【正文】 空調(diào)、加熱器等。數(shù)字溫度傳感器能夠直接讀取被測(cè)物體的溫度值，而且體積小，電壓適用范圍寬 3V～ 5V,用戶還可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線（ 1Wire）總線、 I2C 總線、 SMBUS 總線和 SPI 總線。在社會(huì)生產(chǎn)許多場(chǎng)合，只有對(duì)溫度的精確的測(cè)量，才能保證精確的控制。 此外， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 方法 采用黑箱方法能把復(fù)雜的系統(tǒng)通過(guò)有限的參數(shù)進(jìn)行表達(dá) ， 但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也存在著明顯的缺陷，即需要大量的歷史資料，否則在進(jìn)行外推和演繹時(shí)可靠性明顯降低。這類控制對(duì)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。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。 組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng) 軟件 ，是新型的工業(yè) 自動(dòng)控制系統(tǒng) ，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng) ，為實(shí)施數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控、生產(chǎn)控制 提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，在過(guò)程監(jiān)控中發(fā)揮核心作用，可以幫助企業(yè)降低運(yùn)作成本，提高生產(chǎn)效率。 本控制系統(tǒng)具有以下功能： （ 1）能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定溫度； （ 2）控制溫度范圍 室溫至 120℃； （ 3）溫度波動(dòng)177。對(duì)于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等。該方案系統(tǒng) 框圖如下： 溫度傳感器變送器單片機(jī)A / D轉(zhuǎn)換L E D顯示多路開(kāi)關(guān) 圖 21 方案二系統(tǒng)框圖 方案三： 本方案采用單片機(jī)為核心，溫度傳感器采用 DS18B20。該儀器電路簡(jiǎn)單、功能可靠、測(cè)量效率高，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)溫度測(cè)量的不足。 溫度控制方案的選擇 家用 220V 交流電有如下三種常 見(jiàn)控制電路： （ 1）電磁繼電器 電磁繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件，它是用較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中，價(jià)格便宜，但開(kāi)關(guān)速度較慢。 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型，按開(kāi)關(guān)形式分為常開(kāi)型和常閉型，按隔離形式分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。 Z 型 SSR關(guān)斷條件同 P型，但由于負(fù)載工作電流近似正弦波，高次諧波干擾小，所以應(yīng)用廣泛。為了簡(jiǎn)化輸出通道的硬件結(jié)構(gòu)，考慮到加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性，本設(shè)計(jì)采用脈沖寬度調(diào)制的控制方法，即 PWM 波控制。其外圍電路簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于溫度控制、溫度測(cè)量，工作系統(tǒng)以及任何熱敏感系統(tǒng)中。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào) fO,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信 號(hào) f。一般情況下，溫度應(yīng)為有 9位（符號(hào)占 1位），但因符號(hào)位擴(kuò)展成高八位，故以 16 位補(bǔ)碼形式讀出，輸出的數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系如下表所示： 表 21 DS18B20輸出數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系 溫度 /℃ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出 (十六進(jìn)制 ) +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0001 1010 0010 00A2H 0000 0001 1010 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0101 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 DS18B20 的測(cè)溫原理圖如圖 25 所示： 斜 坡 累 加 器計(jì) 數(shù) 器 1預(yù) 置 計(jì) 數(shù) 比 較 器低 溫 度 系 數(shù) 晶 振= 0預(yù) 置溫 度 寄 存 器加 1計(jì) 數(shù) 器 2= 0高 溫 度 系 數(shù) 晶 振停 止置 位 / 清 除 圖 25 DS18B20的測(cè)溫原理圖 其原理為用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門(mén)周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門(mén)周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。