【正文】 溫度要求極為精密， 因此，這就需要一種能夠及時(shí)檢測(cè)溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對(duì)溫度的變化做 出 及時(shí)的調(diào)整 。 多點(diǎn)溫度控制可 以 根據(jù)人們不同的應(yīng)用環(huán)境 而 自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值，及時(shí)反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能 夠 及時(shí)看到溫度變化，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能 夠 及時(shí)的調(diào)整，起到溫度報(bào)警作用，使溫度控制更好的服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)，生活。本設(shè)計(jì)中溫度控制采用具有應(yīng)用廣泛、穩(wěn)定性強(qiáng)、反應(yīng)舉快特點(diǎn)的 AT89S52 單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，溫度采集使用 DS18B20 溫度傳感器，其檢測(cè)溫度范圍 55 C— 150 C，該溫度傳感器具有高效串行輸出性能直接讀取溫度值。同時(shí)利用單片機(jī)中斷進(jìn)行鍵盤輸入掃描， LCD1602 顯示相對(duì)應(yīng)的溫 度值。 第二章 溫度控制系統(tǒng)方案選擇 設(shè)計(jì)要 求 設(shè)計(jì)基于單片計(jì)算機(jī)的溫度控制器，用于控制溫度。具體要求如下 : 1. 溫度連續(xù)可調(diào)，范圍為 0℃ 100℃ ，越限可報(bào)警 2. 超調(diào)量σ %≤ 20% 3. 溫度誤差≤177。 ℃ 4. 能夠自我控制及調(diào)整 5. 人 機(jī)對(duì)話方便 工作原理 溫度傳感器 DS18B20 從設(shè)備環(huán)境 內(nèi) 采集溫度，單片機(jī) AT89S52 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī) 給定信號(hào)使紅燈變亮 ，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度時(shí) , 單片機(jī) 給定信號(hào)使綠等變亮， 當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后 等于 設(shè)定溫度時(shí)， 單片機(jī) 給定信號(hào)使黃等變亮。 第三章 溫度控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 芯片介紹 AT89S52 圖 31 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 的 系統(tǒng)可編 AT89S5224PU 程 Flash 存儲(chǔ)器 。 在工藝上 與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash有 程序 寄存 器 可編程， 也適用于 常規(guī)編程器。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 32 位 I/O 口線， 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)， 看門狗定時(shí)器 ，全雙工 串行口 ， 片內(nèi)晶振及 時(shí)鐘電路 。 在 空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、中斷繼續(xù)、串口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 工作。 AT89S52 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)。它也可以產(chǎn)生中斷，從而控制程序轉(zhuǎn)向。 P0 口： 即 ~，輸入輸出引腳 ， 可用于 8 位并行 I/O 口或分時(shí)用為 地址和數(shù)據(jù)總線。 P0 口作為輸出口時(shí)，每個(gè)引腳負(fù)載 8 個(gè) TTL；在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，可定義為 8 位地址 /數(shù)據(jù)線；定義為 I/O 時(shí)，需要外接上拉電阻，為準(zhǔn)雙向 I/O 口時(shí)，在程序中向該端口寫入‘ 1’時(shí)為高阻抗輸入口。 P1 口： 即 ~， P1 口是唯一的單功能接口，僅能作為通用 I/O 接口使用。它是自帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口，每一位可以 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平 ，當(dāng) P1 口作為輸入接口時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存器寫‘ 1’。 引腳 號(hào)第二功能： T2： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出 T2EX： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 MOSI： 在 系統(tǒng)編程 用 MISO： 在系統(tǒng)編程 用 SCK： 在系統(tǒng)編程 用 P2 口： 即 P2 .0~ 口。 