫時間； （ 2）通過 LCD液晶顯示溫度和時間，當目標溫度到達時，倒計時； （ 3）通過綠、黃、紅彩燈顯示正在加熱、定時倒計時、報警； （ 4）紅燈閃爍報警的同時，結合蜂鳴器發(fā) 出聲音報警； （ 5）應用 PID算法提高控制精度；溫度誤差≤177。 ℃； （ 6）系統(tǒng)加熱溫度＜ 100℃。 本課題是基于 PID 算法的中醫(yī)理療恒溫控制器， 通過查找相關資料，以及對現(xiàn)存問題的調研，初步要研究的內容 有以下幾點 ： （ 1）研究 STC89C52單片機原理及其應用，形成設計方案的框架； （ 2） 研究 PID 算法的具體內容，理解幾個典型環(huán)節(jié)的作用和應用方法。 （ 3） 研究溫度采集的相關資料 ，選擇靈敏、簡便的溫度傳感器； （ 4）對溫度控制部分進行研究，實現(xiàn)加熱、恒溫的精確控制功能； 師范學院學院本科畢業(yè)論文 3 （ 5）對 硬件輸入輸出部分進行研究，實現(xiàn)良好的人機交流界面； （ 6）對其他額外功能進行拓展，實現(xiàn)溫度控制器的智能化、簡便化； （ 7）對系統(tǒng)的整個電路圖設計及程序設計進行研究。 師范學院學院本科畢業(yè)論文 4 第二章 硬件電路設計 系統(tǒng)硬件 總體 框圖 論文利用單片機技術實現(xiàn)對溫度的控制，從而使中醫(yī)理療更智能化、簡便化?；趩纹瑱C，對各功能模塊進行控制，從而實現(xiàn)各模塊的功能。 控制器以 STC89C52單片機 [作為控制核心，主要包括單片機的晶振電路和復位電路，還有溫度測量模塊、加熱控制模塊、實時時鐘模塊、串口通信模塊、液晶顯示模塊以及報警電路、指示燈電路和鍵盤電路等。 根據(jù) 中醫(yī)理療設備上恒溫控制應用 需求及對溫度精度的要求 ，將 PID算法 應用于溫度控制中 ，設計 以下控制器設計方案 ，即以 STC89C52單片機為核心控制器件，采用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，無需數(shù)模擬∕數(shù)字轉換，直接與單片機進行數(shù)字傳輸。應用 PID算法 [5]提高溫度的精度，使溫度保持在要求的一個恒定范圍內。配有按鍵用于輸入設定溫度，配有 LCD液晶用來顯示溫度，并通過綠、黃、紅彩燈顯示正在加熱、定時倒計時、報警這三種狀態(tài)。系統(tǒng)總體硬件框圖，如圖 21所示。 單 片 機顯 示 模 塊報 警 模 塊指 示 燈 模 塊串 口 通 信 模 塊溫 度 測 量 模 塊實 時 時 鐘 模 塊鍵 盤 電 路晶 振 電 路復 位 電 路溫 度 控 制 模 塊 圖 21 系統(tǒng)硬件 總體 框圖 測溫模塊 方案一： 采用熱敏電阻（如 PT100） PT100測溫的模擬電路是把當前 PT100熱電阻傳感器 [6]的電阻值，轉換為容易測量的電壓值，經過放大器放大信號后送給 A/D轉換器把模擬電壓轉為數(shù)字信號后傳給單片機AT89S51，單片機再根據(jù)公式換算把測量得的溫度傳感器的電阻值轉換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出進行顯示，連接電路比較復雜。 PT100溫度傳感器的 測溫范圍從－ 200℃～＋ 650℃