然后計(jì)數(shù)器又開(kāi)始計(jì)數(shù)直到 0，如果門(mén)周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過(guò)程。 主控元件 AT89 系列單片機(jī)的核心是 8031，在硬件和軟件方面與 MCS51系列完全兼容， AT89系列的指令與有關(guān)定義和 MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編寫(xiě)的程序可以直接使用。 AT89S52 顯著的特點(diǎn)是加入了在系統(tǒng)編程（ ISP）功能，不再依靠專河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 用的編程工具，改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序也再不需要把芯片從電路板上拆下。 CTR 不僅可以進(jìn)行字符顯示，還可以進(jìn)行畫(huà)面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便的進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的管理和監(jiān)視。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是 一種較好的選擇。它是一種最基本的驅(qū)動(dòng)方式，如圖 26。 ② DCSSR 驅(qū)動(dòng)大功率高壓負(fù)載，見(jiàn)圖 210。 即 本設(shè)計(jì)選用的是 5V 供電， 2A 250VAC 的固態(tài)繼電器。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線成本。 RS232C規(guī)定最大 的負(fù)載電容為 2500pF，這個(gè)電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于 RS232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號(hào)地（ GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號(hào)傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會(huì)耦合到信號(hào)中。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的 RS232C接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號(hào)電平（ TTL 電平）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的 RS232C 電平，或者把計(jì)算機(jī)的 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的 TTL 電平，通信時(shí)候必須對(duì)兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 MAX232 是單電源雙RS232C 發(fā)送 /接收芯片。 M A X 2 3 2V +C 2 +C 2 C 1 +C 1 V 2451361 291 3871 41 01 11 61 5V C C1 0 u f1 0 u f1 0 u f1 0 u f++++ 圖 212 MAX232引腳 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控 組態(tài)“ Configuration” 就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。組態(tài)軟件的功能有工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)可視化控制；生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控報(bào)警；報(bào)表功能；基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上傳和相應(yīng)控制等。因此，本設(shè)計(jì)就采用該版本。 本系統(tǒng)中最小系統(tǒng)電路圖如圖 32。 10uf。 本系統(tǒng)振蕩電路中采用的是 MHz 的 晶振 ，電容 C1 和 C2 的值為 30pf 它們構(gòu)成并聯(lián)諧振電路， 并 接在反饋回路中。若通過(guò)按 動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 12Y1XTALS0SWPB30pfC230pfC11KR1GND22ufC3200R2+5VXTAL119XTAL218RST9PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31123456873233343536373839212223242526272810111213141516171AT89S52 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 位稱手動(dòng)復(fù)位。 （ 3）輸入電源電路： 控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用 5V直流電源供電，其電路如下圖所示，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。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會(huì)影響到負(fù)載電路的正常工作。