【正文】 that the system is suitable for greenhouses temperature monitoring, granary temperature screening, air conditioning system temperature detection and temperature control, etc. Keywords: DS18B20。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 [1]。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通過(guò)單跳數(shù)據(jù)線(xiàn)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。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(xiàn)路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便。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(guò)程復(fù)雜，成本較高。系統(tǒng)框圖如 圖 1： 圖 1 系統(tǒng)框圖 溫度傳感器 單片機(jī) 鍵盤(pán)控制 復(fù)位電路 顯示電路 報(bào)警電路 電源電路 3 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(guò)加熱和冷卻對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。 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(lái)起到降壓作用。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(dòng)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 [3]。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。引腳圖如圖 3 所示： 圖 3 ST C89C52 引腳圖 具體介紹如下： 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源正端； Vss（ 20 腳）：接 +5V 電源負(fù)端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 RST/VPD（ 9 腳）： RST 即為 RESET， VPD 為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 PSEN(29 腳 )：片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出 端，低電平有效。當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 4KB （ MS— 52 子系列為 8KB）。 輸入 /輸出（ 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。當(dāng) P1口作為通用 I/O 口使用時(shí)， 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶(hù)的輸入和輸出數(shù)據(jù)。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(dú)立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能 [5~6]。其封裝圖如圖 4 所示?！娴臏囟扔?jì)幾乎同步，且回復(fù)性很好； k、每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待 [7]。 DS18B20 測(cè)溫原理 是 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 圖 7 溫度值格式 當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制。因此，可以用多只DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位寄存器芯片 74HC164，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。 74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。 圖 9 74HC164 引腳圖 顯示部分采用 LED 靜態(tài)顯示方式，共陽(yáng)極的數(shù)碼管的公共端 COM 連接在一起接地，每位的段選線(xiàn)與 74HC164 的 8 位并口相連，只要在該位的段選線(xiàn)上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符，考慮到節(jié)約單片機(jī)的 I/O 資源，因而采用串行接口方式，外接 8 位移位寄存器 74HC164 構(gòu)成顯示電路，顯示電路如圖 10 所示。 10 圖 10 報(bào)警電路圖 11 按鍵電路 按鍵電路模塊 利用單片機(jī)的 IO 口實(shí)現(xiàn)按鍵的中斷輸入。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，而且人們?cè)陂L(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，再加上計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的結(jié)合，使得 PID 具有很大的靈活性和適用性。其閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如 圖12 所示： 圖 12 閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)測(cè)定 采用階躍響應(yīng)曲線(xiàn)法對(duì)其進(jìn)行傳遞函數(shù) GP(s)的測(cè)定。但周期小對(duì)于硬件的要求也將提高很多，故需要對(duì)以上算式進(jìn)行改進(jìn)。 增量型 PID 算式經(jīng)過(guò)移項(xiàng)可以寫(xiě)成如下式所示： ………..(3) 按照上式表示的遞推 PID 算式，計(jì)算出每輸出一次 ui ，要做四次加法、兩次減法、四次乘法和兩次除法。 12 圖 13 遞推型 PID 控制器程序框圖 數(shù)字控制器的確定 為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少頻譜混疊現(xiàn)象，保持穩(wěn)態(tài)增益不變， 在這次的 設(shè)計(jì)中采用階躍響應(yīng)不變法對(duì)數(shù)字控制器 D(z)進(jìn)行確定。 13 5 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)可以自由設(shè)定不同的加熱溫度，溫度設(shè)定當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)加熱，當(dāng)環(huán)境溫度高于或等于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)停止加熱。 具體可以實(shí)現(xiàn)的功能如下 : 溫度設(shè)定范圍為 0～ 99℃（ 在這次的 設(shè)計(jì)中為了使效果更加明顯，設(shè)置的低溫線(xiàn)為 30 度，高溫限為 70 度） ，最小區(qū)分度為 1℃ ，溫度控制的誤差 ≤1℃ ； 能夠用數(shù)碼管顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值； 按鍵控制：設(shè)置復(fù)位鍵、溫度設(shè)置鍵； 超溫報(bào)警。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 采用溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)，溫度采集數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)； STC89C52 單片機(jī)的采用，有利于功能擴(kuò)展； 電路設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)可靠性和安全性。在 這次的 設(shè)計(jì)中，我熟練掌握了單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和接口技術(shù)，同時(shí)對(duì)溫度傳感器的原理及應(yīng)用有了一定的了解，掌握了各種控制電路及其相關(guān)元器件的使用。 最后感謝各位指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅學(xué)會(huì)如何將所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，還學(xué)會(huì)如何克服未知的困難，解決難題的方法，為將來(lái)畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行打下了基礎(chǔ)。 致謝 在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，不斷的學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，鞏固了所學(xué)的知識(shí)，提高了處理實(shí)際問(wèn)題的能力。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。 6 結(jié)論 這個(gè) 設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于單片機(jī) STC89C52 的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn)。 設(shè)連續(xù)系統(tǒng)的控制器為 GC(s)，輸入信號(hào)為單位階躍函數(shù)。 可以離線(xiàn)算出，即可加快算法程序的運(yùn)算速度。增量型控制算式具有如下優(yōu)點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)只輸出