【正文】 1 目錄 前言 ........................................................................................................................... 2 溫度控制系統(tǒng)設計 ...................................................................................................... 3 方案選擇 ............................................................................................................. 3 整體電路設計 ...................................................................................................... 3 電路模塊設計 ............................................................................................................. 4 電源電路模塊 ...................................................................................................... 4 STC89C52 控制芯片 ............................................................................................. 4 DS18B20 溫度控制芯片 ........................................................................................ 7 DS18B20 簡介 ......................................................................................... 7 DS18B20 的性能特點 ............................................................................... 7 DS18B20 供電方式 .................................................................................. 8 DS18B20 測溫原理 .................................................................................. 8 復位電路模塊 ...................................................................................................... 9 顯示電路模塊 .................................................................................................... 10 移位寄存器 74HC164................................................................................ 10 數(shù)碼管顯示電路 ........................................................................................11 報警電路模塊 .................................................................................................... 12 按鍵電路模塊 .................................................................................................... 12 軟件設計 .................................................................................................................. 13 控制流程圖 ........................................................................................................ 13 DS18B20 工作過程及時序 .................................................................................. 13 初始化時序 .............................................................................................. 13 寫時序 ..................................................................................................... 14 讀時序 ..................................................................................................... 15 閉環(huán)控制 .................................................................................................................. 17 被控對象的傳遞函數(shù)測定 .................................................................................. 17 控制算法 ........................................................................................................... 17 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................. 20 結論 ......................................................................................................................... 21 參考文獻 ........................................................................................................................ 23 附錄 ............................................................................................................................... 24 2 前言 溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于社會生活的各個領域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應用場合和所要求的性能指標有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中 ,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大 ,滯后現(xiàn)象嚴重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數(shù)學模型 ,從而導致控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、 失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作?？刂祁I域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID控制對象的模型難以建立 ,并且當擾動因素不明確時 ,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，因其內(nèi)部集成了 A/D轉換器，使得電路結構更加簡單，而且減少了溫度測量轉換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于 DS18B20芯片的小型化， 更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進行范圍的溫度檢測。 3 溫度控制系統(tǒng)設計 方案選擇 實現(xiàn)溫度控制的方法主要有以下幾種。 方案一：采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于速度較快，但可靠性比較差控制精度比較低、靈活性小、線路復雜、調(diào)試、安裝都不方便。且要實現(xiàn)題目所有的要求難度較大。 方案二： FPGA/CPLD 或采用帶有 IP 內(nèi)核的 FPGA/CPLD 方式。即用FPGA/CPLD 完成采集，存儲，顯示及 A/D 等功能，由 IP 核實現(xiàn)人機交互及信號測量分析等功能。這種方案的優(yōu)點在于系統(tǒng)結構緊湊，可以實現(xiàn)復雜的測量與與控制，操作方便；缺點是調(diào)試過程復雜，成本較高。 方案三：單片機與高精度溫度傳感器結合的方式。即用單片機完成人機界面，系統(tǒng)控制，信號分析處理，由前端溫度傳感器完成信號的采集與轉換。 這種方案克服了方案一、二的缺點，所以本設計任務是基于 STC89C52 單片機和溫度傳感器實現(xiàn)對溫度的控制。系統(tǒng)框圖如下： 圖 21 系統(tǒng)框圖 整體電路設計 溫度傳感器 DS18B20 從設備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機 STC89C52 獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當前環(huán)境中一個比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當前設定的溫度值，通過加熱和冷卻對當前溫度進行調(diào)整。采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C，由單片機處理后的數(shù)據(jù)送顯示 部分顯示，當采集的溫度經(jīng)處理后低于設定溫度的下限或高于設定溫度的上限時，單片機控制報警電路發(fā)出報警聲 ，同時相應的發(fā)光二極管發(fā)光顯示 。 本次設計的整體電路圖 見附錄。 溫度傳感器 單片機 鍵盤控制 復位電路 顯示電路 報警電路 電源電路 4 電路模塊設計 電源電路模塊 控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用 5V直流電源供電，其電路如圖 61所示，把頻率為 50Hz、有效值為 220V的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定的 5V直流電壓。其主要原