【正文】 ..................................................... 33 Proteus ISIS 編輯環(huán)境 ......................................................................................... 34 系統(tǒng)的原理圖輸入 ............................................................................................. 35 Keil μVision3 與 Proteus 聯(lián)合調(diào)試 ..................................................................... 37 總 結(jié) ........................................................................................................................................... 41 參考文獻 ....................................................................................................................................... 42 致 謝 ....................................................................................................................................... 43 附 錄Ⅰ :全局電路圖 ................................................................................................................... 44 附 錄Ⅱ :程序清單 ....................................................................................................................... 45 南通大學畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 緒 論 引言 隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎的發(fā)展水平。最常見到的測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如，水銀 玻璃溫度計，酒精溫度計，熱電偶或熱電阻溫度計等 [1]。單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了一次新的技術革命，自動化、智能化均離不開單片機的應用。單片機在家用電器業(yè)中應用得十分廣泛：例如全自動洗衣機、智能玩具；除了上述傳統(tǒng)領域外，汽車、電子工業(yè)在國外也是單片機應用十分廣泛的一個領域。 單片機及溫 度控制的研究方向和現(xiàn)狀 溫度控制是自動控制經(jīng)常討論的課題之一，它代表了一類自動控制的方法。溫度的測控技術已由模擬測控技術逐漸讓位與以單片機為主的微處理器測控技術，形成數(shù)字與模擬混合的測控系統(tǒng)和純數(shù)字測控系統(tǒng)的應用，并正向全數(shù)字測控方向快速發(fā)展。而現(xiàn)在單片機在農(nóng)業(yè)上也有了很多的應用。我們現(xiàn)在完全可以運用單片機和電子溫度傳感器對某處進行溫度檢測，而且我們可以很容易地做到多點的溫度檢測，如果對此原理圖稍加改進，我們還可以進行不同地點的實時溫度檢測和控制。 第二章：主要通過敘述設計的整體思路，論證 不同方案之間的優(yōu)缺點，闡述如何將單片機、溫度傳感器、液晶顯示屏 等結(jié)合在一起以達到設計目標。 最后， 設計 總結(jié)?！?。 6． 做出相應溫度控制。在溫度檢測方面，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實現(xiàn)方案。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出 電壓小、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路 相對復雜 。系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 熱電偶溫差電 路測溫系統(tǒng)框圖 方案二 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。 DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計 DS18B20 和微控制器 STC89C52 構(gòu)成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機連接。 如圖 所示，利用 STC89C52 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進行實時溫度檢測并用LCD1602 顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。同時改進控制算法，采用先進的 PID 控制算法，就可以省去建立繁瑣的數(shù)學模型，而且控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定與精確。同時，系統(tǒng)還會顯示溫度計工作的實時時間，方便用戶進行簡單的人機對話。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路，省卻了采樣 /保持電路、運放、數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路以及進行長距離傳輸時的串 /并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。以經(jīng)典控制理論為基礎的 PID 控制過程是應用最多的控制規(guī)律，現(xiàn)在仍然在各種過程控制系統(tǒng)廣泛應用，在 DCS 以及邏輯控制為主體的大型 PLC 系統(tǒng)中，均設有 PID 控制模塊 [3]。 PID 控制作用 PID 是比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)3 個控制作用的組合。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項 ” 。 3． 微分 (D)控制： 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 項 ” 往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤 差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項 ” ，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。但是這兩種方法在實際應用中比較麻煩。最后根據(jù) T， PK ， IT ， DT 諸參數(shù)優(yōu)選的結(jié)果選一組最佳值即可。并且在到達報警溫度后，系統(tǒng)會自動報警。使用 8051 內(nèi)核的單片機能夠?qū)崿F(xiàn)溫度全程的自動控制，而且 8051內(nèi)核的單片機易于學習、掌握，性能價格比高。