【正文】 數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片 DS18B20 都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并 存入其 ROM 中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè) DS18S20 芯片。因此，為了提高性價(jià)比，我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點(diǎn)，主要闡述的是水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法。它是多種技術(shù)知識(shí)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測(cè)量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 目前 的圖形實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件通常用 VC 或 VC++開發(fā)，它具備編譯各種可視化程序的功能，可以使計(jì)算機(jī)通過監(jiān)控界面達(dá)到對(duì)被控對(duì)象的各種實(shí)時(shí)操控。用圖形來實(shí)時(shí)顯示被控對(duì)象（攝像機(jī)、終端設(shè)備等）在操作過程中的狀態(tài)，具有清晰明了、形象直觀且可以及時(shí)處理反饋信息。單片機(jī)技術(shù)與傳感與測(cè)量技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)分析技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、微機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等的結(jié)合 ，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。 單片機(jī)對(duì)溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制方法 。對(duì)于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個(gè)范圍。溫度傳感器采用了數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)返回給單片機(jī)。 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) XXXX 學(xué) 號(hào) XXXXXX 姓 名 snowcafe 指導(dǎo)教師 XXX qq 597997026 沈陽航空 航天大學(xué) 2020 年 6 月沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 在工業(yè)生產(chǎn) 過程 中， 往往 需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐的溫度進(jìn)行檢測(cè)和 調(diào)節(jié)，因此需要一種合適的系統(tǒng)對(duì)其溫度進(jìn)行 精確 控制，由于 單片機(jī)具有低功耗、高性能、可靠性好、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn)，因此 采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅 節(jié)約成本， 控制 方法靈活多樣，并且 可以 達(dá)到較高的控制精度 ，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ，因此單片機(jī)被廣泛應(yīng)用在中小型控制系統(tǒng)中。系統(tǒng)可通過鍵盤對(duì) 電阻爐 水溫進(jìn)行預(yù)設(shè)，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前爐內(nèi)溫度和預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行運(yùn)算，控制輸出寬度可調(diào)的 PWM 方波，并由此控制雙向可控硅 的導(dǎo)通和關(guān)斷來調(diào)節(jié)電熱絲的加熱功率，從而使水溫迅速達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定不變。超過這個(gè)范圍，系統(tǒng)或許會(huì)停止運(yùn)行或遭受破壞，所以我們必須能實(shí)時(shí)獲取水溫變化。 從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機(jī)以來， 80 年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速 、高性能方向發(fā)展。同時(shí)，單片機(jī)具有較強(qiáng)的管理功能。它比數(shù)字儀表包含的信息量大得多，因此使現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員的工作方式得到了改進(jìn)，效率也由此得到了很大的提高。 因此 ， 本畢業(yè)設(shè)計(jì) 選擇設(shè)計(jì)一個(gè)水溫控制系統(tǒng) ， 采用單片機(jī) 進(jìn)行 控制的水溫自動(dòng)控制電路， 使系統(tǒng)能簡單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示， AT89C51 單片機(jī)優(yōu)秀的實(shí)時(shí)控制功能、靈活的編程能力有機(jī)的結(jié)合起來 ， 并且通過軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法，使系統(tǒng)具有控制精度高的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì) 水溫的自動(dòng)控制，具 有重大的現(xiàn)實(shí)意義。電路板的設(shè)計(jì)技術(shù)和機(jī)械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細(xì)等特點(diǎn)，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。 課題的主要研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的 水 溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介 紹了對(duì)水箱溫度的顯示 ， 實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。從 DS18S20 讀出或?qū)懭?DS18S20 信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而且不需要額外電源。 本系統(tǒng) 的功能 本系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)其具體控制功能如下： （ 1）能夠連續(xù)測(cè)量水的溫度值，用 1602LCD 液晶 來顯示水的實(shí)際溫度。 （ 2） 水溫 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 借助 Keil C51 開發(fā)工具， 以 C 語言為開發(fā)語言， 開發(fā)了單片機(jī)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)與控制程序模塊、 對(duì)溫度傳感器模塊、顯示模塊、溫度控制模塊進(jìn)行控制， 鍵盤 導(dǎo)入設(shè)定的溫度，使其與實(shí)際溫度進(jìn)行運(yùn)算并輸出 。如圖 1 所示： 圖 1 方案一 溫度測(cè)量系統(tǒng)方案框圖 方案 2 該方案使用了 STC89C51 單片機(jī)作為控制核心，以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測(cè)量元件， 通過鍵盤模塊對(duì)溫度上、下限設(shè)置 。 2． 方案二 的論證 ： 采用智能溫度傳感器 DS18B20，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬 DS18B20 的讀寫時(shí)序，根據(jù) DS18B20 的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度。 溫度傳感器 DS18B20 STC 89C52 單片機(jī)基本控制系統(tǒng) LCD 顯示 鍵盤 雙向可控硅 電爐加熱器 采集 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2 電阻爐溫度控制 系統(tǒng)工作原理 溫度控制 總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)以 STC89C52 為 核心 ，以 KEIL 為系統(tǒng)程序開發(fā)平臺(tái)，以 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計(jì)而成的。 