【正文】 論文） 4 第 2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 167。 ② 具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào) 試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 89 C 51 溫度傳感器 按鍵控制 顯示 驅(qū)動(dòng)電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 167。 系統(tǒng)方案總圖 總體設(shè)計(jì)應(yīng)該全面考慮系統(tǒng)的總體目標(biāo)，進(jìn)行硬件初步選型，然后確定一個(gè)系統(tǒng)的草 案，同時(shí)考慮軟硬件實(shí)現(xiàn)的可行性。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1章 總體方案設(shè)計(jì) 167。這些控制技術(shù)大大 的 提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率 ，因而廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防建設(shè)和空問技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。 溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。 溫度傳感器 DS18B20 模塊軟件設(shè)計(jì) .......................................................... 21 167。 PID 數(shù)學(xué)模型 .......................................................................................... 17 167。 驅(qū)動(dòng)控制電路 ......................................................................................... 15 第 3 章 控制理論 ........................................ 16 167。 單片機(jī)最小單元設(shè)計(jì) .............................................................................. 6 167。 硬件單元方案設(shè)計(jì)與選擇 ............................................................................. 4 167。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ， 數(shù)字溫度傳感器 ， PID 控制 ， PWM 控制 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Based Design of Intelligent Temperature Control System ABSTRACT The past two decades, with scientific and technological development and raising the level of industrial production, in the ordinary home water heaters, rice cookers, electric oven and so depends on the temperature control technology, more and more consumer electronics devices, metallurgy, petroleum, chemical industry , electricity and modern agriculture industry, the temperature is extremely important and one of the general thermal parameters, it can be said temperature control technology is everywhere. As the temperature accuracy of a variety of industries have bee increasingly demanding, on the temperature stability of the system requirements more stringent. Optical remote sensing systems as some systems, some of the sophisticated electronic equipment to work properly, the temperature must be constant. In recent years a variety of advanced temperature control method developed rapidly, such as: PID control, fuzzy control, neural work and geic algorithm control. The temperature control system 89C51 microcontroller core, with a digital temperature sensor DS18B20 to measure temperature, and location of sampling data sent to the MCU type PID operation. PID operation result is MCU I/O port output duty cycle of PWM wave, also determines the heating ponents of the output power. In the control process, as set temperature and the measured difference in the everchanging, PID operation results (PWM wave of duty cycle) is also a corresponding change in output power makes the heating ponents changes with the difference timely adjustments in order to make temperature control more quickly and accurately. KEY WORDS： MCU， Digital Temperature Sensor， PWM control， PID control 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 前 言 ................................................... 1 第 1 章 總體方案設(shè)計(jì) ..................................... 2 167。 近幾年來多種先進(jìn)的溫度控制方式 迅速發(fā)展起來 ，如： PID 控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于單片機(jī)的智能溫控設(shè)計(jì) 摘 要 近二十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，在普通家庭里熱水器、電飯煲、電烤箱等依賴于溫控技術(shù)的家電設(shè)備越來越多。如某些遙感系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，某些精密的電子器械，要正常工作，溫度必須恒定。在控制過程中，由于設(shè)定的溫度值和測(cè)量值的差在不斷變化， PID 運(yùn)算的結(jié)果（ PWM 波的占空比）也相應(yīng)的改變，使得加熱元器件的輸出功率隨著差值的變化適時(shí)調(diào)整，從而使溫度控制更加快速、精確。 實(shí)驗(yàn)方案 ........................................................................................................... 