【正文】 數(shù)據(jù)總線。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減少的原理研制成的溫度檢測(cè)器，稱為核磁共振溫度檢測(cè)器。半導(dǎo)體溫度檢測(cè)元件是具有代表性的溫度檢測(cè)元件。緩變型PCT元件的溫阻特性基本上隨溫度升高阻值慢慢增大，起溫度補(bǔ)償作用。（2）導(dǎo)體測(cè)溫元件，它與熱電阻的溫阻特性剛好相反，即有很大負(fù)溫度系數(shù)，也就是說(shuō)溫度升高時(shí)，其阻值降低。（4）鉑銠30—鉑銬6，型號(hào)為 WRR，分度號(hào)為B，測(cè)溫范圍3001600℃，短期可測(cè)1800℃。常用的熱電偶有以下幾種。（1）玻璃溫度計(jì)，它是利用玻璃感溫包內(nèi)的測(cè)溫物質(zhì)(水銀、酒精、甲苯、煤油等)受熱膨脹、遇冷收縮的原理進(jìn)行溫度測(cè)量的；（2）雙金屬溫度計(jì)，它是采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬牢固粘合在上一起制成的雙金屬片作為感溫元件，當(dāng)溫度變化時(shí)，一端固定的雙金屬片，由于兩種金屬膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲，自由端的位移通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針指示出相應(yīng)溫度；（3）壓力式溫度計(jì)，它是由感溫物質(zhì)(氮?dú)狻⑺y、二甲苯、甲苯、甘油和低沸點(diǎn)液體如氯甲烷、氯乙烷等)隨溫度變化，壓力發(fā)生相應(yīng)變化，用彈簧管壓力表測(cè)出它的壓力值，經(jīng)換算得出被測(cè)物質(zhì)的溫度值。因此，單片機(jī)溫度測(cè)量則是對(duì)溫度進(jìn)行有效的測(cè)量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測(cè)量任務(wù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能 4第二章方案論證 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 8 10第三章硬件電路設(shè)計(jì) 11 11 AT89C51功能簡(jiǎn)述 11 主要特性 11 12 芯片擦除 12 89C51管腳說(shuō)明 13 EPROM2764功能簡(jiǎn)述 15 RAM6264功能簡(jiǎn)述 16 74LS373功能簡(jiǎn)述 17 溫度傳感器DS18B20的工作原理 18 DS18B20的概述 18 DS18B20的主要特性 18 DS18B20的工作過(guò)程 19 DS18B20的測(cè)溫原理 20 22 時(shí)鐘電路 22 23 25 移位寄存器芯片74LS164 25 七段LED數(shù)碼管 26 加熱主電路 27 28 報(bào)警電路 28第四章 PID控制算法 30 控制算法PID的原理和特點(diǎn) 30 控制算法PID的優(yōu)點(diǎn) 31 控制算法PID的參數(shù)整定 33第五章軟件系統(tǒng)流程圖 34 主程序流程 34 DS18B20的度溫度子程序流程 35 PID算法子程序 36 鍵盤(pán)程序 37總結(jié) 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40附錄1：程序清單 42附錄2：系統(tǒng)原理圖 55第一章緒論 課題的意義現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，工程建設(shè)及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用于工廠時(shí)間生產(chǎn)中，能起到實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會(huì)中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠房，對(duì)溫度的要求極其嚴(yán)格，溫度的變化極有可能對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。由于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。采用MCS51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。利用此技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。（1）鎳鉻鎳硅，型號(hào)為WRN，分度號(hào)為K，測(cè)溫范圍0900℃，短期可測(cè)1200℃。用此技術(shù)制成的溫度計(jì)大致可分成以下幾種。（3）陶瓷熱敏元件，它的實(shí)質(zhì)是利用半導(dǎo)體電阻的正溫特性，用半導(dǎo)體陶瓷材料制作而成的熱敏元件，常稱為PCT或NCT熱敏元件。NCT元件特性與PCT元件的突變特性剛好相反，即隨溫度升高，它的阻值減小。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，二級(jí)管和三極管的PN結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高。這種檢測(cè)器精度極高，可以測(cè)量出千分之一開(kāi)爾文，而且輸出的頻率信號(hào)適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測(cè)器。所有的現(xiàn)場(chǎng)儀表均接到現(xiàn)場(chǎng)總線上。利用先進(jìn)技術(shù)手段監(jiān)測(cè)各種復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的被控參數(shù)（如溫度、流量及壓力等），使生產(chǎn)和管理一體化，可以有效地提高生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化水平。 (1)擴(kuò)展檢測(cè)范圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測(cè)范圍為200~3000℃，而今后要求能測(cè)量超高溫與超低溫。(3)發(fā)展新型產(chǎn)品利用以前的檢測(cè)技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場(chǎng)合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足用戶需要。如近來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測(cè)器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測(cè)器，硅單晶熱敏電阻溫度檢測(cè)器等。水箱水溫控制部分，提出了用DS18SAT89C51單片機(jī)及LED的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯示，利用DS18S20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱電阻絲的實(shí)時(shí)控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報(bào)警系統(tǒng)。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫(xiě)及其溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18S20供電，而且不需要額外電源。 ，能夠連續(xù)測(cè)量水的溫度值，用十進(jìn)制數(shù)碼管來(lái)顯示水的實(shí)際溫度。測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。圖21系統(tǒng)的控制方案框圖綜上所述的兩種方案，該設(shè)計(jì)選用方案二比較合適。 LED提供寬達(dá)160176?！?，測(cè)溫范圍－55℃～+125℃；℃、℃、℃℃，相對(duì)應(yīng)的可以編程的分辨率是9～12位，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；，速度更快：接反電源的極性時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作（2）熱電阻溫度傳感器熱電阻的測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定,使用方便,測(cè)量范圍寬,在高精度、低溫測(cè)量中占有重要的地位。以鉑電阻作為測(cè)溫元件進(jìn)行溫度測(cè)量的關(guān)鍵是要能準(zhǔn)確地測(cè)量出鉑電阻傳感器的電阻值。因此本控制器的設(shè)計(jì)中，溫度傳感器擬選擇DS18B20作為溫度采集傳感器本次設(shè)計(jì)采用的是AT89C51型號(hào)單片機(jī)，AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫(xiě)程序存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫(xiě)入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年[23]?？