其 整體電路圖 如圖 4 所示。 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) （ 1） 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 C 到＋ 125。 DS18B20 的引腳介紹 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 5，其引腳功能描述見表 1。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 成數(shù)據(jù)接收。 DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要 60us 才能完成。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)如表 3 所示： 表 3 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮，視設(shè)備的實(shí)際需要來選擇分辨率。 單片機(jī)的發(fā)展方向 未來單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有：主流型機(jī)發(fā)展趨勢(shì)， 8 位單片機(jī)為主流，少量 32位機(jī)， 16 位可能被淘汰；全盤 CMOS 化趨勢(shì)； RISC 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展；大力發(fā)展專用單片機(jī)； OTPROM、 flashROM 成為主流供應(yīng)狀態(tài)； ISP 及基于 ISP 的開發(fā)環(huán)境；單片機(jī)的軟件嵌入；實(shí)現(xiàn)全面功耗管理；推行串行擴(kuò)展總線； ASMIC 技術(shù)的發(fā)展。它能方便地組裝成各種智能式測(cè)控設(shè)備及各種智能儀器儀表；可靠性好 ,適應(yīng)溫度范圍寬。使用 Armel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 STC89C51 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： STC89C52 有 256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（ SFR）。當(dāng) WDT 激活后，晶振工作， WDT 在每個(gè)機(jī)器周期都會(huì) 增加。 WDT 的使用 :為了激活 WDT，用戶必須向 WDTRST 寄存器（地址為 0A6H 的SFR）依次寫入 0E1H 和 0E1H。為了復(fù)位 WDT，用戶必須向 WDTRST 寫入 01EH 和 0E1H（ WDTRST 是只讀寄存器）。 掉電和空閑方式下的 WDT：在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這 WDT 也停止了工作。通過中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。這就意味著 WDT 應(yīng)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。為了式下復(fù)位 STC89C52，用戶應(yīng)該建立一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)離開待機(jī)模式，喂狗，再重新進(jìn)入待機(jī)模式。定時(shí)器 2 有三種工作模式：捕捉方式、自動(dòng)重載（向下或向上計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器。由于一個(gè)機(jī)器周期由 12 個(gè)晶振周期構(gòu)成，因此，計(jì)數(shù)頻率就是晶振頻率的 1/12。 RCLK 串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘標(biāo)志位，若 RCLK=1，串行口將使用定時(shí)器2溢出脈沖作為串行口工作方式 1和工作方式 3 的串口接收時(shí)鐘。 TR2 開始 /停止控制定時(shí)器 2，若 TR2=1，定時(shí)器 2 開始工作 C/T2 定時(shí)器 2 定時(shí) /計(jì)數(shù)選擇標(biāo)志位， C/T2=0 開始計(jì)時(shí)， C/T2=1 外部事件計(jì)數(shù)。在這種方式下，每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣外部輸入。為了確保 給定的電平在改變前采樣到一次，電平應(yīng)該至少在一個(gè)完整的機(jī)器周期內(nèi)保持不變。如表 5 所示， 位是不可用的。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清 0。然而，定時(shí)器 2 的標(biāo)志位 TF2 在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的 S2P2 被置位，在同一個(gè)周期被電路捕捉下來。 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 溫度顯示部分 簡介 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，因此，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 中最常用的信息顯示器件了。 R/W：讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 A5~A0=0~3FH DDRAM 地址設(shè)置 DDRAM 地址設(shè)置 讀 BF 及 AC 值 讀忙標(biāo)志 BF 值和地址計(jì)數(shù)器 AC 值 寫數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)寫入 DDRAM 或 CGRAM 內(nèi) 讀數(shù)據(jù) 從 DDRRAM 或 CGRAM 數(shù)據(jù)讀出 清屏指令如表 14 所示： 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 表 14 清屏指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 開關(guān)控制指令如表 15 所示： 表 15 開關(guān)控制指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B 開關(guān)控制指令功能：設(shè)置顯示、光標(biāo)及閃爍開、關(guān)。 功能設(shè)置指令如表 17 所示： 基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 表 17 功能設(shè)置指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 DL N F * * 功能設(shè)置指令功能：工作方式設(shè)置（初始化指令）。 溫度顯示 /設(shè)定 模塊電路圖 溫度顯示模塊的電路圖如圖 13 所示。 第 6 腳： E（或 EN）端為使能（ enable）端。 可控硅 BTA16 一種以硅單晶為基本材料的 P N P N2 四層三端器件，創(chuàng)制于 1957 年，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅 T?？煽毓枘芤院涟布?jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，如果超過此頻率，因元件開關(guān)損耗顯著增加 ，允許通過的平均電流相降低，此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用。 不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由 P 型硅和 N 型硅組成的四層P1N1P2N2 結(jié)構(gòu)。 圖 14 可控硅結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖 可控硅是 P N P N2 四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè) PN 結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè) PNP 管和一個(gè) NPN 管所組成，其等效圖解如圖 15 所示 。此時(shí)，電流ic2 再經(jīng) BG1 放大，于是 BG1 的集電極電流 ic1=β1ib1=β1β2ib2。此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到 J1 結(jié)的雪崩擊穿電壓后，基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 接差 J3 結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖 16 的特性開始彎曲，如特性 OR 段所示，彎曲處的電