【正文】 20有 4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： (1)光刻 ROM 中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是 DS18B20 的地址序列碼。高 溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。 DS18B20 引腳定義： (1)DQ： 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2)GND： 為電源地； (3)VDD： 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 (6)可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 (3)DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 0 號存貯器用于存放溫度值的補(bǔ)碼。每一個(gè) DS18B20 在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的 64 位長邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 的序號。 開始一次溫度轉(zhuǎn)換時(shí) ， 微處理器需要向 DS18B20發(fā)出 Convert T 指令 。 此外 ， DS18B20還有應(yīng)用簡單無需任何外圍元件、測溫范圍廣 (55℃ ~+125℃ )、測溫精度高(10℃ ~+85℃ 范圍內(nèi)精度 177。 在 DS18B20 片內(nèi)設(shè)有報(bào)警單元 ， 用戶可以定義報(bào)警的上下限 。 當(dāng)單片機(jī)輸出的是高電平 1 時(shí)光電耦合器導(dǎo)通 從而使 IGBT 導(dǎo)通 ，電阻爐工作；反之單片機(jī)輸出電平為 0 時(shí)， 光耦元件不能導(dǎo)通， IGBT 不能形成有效偏置而截止，電爐絲不工作 ， 飲水機(jī)不加熱 [25]。 圖 用 PWM 波代替正弦半波 光耦隔離驅(qū)動電路如圖 所示。 直流斬波電路得到的 PWM 波是等效直流波形， SPWM 波得到的是等效正弦波形。不管是等幅 PWM 波還是不等幅 PWM 波，都是基于面積等效原理來進(jìn)行控制的，因此其本質(zhì)是相同的 [19]。由直流電源產(chǎn)生的PWM 波通常是等幅 PWM 波。對于正弦波的負(fù)半周 ， 也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面 積（沖量）相等，就得到圖 (b)所示的脈沖序列。用 傅 里葉級數(shù)分解后將可看出， i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 圖 (b)給出了不同窄脈沖時(shí) i(t)的響應(yīng)波形。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D (d)的單位脈沖函數(shù) δ(t)時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。 PWM 控制的基本原理在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同?？煽毓杩梢哉J(rèn)為是線形環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對水溫的控制。 圖 AT89C51 引腳圖 I/O 通道的硬件電路的設(shè)計(jì) 就本系統(tǒng)來說 ， 需要實(shí)時(shí)采集水溫?cái)?shù)據(jù) ， 然后 將傳感器采集到的 數(shù)字信號 ， 直接送入單片 機(jī)中的特定單元 ， 然后一部分送去顯示 ； 另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較 ， 通過PID 算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出 的 PWM 波 去控制 IGBT 的通斷從而控制 電熱 爐 加熱 [20]。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz~24MHz 之間， 比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～12MHz 更具有靈活性 ， 系統(tǒng)能快能慢。它與 MCS51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能 [18]。 AT89C51 是由美國生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。 電路原理 圖如圖 所示 。 為實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)程的控制，可以考慮把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成無線系統(tǒng)，以突破 DS18B20單總線的長度的限制。 如 圖 為 DS18B20 其溫度檢測電路圖。溫度值不需要以電橋電路先獲取電壓模擬量 ， 再經(jīng)信號放大和 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 ， 解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性 ， 在更換傳感器時(shí)會因放大器零漂而必須對電路進(jìn)行重新調(diào)試的問題 ， 使用方便 [16]。 DS18B20 的供電方式有兩種 ： 一種是寄生電源 ； 另一種為外電源供電。 (2)測溫范圍 ： 55℃ ～ +125℃ ， 在 10℃ ～ +85℃ 時(shí) ， 其精度為 ℃ 。 DS18B20 采用了 TO92 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。 比較這 3 種方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此此次設(shè)計(jì)選用方案 3。 (3)控制電路部分 方案 1：采用 8031 芯片， 其內(nèi)部沒有程序存儲器，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展，這給電路增加了復(fù)雜度。 (2)顯示部分 控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電路的好壞 。其測量范圍在 55℃ ~+125℃ ， 在 10℃ ~+85℃ 時(shí) ， 其精度為 ℃ ， 當(dāng)電源電壓在 5~10V 之間，穩(wěn)定度為 1%時(shí)，誤差只有 177。 各部分電路方案論證 本電路以單片機(jī)為基礎(chǔ)核心，系統(tǒng)由前向通道模塊、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤顯示摸塊等四大模塊組成 [9]。 方案 2：采用單片機(jī) AT89C51 為核心。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 水溫控制系統(tǒng)總體框圖 該水溫控制系統(tǒng)主要由 AT89C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)、前向通道（溫度采樣轉(zhuǎn)換電路）、后向通道（溫度控制電路）、顯示電路等四部分組成，其總體設(shè)計(jì)框圖如圖 所示 [6]。 ③用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際水溫。 本設(shè)計(jì)任務(wù) (1)基本要求 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的飲水機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測飲水機(jī)水箱的水溫，并且可以通過數(shù)碼管顯示飲水機(jī)水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤或開 關(guān)選擇制冷或加熱，可以人為設(shè)置水的溫度的上下限，如加熱，當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)正常工作，當(dāng)?shù)陀谒疁叵孪迺r(shí)控制加熱器加熱；如制冷，當(dāng)溫度高于水溫上限時(shí)控制壓縮機(jī)制冷，溫度檢測范圍 0~95℃ ，精度 177。 在能源日益緊張的今天，電熱水器，飲水機(jī)，電飯煲之類的家用電器在保溫時(shí)，由于其 簡單 的溫控系統(tǒng)，利用溫敏電阻來實(shí)現(xiàn)溫控，因而會造成很大的能源浪費(fèi) 。那么無論是哪種控制，我們都希望水溫控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范 圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問題 [3]。 在日常人們的生活中，溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用和作用也體現(xiàn)到了各個(gè)方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會 。 PID control. 目 錄 摘 要 .........................................................................................................I Abstract ..................................................................................................... II 1 前言 ........................................................................................................ 1 水溫控制系統(tǒng)概述 .............................................................................. 1 本設(shè)計(jì)任務(wù) ......................................................................................... 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 ......................................................................................... 3 水溫控制系統(tǒng)總體框圖 ....................................................................... 3 總體方案論證 ...................................................................................... 3 各部分電路方案論證 ........................................................................... 3 3 硬件電路設(shè)計(jì) ......................................................................................... 5 溫度 傳感器的選擇 .............................................................................. 5 溫度控制電路 ...................................................................................... 6 單片機(jī)控制部分 .................................................................................. 7 I/O 通道的硬件電路的設(shè)計(jì) .............................................................. 8 電源電路 .............................................................................................. 9 控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì) ........................................................................... 9 溫度傳感器的工作原理 ..................................................................... 12 LED 數(shù)碼管顯示電路 ..................................................................... 16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 18 主程序模塊 ....................................................................................... 18 運(yùn)算控制模塊 ................................................................................... 19 數(shù)字顯示 ........................................................................................... 22 PWM 輸出 ..................................................................................... 22 溫 度傳感器 DS18B20 軟件 模塊 ....................................................... 24 5 試驗(yàn)仿真結(jié)果分析 ............................................................................... 29 仿真平臺 ........................................................................................... 29 仿真結(jié)果及分析 ................................................................................ 29 總結(jié) .......................................................................................................... 32 參考文獻(xiàn) ....................................................................................