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 16 D3D6Bridge1Vin VoutGNDVR178051000ufC9C8C10D7GND+5VIn PowerOut PowerT1Trans Eq 圖 33 電源部分連 線圖 多點(diǎn)測(cè)量電路設(shè)計(jì) 本部分的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：讀序列號(hào)電路部分的設(shè)計(jì)和掛接三個(gè) DS18B20 進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)的電路設(shè)計(jì)。讀序列號(hào)的電路示意圖如圖 34所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 單片機(jī)+ 5 VD S 1 8 B 2 0V D D4 .7 K G N DD Q+ 5 V 圖 35 DS18B20寄生電源供電方式 （ 2）外接電源 供電時(shí) 在兩種供電方式中，外接電源 供電 使用得 較 為 普遍，它是將外部電源直接接到DS18B20 的 引腳 VDD 上，以便 在 單片機(jī) 的 一個(gè) I/O口上就可同時(shí)掛接 多個(gè) DS18B20 芯片。這就允許在變換時(shí)間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。在外接電源方式下，也可以充分發(fā) 揮 DS18B20 的寬電源、電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，它依然能夠保證溫度量精度。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 超過(guò) 8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹? 測(cè)溫電纜線建議 采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示子段組成的顯示器件。因?yàn)殒I盤(pán)較少所以用簡(jiǎn)單的獨(dú)立式鍵盤(pán)，獨(dú)立式鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是占用 I/O 口多，適用于鍵盤(pán)較少的電路。這樣使輸出通道省去了D/A 轉(zhuǎn)換器和可控硅移相觸發(fā)電路，大大的簡(jiǎn)化了硬件。 此外， 系統(tǒng) 還設(shè)有 過(guò)熱保護(hù)電路 ，如圖 39。 D2Diode 1N4002F1Fuse 1200WR6501R4D1IC5K1+5V2KR5Q1TriacQ2PNPR7+5V+5VIn PowerOut Power 圖 39 執(zhí)行 信號(hào)輸出通 道的 原理圖 報(bào)警 電路 報(bào)警電路如圖 310 所示，其中 報(bào)警輸出三極管的集電極接蜂鳴器，蜂鳴器的另一端接正 5伏電源。 RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。接收器典型的工作電平在 +3～ +12V與 3～ 12V。 MCS51 內(nèi)部含有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，具有 UART 的全部功能。 由 于串口用的是 TTL 電平，和 RS232 電平不同，因此，單片機(jī)和 PC 通信時(shí)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，常用的 IC是 MAX232,連接圖如圖 311所示，其中 MAX232 供電腳為＋ 5V，中間連接的電解電容取 50V 1UF。研制一個(gè)復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)，軟件研制的工作量往往大于硬件 。 溫 度 控 制 子 程 序初 始 化進(jìn) 入 測(cè) 溫 程 序查 詢 接 收 指 令發(fā) 送 溫 度 數(shù) 據(jù)是 0 5 H 指 令 ？是 0 8 H 指 令 ？接 收 上 位 機(jī) 溫 度 命 令NYYN開(kāi) 始 圖 41 系統(tǒng)操作的總體流程圖 本系統(tǒng)中下位機(jī) 為 單片機(jī)，其相關(guān)軟件設(shè)計(jì)主要包括 DS18B20 的測(cè)溫程序設(shè)計(jì)、 LED顯示和鍵盤(pán)掃描程序設(shè)計(jì)、控制執(zhí)行模塊程序及串口通訊程序設(shè)計(jì)等。 從總線讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)首先拉低總線 1μs 以上然后釋放，在釋放總線后的 1～ 15μs 內(nèi)主機(jī)對(duì)總線的采樣值即為讀取到的數(shù)據(jù) ， 具體程序見(jiàn)附錄 B。向 1Wire 總線寫(xiě) 1bit 至少需要 60μs ，同時(shí)還要保證兩次連續(xù)的寫(xiě)操作有 1μs 以上的間隔。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 26 圖 45 DS18B20寫(xiě)時(shí)間隙 圖 顯示和鍵盤(pán)掃描 程序 顯示掃描程序流程圖 顯示掃描子程序的流程圖如圖 46所示： 開(kāi) 始賦 位 選 初 值清 除 位 選送 顯 示 段 碼選 通 并 延 時(shí) 2 m s改 變 位 選 字消 影完 成 8 位 掃 描結(jié) 束NY 圖 46 顯示掃描子程序的流程圖 鍵盤(pán)掃描程序 流程圖 本設(shè)計(jì)設(shè)置有四個(gè)按鍵， S1 為返回鍵， S2 為溫度加鍵， S3 為溫度減鍵， 即 當(dāng)按 S2鍵時(shí)，設(shè)置溫度加 度； 當(dāng)按 S3 鍵時(shí)，設(shè)置溫度減 度 ， S4用來(lái)切換顯示通道，以便觀察數(shù)碼管顯示的各個(gè)通道的溫度值 。微機(jī)系統(tǒng)輸出高電平時(shí)，使雙向可控硅道通，電熱絲通電，輸出低電平時(shí)，雙向可控硅截止，電熱絲斷電。溫控過(guò)程中功率電路輸出的脈沖電流方波寬度始終受溫度 差