【正文】 直接接到單片機(jī)的 引腳上。在溫控開關(guān)被激活的情況下，當(dāng)溫度低于設(shè)定的下限時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)加熱器加熱，同時(shí)點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管，當(dāng)溫度高于設(shè)定的上限時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)致冷器降溫，同時(shí)點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管。利用鍵盤輸入設(shè)定溫度 ,經(jīng)溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù) ,保存在片內(nèi)設(shè)定值單元 。 傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精度有所提高。因此本系統(tǒng)可以采用 PID 的控制方式，以最大限度地滿足系統(tǒng)對(duì)諸如控制精度、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求 [7]。例如能夠進(jìn)行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字 PID 和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能式溫度調(diào)節(jié)器等 [11]。現(xiàn)在傳感器也正在 3 受著微電子技術(shù)的影響，不斷發(fā)展變化。本文設(shè)計(jì)的熱水器控制系統(tǒng)以 51 單片機(jī)為檢測控制中心單元，具有溫度設(shè)定與控制功能。因此，單片機(jī)溫度測量則是對(duì)溫度進(jìn)行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測量任務(wù)。 例如鋼鐵生產(chǎn)過程中，按照工藝條件的規(guī)定保持一定的溫度才能保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的安全。 2 1 緒論 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中主要被控參數(shù)之一，溫度控制自然是生產(chǎn)的重要控制過程。但隨之而來的是巨額的成本。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。在很多生產(chǎn)過程中， 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中， 溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。現(xiàn)代自動(dòng)控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)，那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?，F(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測，而且可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測，如果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測和控制。單片機(jī)具有和普通計(jì)算機(jī)類似的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合PID，程序控制可大大提高控制效力，提高生產(chǎn)效益 [9]。 在單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度 測量是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。也可能由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過燒，從而浪費(fèi)電能 。溫度控制的發(fā)展引入單片機(jī)之后，有可能降低對(duì)某些硬件電路的要求，但這絕不是說可以忽略測試電路本身的重要性，尤其是直接獲取被測信號(hào)的傳感器部分，仍應(yīng)給予充分的重視，有時(shí)提高整臺(tái)儀器的性能的關(guān)鍵仍然 在于測試電路，尤其是傳感器的改進(jìn)。國內(nèi)外市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種多樣溫度控制儀表，應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)方面。另一方面，由于 可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過程，無論采用上述哪一種控制方法都不會(huì)增加系統(tǒng)硬件成本，而只需對(duì)軟件作相應(yīng)改變即可實(shí)現(xiàn)不同的控制方案。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼管顯示，不能用鍵盤設(shè)定 [13]。采用模擬溫度傳感器對(duì)加熱杯的溫度進(jìn)行采樣 ,通過放大電路變換為 0～ 5V 的電壓信號(hào) ,經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 ,保存在采樣值單元 。單片機(jī) AT89C52 能夠根據(jù)溫度傳感器 DS18B20 所采集的溫度數(shù)據(jù)來控制加熱器或致冷器的啟停，從而把溫度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。 4 采用一線制數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來作為溫度傳感器。溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件 DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的 [12]。 而系統(tǒng)的過程則是：首先 ,通過設(shè)置按鍵 ,設(shè)定恒溫運(yùn)行時(shí)的溫度值，并且用數(shù) 碼管顯示這個(gè)溫度值 .然后 ,在運(yùn)行過程中將采樣的溫度模擬量送入 A/D 轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，最后用單片機(jī)來控制加熱器 ,進(jìn)行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加 熱 [5]。 ℃ 。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，詳細(xì)分析 溫度自動(dòng)控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)需求，并進(jìn)行軟硬件的總體設(shè)計(jì)。 方案的選擇 在這個(gè)系統(tǒng)中我們從性能及設(shè)計(jì)成本考慮 ,我們選擇 AT89C52 芯片。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。 在工程實(shí) 際中 ， PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工 6 作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 PID 控制器參數(shù)整定的方法概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。 7 3 器件和模塊的選用 AT89C52單片機(jī) AT89C52是一種低功耗、高性能 8 位微控制器，具有 8K 在系可編程 Flash 存儲(chǔ)器。另外， AT89C52 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。 ，典型值為 5V； 1最高工作頻率為 24MHz。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。本文使用外部電源供電。0 ． 5℃ 。 7. 