【正文】 1 目錄 前言 ........................................................................................................................... 2 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 3 方案選擇 ............................................................................................................. 3 整體電路設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 3 電路模塊設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 4 電源電路模塊 ...................................................................................................... 4 STC89C52 控制芯片 ............................................................................................. 4 DS18B20 溫度控制芯片 ........................................................................................ 7 DS18B20 簡(jiǎn)介 ......................................................................................... 7 DS18B20 的性能特點(diǎn) ............................................................................... 7 DS18B20 供電方式 .................................................................................. 8 DS18B20 測(cè)溫原理 .................................................................................. 8 復(fù)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(bào)警電路模塊 .................................................................................................... 12 按鍵電路模塊 .................................................................................................... 12 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 13 控制流程圖 ........................................................................................................ 13 DS18B20 工作過程及時(shí)序 .................................................................................. 13 初始化時(shí)序 .............................................................................................. 13 寫時(shí)序 ..................................................................................................... 14 讀時(shí)序 ..................................................................................................... 15 閉環(huán)控制 .................................................................................................................. 17 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)測(cè)定 .................................................................................. 17 控制算法 ........................................................................................................... 17 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................. 20 結(jié)論 ......................................................................................................................... 21 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 23 附錄 ............................................................................................................................... 24 2 前言 溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中 ,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對(duì)象慣性大 ,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型 ,從而導(dǎo)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(jiǎn)單實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID控制對(duì)象的模型難以建立 ,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí) ,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(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)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(shí)用性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。 3 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方案選擇 實(shí)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(diǎn)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(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便。且要實(shí)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(chǔ)，顯示及 A/D 等功能，由 IP 核實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及信號(hào)測(cè)量分析等功能。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測(cè)量與與控制，操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)試過程復(fù)雜，成本較高。 方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)與高精度溫度傳感器結(jié)合的方式。即用單片機(jī)完成人機(jī)界面，系統(tǒng)控制，信號(hào)分析處理，由前端溫度傳感器完成信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換。 這種方案克服了方案一、二的缺點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)任務(wù)是基于 STC89C52 單片機(jī)和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。系統(tǒng)框圖如下： 圖 21 系統(tǒng)框圖 整體電路設(shè)計(jì) 溫度傳感器 DS18B20 從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī) STC89C52 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)定的溫度值，通過加熱和冷卻對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)送顯示 部分顯示，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下限或高于設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲 ，同時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光顯示 。 本次設(shè)計(jì)的整體電路圖 見附錄。 溫度傳感器 單片機(jī) 鍵盤控制 復(fù)位電路 顯示電路 報(bào)警電路 電源電路 4 電路模塊設(shè)計(jì) 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(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V直流電壓。其主要原