3 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 ................................. 4 167。 單元電路設(shè)計(jì) .................................................................................................. 6 167。 按鍵控制電路 ......................................................................................... 14 167。 PID 控制算法 .................................................................................................. 17 167。 按鍵控制流程圖 ............................................................................................ 21 167。 隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、 冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油 等各個(gè)行業(yè)。 近幾年來快速發(fā)展了多種 先進(jìn)的溫度控制方式，如： PID 控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。 輸出 部分采用 PWM 控制 固態(tài)繼電器 的通斷 以實(shí)行對(duì)溫度的控制 ；顯示部分用 LED 顯示出測(cè)量值和設(shè)定值，使管理更直觀。 167。使用數(shù)字溫度傳感器對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行溫度采集，傳感器 將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給單片機(jī)， 單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)調(diào)用位置式 PID 算法，在控制周期一定時(shí)， PID 的結(jié) 果決定加熱電路的通斷時(shí)間。Proteus 的 ISIS 是一款專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng) ， 該軟件的特點(diǎn)： ① 全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真 5 AVR、 PIC。 方案 1：采用熱敏電阻，這種電阻是利用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的，其阻值隨溫度變化有明顯的改變。但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，線性度差，不能直接用于 A/D 轉(zhuǎn)換，應(yīng)該用硬件或軟件對(duì)其進(jìn)行線性補(bǔ)償。它是二端器件，使用非常方便，作為一種高阻電流源，它不需要嚴(yán)格考慮傳輸線上的電壓信號(hào)損失和噪生干擾問題，而且不必考慮選擇開關(guān)或CMOS 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)所引起的附加電阻造成的誤差?？梢苑謩e在 和 750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量 , 并且從 DS18B20讀出的信息或?qū)懭?DS18B20的信息僅需要一根口線 ( 單線接口 ) 讀寫 , 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線 , 總線本身也可以向所掛接的 DS18B20供電 , 而無需額外電源。它直接將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼 , 可以只使用一根電纜傳輸溫度數(shù)據(jù) , 通信方便 , 傳輸距離遠(yuǎn)且抗干 擾性好 。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。 方案 1：采用動(dòng)態(tài)顯示方式。這種顯示方式需要占用大量的 CPU 資源，當(dāng) CPU 處理別的事情時(shí)，可能出現(xiàn)閃爍或者不顯示的情況。該顯示方式編程容易，管理也較簡(jiǎn)單，但占用 I/O 口線資源較多。 5 個(gè)串 /并移位寄存器芯片 74LS164 首尾相連。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 方案選擇：選擇方案 3。 單片機(jī)最小單元設(shè)計(jì) 單片機(jī)選用 Atmel 公司的單片機(jī)芯片 AT89C51 ,完全可以滿足本系統(tǒng)中要求的采集、控制和數(shù)據(jù)處理的需要。該型號(hào)單片機(jī)包括 : ①一個(gè) 8 位的微處理器 (CPU)。 ⑤ 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口 P0～ P3,每個(gè)端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 ⑨ 89C51 單片機(jī)與 8051 相比 ，具有節(jié)電工作方式，即休閑方式及掉電方式 89C51 單片機(jī)引腳簡(jiǎn)介： XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在 89C51 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，震蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期（ 24個(gè)時(shí)鐘震蕩周期）的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。對(duì)端口寫 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可 用作輸入端口。P1 端口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 輸入。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口引腳上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。對(duì)端口寫 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時(shí)可用作輸入端口。在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時(shí)， P3也接受一些控制信號(hào)。 圖 2－ 1 單片機(jī)最小單元電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 167。 DQ (4 腳 ) :數(shù)據(jù)輸入 / 輸出腳 ,漏極開路 ,常態(tài)下高電平。 具體形式如表 21 為 : 表 21 溫度數(shù)據(jù)格式 低位字節(jié) 23 22 21 20 21 22 23 24 高位字節(jié) S S S S S 26 25 24 DS18B20 內(nèi)部高速暫存 RAM 的分布如表 22 所示， 0、 1 兩字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。其中，低 5位一直為 1； TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在 DS18B20 出廠時(shí)，該位被設(shè)置為 0，不需要改動(dòng)； R1 和 R0 決 定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，其定義方法見表 24。第 8 字節(jié)時(shí)前面所以字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)