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 如下 的測溫原理圖 不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s減為 750ms。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值 時(shí) 。測溫電纜線采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中 有 一對(duì)接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線 。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖 所示。按鈕復(fù)位采用電平復(fù)位方式，按下復(fù)位電鈕時(shí)，電源對(duì)外接電容充電，使 RST/VPD 端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過內(nèi)部下拉電阻放電，逐漸使 RST/VPD 端恢復(fù)低電平。 圖 數(shù)碼管顯示電路圖 供電部分采用 TL431 構(gòu)成的恒壓源， TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。即，控制器的輸出為： ???????? ??? ?t Dp dt tde r r orTdtte r r orTte r r orktu01)()(1)()( （ ） 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式： ???????? ???? sTsTksE sUsG Dp111)( )()( （ ） 式中， kp—— 比例系數(shù)； Ti—— 積分時(shí)間常數(shù)； Td—— 微分時(shí)間常數(shù)。 積分控制： Gc(s) = Kp/T is 微分環(huán)節(jié)：反偏差信號(hào)的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前， 在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 增量式只需計(jì)算增量，算式中不需要累加，控制增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較小，且較容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效果。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論 計(jì)算確定控制器參數(shù)。以達(dá)到控制器的特性與被控過程的特性相匹配 ,滿足某種反映控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標(biāo)。 根據(jù)輸出控制增量△ un，可求出本次控制輸出為 1?? nn uu +△ nu = DIPn PPPu ????1 （ ） 下面對(duì) PID 運(yùn)算加以說明： 所有的數(shù)都變成定點(diǎn)純小數(shù)進(jìn)行處理。輸出控制量 un 的限幅處理。 主程序模塊要做的主要工作是上電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化、串口初始化等。 和顯示 模塊 數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號(hào)的采集以及將采集到的數(shù)字量提供給單片機(jī)。 Altium Designer ，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)新版本，也是業(yè)界第一款也是 唯一一種完整的板級(jí)設(shè)計(jì)解決方案。通過 KEIL 軟件降我們的源程序轉(zhuǎn)換成目標(biāo)程序來進(jìn)行仿真 ,生成 *.hex 文件。做設(shè)計(jì) 的過程是艱辛的，但是在我的努力之下還是完成了。其次，還要感謝這四年來教我知識(shí)的美味老師們，畢業(yè)論文能夠順利完成，你們也都有很大的功勞。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新、生活的開始。 uchar data dis_buf[8],i。 //驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警 sbit Key_UP = P3^3。 //定義 18B20的數(shù)據(jù)端 bit flag。 //存儲(chǔ)讀取的字節(jié)， read scratchpad 為 9字節(jié)， read rom ID 為 8 字節(jié) uchar id_buff[8]。 //CRC 校驗(yàn)表 /************************************************************ *Function:延時(shí)處理 *************************************************************/ void TempDelay (uint us) { while(us)。 dq=0。 TempDelay(14)。 if(dq==0) flag = 1。 _nop_()。 EA=0。 _nop_()。 //delay 45 uS //5 _nop_()。 } EA=1。i8。 33 if(dq==1) u |= 0x80。 return(u)。i++) { *p = ReadByte()。ij。 if (CRC(9)==0) //校驗(yàn)正確 { Temperature = temp_buff[1]*0x100 + temp_buff[0]。 } } /************************************************************ *Function:內(nèi)部配置 *************************************************************/ void Config18b20 (void) //重新配置報(bào)警限定值 { Init18b20()。 //寫入溫度上限 Init18b20()。 WriteByte(0xcc)。 //read rom readbytes(8)。 WriteByte(0xcc)。 //skip rom 36 WriteByte(0xbe)。 TL0 = 0x17。 // 傳送位選通值 dis_digit = _crol_(dis_digit,1)。 //掃描到第四個(gè)數(shù)碼管后返回 } /************************************************************ *Function:顯示代碼處理 *************************************************************/ void processCode(void) //顯示代碼處理（分離數(shù)值） { gechar =(uchar)(Temperature % 10)。 // 顯示代碼的個(gè)位傳送到數(shù)碼管一 37 dis_buf[1] = dis_code[shichar]。 while(1) { Alarm_ge =(uchar)(Alarm % 10)。 // 第一位 用來顯示所設(shè)報(bào)警值的個(gè)位 dis_buf[1] = dis_code[Alarm_shi]。 //延時(shí)防抖 按下 10ms 再測 if (Key_UP == 0) Alarm = Alarm + 1。 //上調(diào)溫度 if (Alarm = 1) //限制溫度下限為 1 度 Alarm = 1。 if (Key_SET == 0) { Config18b20 ()。 TR0=1。 dis_buf[0] = dis_code[0]。 // 第四位 初始值為 0 TemperatuerResult ()。 40 } processCode()。 float data deltaPn,deltaPi,deltaPp,deltaPd,PsumCopy。 // if(deltaPd=dPdmax) deltaPd=0。 // if(fabs(deltaPi)dPimin) deltaPi=0。 deltaPn=deltaPp+deltaPi+deltaPd。 PsumCopy=Psum1。 E_11=E_0。 E_0=SetTemperature2CurrentTemperature2。 } deltaPn=