P2 口也有兩種工作方式。一是作為普通的 I/O口使用，自帶上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O端口，每一位可以驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平 ，當(dāng) P1 口作為輸入接口時(shí)，應(yīng)先向 P2 口鎖存器寫‘ 1’；二是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為 8 位地址線使用 P3 口： 即 ~， P3 口 也是 一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 準(zhǔn) 雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器 也可以 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 P3 口亦作為 AT89S52特殊功能使用，如下表所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也 可 接收一些 控制信號(hào) 。 端口 引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0，低電平下降沿有效 ) INT1(外中斷 1，低電平下降沿有效 ) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0，外部輸入 ) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1，外部輸入 ) WR(外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫選通 ，低電平有效 ) RD(外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 讀選通 ，低電平有效 ) RST/Vpd：復(fù)位 信號(hào) 輸入。 高電平有效， 當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè) 機(jī)器周期 以上高電平將是 單片機(jī) 復(fù)位。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號(hào) 引腳 。 當(dāng)訪問外部 程序存儲(chǔ)器 或數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí)， ALE（ 地址鎖存 允許）輸出脈沖用于 鎖存地址 位 的低 8 位字節(jié)。 ALE 是以1/6 晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖。 PSEN： 程序 儲(chǔ)存允許輸出讀選通信號(hào)，外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， 此腳輸出負(fù)脈沖作為讀選通信信號(hào)，低電平有效。 當(dāng) AT89S52 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 將跳過兩次 PSEN 信號(hào) ，以通過 P0 口數(shù)據(jù)總線讀取 。 EA/VPP： 片內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選通端口，低電平只選通片外程序存儲(chǔ)器；高電平只選通片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 FLASH 存儲(chǔ)器 編程 時(shí)，該 引腳 加 上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1： 片內(nèi)高增益反相放大器的 輸入端。 XTAL2： 片內(nèi)高增益 反相放大器的輸出端 。 Vcc：主電源正極，接 +5V。 Vss：主電源負(fù)端，接地。 LCD1602 圖 32 1602 液晶模塊使用 5x7 點(diǎn)陣圖形顯示一個(gè)字符。其中，‘ 16’代表每行可以最多顯示 16個(gè)字符 ?！?02’ 代表總共可以顯示兩行字符。 1602液晶模塊引腳采用標(biāo)準(zhǔn)的單列直插接口方式，總共 16 個(gè)引腳。 第 1腳： VSS 為電源 接 地 第 2腳： VDD 接電源正極 第 3腳： VL 液晶顯示偏壓 第 4腳： RS 引腳是寄存器選擇引腳，給定高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，給定低電平選擇指令寄存器。 第 5腳： RW 為讀寫 選擇 信號(hào)線，高電平時(shí) 是 讀操作，低電平時(shí) 是 寫操作。 第 6 腳： E 引腳是使能功能，由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)候會(huì)執(zhí)行最后寫入命令 。 第 7～ 14腳： D0～ D7是數(shù)據(jù)引腳， 1602 的數(shù)據(jù)引腳是雙向的，既可以寫入數(shù)據(jù)也可以讀出數(shù)據(jù)，通過設(shè)置 R/W改變數(shù)據(jù)引腳功能 。 第 15～ 16腳： BLK和 BLA是背光燈的負(fù)極和正極引腳。 