捎?V電壓編程，而且寫(xiě)入時(shí)間僅10毫秒, 僅為8751/87C51的擦除時(shí)間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫(xiě)相比, 不易損壞器件, 沒(méi)有兩種電源的要求，改寫(xiě)時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。AT89C51有間歇、掉電兩種工作模式。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變, 一直到掉電模式被終止。同理，一個(gè)44的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16鍵的鍵盤(pán)，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的I/O口線。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平，列線電平如果為高電平，則行線電平為高電平。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。由于本系統(tǒng)只用到了四個(gè)按鍵所以選擇這種按鍵方式即可。固態(tài)繼電器的主要特點(diǎn)有：①輸入功率小：由于其輸入端是采用的光電耦合器，其驅(qū)動(dòng)電流僅需幾毫安便能可靠地控制，所以直接用TTL、HTL、CMOS等集成驅(qū)動(dòng)電路控制。⑤對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng)：交流型SSR的負(fù)載電源可以在30～220V范圍內(nèi)任選。過(guò)零觸發(fā)型AC—SSR為四端器件，其內(nèi)部電路如圖22所示。圖中交流電壓分三個(gè)區(qū)域，Ⅰ區(qū)為10V～+10V范圍，稱為死區(qū)，在此區(qū)域中加入輸入信號(hào)時(shí)不能使SSR導(dǎo)通。當(dāng)加入輸入信號(hào)時(shí)，光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使V1截止。因此，一般就將過(guò)零電壓粗略地定義為0～177。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次[41]。 主要特性1）.與MCS51 兼容2）.4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器3）.壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)4）.數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年5）.三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定6）.1288位內(nèi)部RAM7）.32可編程I/O線8）.兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器9）.5個(gè)中斷源10).可編程串行通道11).低功耗的閑置和掉電模12).片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路13).全靜態(tài)工作：0Hz24MHzAT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位[5]. 芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。3).P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。4).P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。7).P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：　　口管腳備選功能　　 RXD（串行輸入口）　 TXD（串行輸出口）　　 /INT0（外部中斷0）　　 /INT1（外部中斷1）　　 T0（記時(shí)器0外部輸入）　　 T1（記時(shí)器1外部輸入）　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。10)./PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出[6]。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。正常工作（只讀）時(shí)，Vpp=Vcc=+5V,～PGM=+5V。這給使用者帶來(lái)很大方便。l下面介紹2764各引腳的含義:① A0一A12：13根地址輸入線。③ OE：輸出允許信號(hào)。低電平有效。讀操作時(shí)該信號(hào)為1。一片新的或擦除干凈EPROM芯片，其每一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都是FFH。 圖33 芯片2764引腳圖 RAM6264功能簡(jiǎn)述（1）Intel 6264的特性及引腳信號(hào)如圖34所示：Intel 6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造。（write enable）：寫(xiě)允許信號(hào)，輸入，低電平有效。GND：信號(hào)地?！　、郾３郑寒?dāng)為高電平，CE2為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。位信息被鎖存，直到LE端再次有效。測(cè)量的溫度范圍是—55~125℃，℃。而對(duì)DS18B20來(lái)說(shuō)過(guò)程則簡(jiǎn)單的多了，熱電偶電阻傳感器一直到單片機(jī)之前的部分都可以用一個(gè)DS18B20來(lái)代替了，真正的實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。DS18B20控制方法（DS18B20有六條控制命令）[8]：溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換讀暫存器BEH 讀暫存器9位二進(jìn)制數(shù)字寫(xiě)暫存器4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié)復(fù)制暫存器48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié)讀電源供電方式B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU （1）先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（6）延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60微妙時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。（1）數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（5)將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（2）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。（6）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。溫度數(shù)據(jù)是以16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存儲(chǔ)在溫度寄存器中。對(duì)于10位分辨率，位0和1無(wú)定義，對(duì)于9位分辨率，位1和0無(wú)定義。C0000 0101 0101 00000550H+176。C0000 0000 0000 00000000H176。C1111 1100 1001 0000FC90H本次設(shè)計(jì)主要基于AT89C51單片機(jī)和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)（接口圖如37所示）。簡(jiǎn)易溫度檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)DS18B20檢測(cè)溫度，然后通過(guò)溫度傳感器通信模塊，將檢測(cè)到的實(shí)際溫度（環(huán)境溫度）傳送到開(kāi)發(fā)板上，從而在數(shù)碼管上顯示檢測(cè)到的溫度。時(shí)鐘電路本身是不會(huì)控制什么東西，而是你通過(guò)程序讓單片機(jī)根據(jù)時(shí)鐘來(lái)做相應(yīng)的工作。10pF。 圖39 RC復(fù)位電路89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1181。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。圖311上電復(fù)位電路本文采用的是上電和手動(dòng)按鈕復(fù)位方式綜合電路圖如圖312所示：