【正文】 目錄前言 1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 2 2 2電路模塊設(shè)計 3 3 STC89C52控制芯片 3 DS18B20溫度控制芯片 6 DS18B20簡介 6 DS18B20的性能特點 6 DS18B20供電方式 7 DS18B20測溫原理 7 8 9 9 10 11 11軟件設(shè)計 12 12 DS18B20工作過程及時序 12 12 13 14閉環(huán)控制 16 被控對象的傳遞函數(shù)測定 16 16系統(tǒng)調(diào)試 19結(jié)論 20參考文獻(xiàn) 22附錄 23前言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(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象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,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(lǐng)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(dāng)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(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)行范圍的溫度檢測。溫度控制系統(tǒng)設(shè)計實現(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(fù)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(jié)構(gòu)緊湊，可以實現(xiàn)復(fù)雜的測量與與控制，操作方便；缺點是調(diào)試過程復(fù)雜，成本較高。方案三：單片機與高精度溫度傳感器結(jié)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(zhuǎn)換。這種方案克服了方案一、二的缺點，所以本設(shè)計任務(wù)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：溫度傳感器單片機鍵盤控制復(fù)位電路顯示電路報警電路電源電路圖21 系統(tǒng)框圖溫度傳感器 DS18B20從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機 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，由單片機處理后的數(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，單片機控制報警電路發(fā)出報警聲，同時相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光顯示。本次設(shè)計的整體電路圖見附錄。電路模塊設(shè)計控制系統(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。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。電源電路如圖所示。圖31 電源電路 STC89C52控制芯片STC89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，STC89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。STC89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。STC89C52芯片具有以下主要功能特性：兼容MCS51指令系統(tǒng)；8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM；32個雙向I/O口；256x8bit內(nèi)部RAM；3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；時鐘頻率024MHz；2個串行中斷，可編程UART串行通道；2個外部中斷源，共8個中斷源；2個讀寫中斷口線，3級加密位；低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；1有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。STC89C52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。引腳圖如圖32所示：圖32 STC89C52引腳圖具體介紹如下：Vcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源負(fù)端。XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。ALE/ PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的地址信號。PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口P0口（39腳～22腳）：這8條引腳有兩種不同功能，分別適用于兩種不同情況。第一種情況是89S51不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用。第二種情況是89S51帶片外存儲器，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。P1口（1腳～8腳）：這8條引腳和P0口的8條引腳類似。當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口（21腳～28腳）：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，既它可以作為通用I/O口使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址。P3口（10腳～17腳）：～。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見表31。表31 單片機P3口管腳第2功能引腳第2功能RXD（串行口輸入端