操作控制表 操作 輸入 讀狀態(tài) RS=0， RW=1， E=1 寫指令 RS=0， RW=0， 讀數(shù)據(jù) RS=1， RW=1， E=1 寫數(shù)據(jù) RS=1， RW=0， 注： D0~7=數(shù)據(jù)， E=H脈沖 DS18B20 圖 33 DS18B20（如圖 33） 是 美國(guó) DALLAS 公司 設(shè)計(jì)制造 的 一種 數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、 溫度測(cè)量范圍廣 、 采用單總線連接、支持報(bào)警， 抗干擾能力 等優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí) DS18B20 支持 9~12 位精度的溫度測(cè)量和轉(zhuǎn)換。此外，DS18B20 通過每個(gè)器件的唯一的序列號(hào)，允許在一條總線上連接多個(gè)設(shè)備，并且可以準(zhǔn)確無(wú)誤的控制任何一個(gè)設(shè)備。 它具有三引腳 TO92 體積小 封裝形式，溫度 允許 測(cè)量范圍－ 55～＋ 125℃ ，可編程為 9～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度 ，其默認(rèn)精度為 12 位 測(cè)溫分辨率可 高 達(dá) ℃ ，被測(cè)溫度用 16 位數(shù)字量 串行輸出，其工作電源既可 以 引入， 也 可 以 采用寄生電源方式 ， CPU 只需一根線就能DS18B20 進(jìn)行 通信，占用 單片機(jī) 的端口較少 。 綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元 件，且此元件線形較好。在 0— 100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。 電路原理圖及 PCB 圖 電路原理圖 圖 34 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路 ,以及專一的復(fù)位功能外 ,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì)利用中斷合理應(yīng)用 CPU有效值，當(dāng)檢查到中斷信號(hào)時(shí)程序自動(dòng)跳轉(zhuǎn)中斷程序，不斷掃描 ，當(dāng)有信號(hào)時(shí)用戶 改變 設(shè)置溫度值。 采用溫度芯片 DS18B20，用 。 效的減小外界的干擾，提高測(cè)量的精度，簡(jiǎn)化電路的結(jié)構(gòu) 。 單片機(jī)通過三極管控制繼電器的通斷，最后達(dá)到控制電熱器的目的 （本設(shè)計(jì)用發(fā)光二極管代替繼電器）。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)綠燈亮 ，電熱器加熱 ， 溫度慢慢升高。當(dāng)溫度上升到預(yù)定溫度時(shí)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào) 使黃燈亮電熱器停止工作。 當(dāng)實(shí)際溫度值高于設(shè)定值時(shí)單片機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)使紅燈變亮。 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 雙行顯示，第一行顯示用戶用戶設(shè)定溫度值，第二行顯示當(dāng)前溫度值。在本設(shè)計(jì)中 做控制端口， P0口為數(shù)據(jù)通訊口，通過外拉電阻連接到顯示器上。 PCB 圖 圖 35 本圖主要要求布線合理，簡(jiǎn)潔明朗，路交叉現(xiàn)象，布線要符合實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 。 第四章 溫度控制軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖及分析 圖 41 如圖 41 所示在沒有中斷信號(hào)時(shí)，執(zhí)行主程序 CPU 不斷的讀取 DS18B20 內(nèi)的數(shù)據(jù)再與設(shè)定值不斷比較做出反應(yīng)于此同時(shí)把溫度數(shù)據(jù)送去顯示。當(dāng)掃描到中斷信號(hào)時(shí)，中斷主程序跳到中斷程序根據(jù)用戶請(qǐng)求改變當(dāng)前溫度設(shè)定值，執(zhí)行完畢時(shí)跳回主程序繼續(xù)執(zhí)行。 程序及分析 匯編程序見附表 分析請(qǐng)參考圖 41 第五章 測(cè)試分析 測(cè)試環(huán)境 電阻爐內(nèi)環(huán)境水溫溫度 20℃ 測(cè)試方法 使系統(tǒng)運(yùn)行， 設(shè)定值 100℃ 測(cè)試結(jié)果 標(biāo)定溫差 =1攝氏度 調(diào)節(jié)時(shí)間 15s（具體視現(xiàn)場(chǎng)情況） 靜態(tài)誤差 = 攝氏度 最大超調(diào)量 1 攝氏度 通過測(cè)試分析，對(duì)于實(shí)際 室 內(nèi)的溫度控制，可以再提出以下方法 ： 對(duì)實(shí)際 爐 內(nèi)的溫度控制，可采用功率較大的 電熱絲 ，設(shè)備可采用 熱得快 第六章 結(jié)論 在 工業(yè) 生產(chǎn)和日常生活中 對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定 的范圍 穩(wěn)定 ，對(duì)