它集 Flash 程序存 儲器既可在線編程(ISP)，也可用傳統(tǒng)方法進行編程，所以低價位單片機可為提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 11 圖 STC89C52RC 的引腳 另外， STC89C52RC 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 32 位的 I/O 口線能夠使得單片機與溫度顯示器、溫度傳感器、鍵盤、報警電路、按鍵電路和溫度控制電路等等連接變得可能。因此，對于本設計來說，選擇 STC89C52RC 是最有利的。 P0 口 (39~32)： P0 口為一個 8 位漏 極 開路雙向 I/O 口，每個管腳可吸收 8TTL 門電流。 P1 口 (1~8)： P1 口是一個內(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 門電流。作為輸入時， P2 口的管腳電位被外 部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P3 口 (10~17)： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。 RST(9)：復位輸入。 PSEN(29)：外部程序存儲器的選通信號。 XTAL1(19)：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。目前國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化、智能化等方向發(fā)展。以 上兩種溫度傳感器測溫范圍寬、可以在高溫場合工作、體積較大、成本較高。 NTC 熱敏電阻阻值隨溫度的變化符合指數(shù)規(guī)律，其最大的缺點也在于它的非線性，一般需要經(jīng)過線性化處理，使輸出電壓與溫度之間基 本 上成線性關系。半導體溫度傳感器很容易制成集成溫度傳感器。 模擬溫度傳感器：模擬溫度傳感器輸出模擬信號 （ 電壓或電流 ） 。電流輸出溫度傳感器的主要特點是輸出阻抗高，輸出電流不受傳輸線路電壓降和電壓噪聲的影響，且對電源電壓脈沖和漂移具有很強的抑制能力。邏輯溫度傳感器可由傳統(tǒng)的傳感器和比較器組合或集成而成。數(shù)字溫度傳感器目前有單線輸出和多線輸出等形式。由微處理器將溫度傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成真實溫度值，再進行進一步的處理與控制。 多線制：對于使用模擬溫度傳感器的溫度檢測系統(tǒng)，為了解決溫度傳感器供電和信號傳輸問題，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器之間采用多線方式連接，即每個溫度 傳感器至少有兩根線與數(shù)據(jù)采集器相連，這樣按線的分配方式不同，常見的有 2N 線制、 N+2 線 （ 2 根公共線 ） 制和 N+1 線 （ 1 根公共線 ） 制等幾種?？偩€制通常采用地址編碼方式，將 所有的傳感器并聯(lián) 2~4 根總線上，每個溫度傳感器擁有自己獨立的地址以區(qū)別其它溫度傳感器。 隨著通信技術的進步，出現(xiàn)了總線制傳輸方式。溫度測量范圍為 55~+125 攝氏度，可編程為 9 位 ~12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 攝氏度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。 DQ 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 ， 開漏單總線接口引腳 ， 當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 ， GND 為地信號 ， VDD為可選擇的 VDD 引腳 ， 當工作于寄生電源時，此引腳必須接地?！?； 3． 零待機功耗 ； 4． 可編程 的分辨率為 9~12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ； 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲器與控制邏輯 高速緩存 溫度傳感器 8 位 CRC 發(fā)生器 配置寄存器 高溫觸發(fā)器 低溫觸發(fā)器 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 南通大學畢業(yè)設計（論文） 16 5． 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ； 6． 用戶可定義報警設置 ； 7． 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度的器件 ； 8． 結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。例如選用集成原件 AD590 又需要使用 A/D 轉(zhuǎn)換器，并且 AD590 還需要進行標定[13]，雖然它可以達到很高的精度，但是它也浪費了 很多的系統(tǒng)資源，對軟件的要求就會更高。利用用戶能自定義報警設置這一特點，能夠在實現(xiàn)報警功能上得到很大的便利，同時極強的抗干擾性能使得溫度的檢測更加準確，作為溫度計最 基本的要求，準確必須滿足。 首先用 DS18B20 提供的讀暫存寄存器指令 (BEH)讀出以 ℃ 為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值 M 剩余和每度計數(shù)值 M 每度，考慮到 DS18B20測量溫度的整數(shù)部分以 ℃ 、 ℃ 為進位界限的關系，實際溫度 T 實際可用下式計算得到： T 實際 =(T 整數(shù) ℃ )+(M 每度 M 剩余 )/M 每度。該協(xié)議定 義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。 DS18B20 需要嚴格的協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。和 DS18B20 間的任何通訊都需要以初始化序列開始。 DS18B20的讀時序是從主機把單總線拉低之后，在 15 微秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 19 圖 DS18B20 的寫 時序 溫度傳感器 DS18B20 的使用注意事項 DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 1． DS18B20 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示 85； 2．在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應使電源電壓保持在 5V 左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低 ； 3．較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測 溫結(jié)果。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： 1．顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每 一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，南通大學畢業(yè)設計（論文） 20 恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器 (CRT)那樣需要不斷刷新亮點。 4．功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 21 表 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清 除 顯示 0 0 0 0