【正文】 建筑節(jié)能是世界建筑技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)， 我國(guó)目前在該領(lǐng)域的技術(shù)還是相當(dāng)落后。其具有良好的通用性 ,可以解決建筑的溫度測(cè)控問(wèn)題 ,并利用總線的特殊優(yōu)勢(shì)解決了遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)量問(wèn)題 ,網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性好。使用數(shù)字式 DS18B20 溫度測(cè)控系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到連續(xù)燒結(jié)爐的多點(diǎn)溫度控制，還可以應(yīng)用到其他工業(yè)對(duì)象的溫度控制，比如冶煉高爐，工業(yè)窯爐等；而且成本低，可靠性高。 (5)為滿足日益增長(zhǎng)的蔬菜市場(chǎng)需求，提高人民的生活水平，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量采用溫室進(jìn)行蔬菜等農(nóng)作物培育。并且采用的單總線溫度傳感器 DS18B20 可以直接輸出數(shù)字量，不需 要 A/D 轉(zhuǎn)換，與微處理器容易接口，能夠有效的解決硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜的問(wèn)題 產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。 (2)恒 速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率Δ１進(jìn)行。 而每一段都有時(shí)間的要求，如下圖所示： 爐溫變化過(guò)程 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其運(yùn)行功能不斷增強(qiáng)，運(yùn)行速度不斷提高，不但可用它來(lái)構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，也可以用它來(lái)完成工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制。送入單片機(jī)與給定的溫度比較如果高于給定溫度上限則以上限值給 D/A來(lái)控制晶閘管導(dǎo)通角 ,如果低于給定溫度下限則以下限值給 D/A 來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角 ,從而控制電爐的溫度在正常范圍里 .下面各章將分別介紹溫度控制系統(tǒng) 的各部分組成及功能。在這個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件的基礎(chǔ)。此外，單片機(jī)的使用還有助于提高儀器儀表的精確度和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減小體積而易于攜帶和使用，并具有降低成本，增加抗干擾能力，便于增加顯示、報(bào)警和自診斷功能。例如計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備（鍵盤、打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器）和自動(dòng)化辦公室設(shè)備（傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話機(jī)等），都有單片機(jī)在其中。 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 44 頁(yè) （ 1） 特性 80C51 核心處理單元 片內(nèi) FLASH 程序存儲(chǔ)器 速度可達(dá) 33MHz 全靜態(tài)操作 RAM 可擴(kuò)展到 64K 字節(jié) 4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 6個(gè)中斷源 4個(gè) 8位 I/O口全雙工增強(qiáng)型 UART 幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè) 自 動(dòng)地址識(shí)別 電源控制模式時(shí)鐘可停止和恢復(fù) 空閑模式 掉電模式 可編程時(shí)鐘輸出 管腳圖 1 異步端口復(fù)位 雙 DPTR寄存器 低 EMI (禁止 ALE) 3個(gè) 16位定時(shí)器 掉電模式可通過(guò)外部中斷喚醒 (2)AT89C52管腳及功能 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 44 頁(yè) 管腳圖見圖 1 功能表見下表 AT89C52管腳功能表 名稱 管腳號(hào) 圖 1 類型 名稱和功能 Vss 20 I 地 Vcc 40 I 電源提供掉電空閑正常工作電壓 3932 I/O P0口： P0口是開漏雙向口可以寫為 1使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。 2128 I/O P2口： P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O口，向 P2口寫入 1時(shí) P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè) ALE (/EA)/Vpp 31 I 外部尋址使能 /編程電壓：在訪問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， EA必須外部置低。 XTAL1 19 I 晶體 1： 晶振和內(nèi)部時(shí)鐘輸入。 （ 2）、 DAC0832芯片的引腳功能簡(jiǎn)介 DAC0832是美國(guó)數(shù)據(jù)公司的八位 D/A，片內(nèi)帶有數(shù)據(jù)鎖存器，電流輸出，輸出穩(wěn)定時(shí)間為 1uS，功耗為 P89C52有非易失 FLASH 并行可編程的程序存儲(chǔ)器所有器 DAC0832是 20 引腳雙列直插式芯片，其各個(gè)引腳的分布如下圖所示， 其各個(gè)引腳的功能可以作如下解釋。當(dāng) ILE 為高電平、 CS為低電平﹑ WR1輸入負(fù)脈沖時(shí)，在 LE1 產(chǎn)生正脈沖； LE1 為高電平是，輸入鎖存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化， LE1的負(fù)跳變將數(shù)據(jù)線上的信息鎖入輸入寄存器。 DAC 寄存器的鎖存信號(hào) LE2,由 XFER﹑ WR2 的邏輯組合產(chǎn)生。 IOUT1﹑ IOUT2:電流輸出引腳。 DGND:數(shù)字地。 WR1 和 WR2是用來(lái)分別控制兩級(jí)鎖存器的。 2． ADC0804 的規(guī)格 ■ 8 位 COMS 逐次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器； ■ 三態(tài)鎖定輸出； ■ 存取時(shí)間： 135ū s。 /RD 為 HI 時(shí)， DB0~DB7 處于高阻抗； /RD為 LO 時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。 VIN（ +） VIN（ ）：差動(dòng)模擬電壓輸入。 DB0~DB7： 8 位的數(shù)字輸出。獨(dú)立式實(shí)際上就是一組相互獨(dú)立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機(jī)的 I/O 連接，即每個(gè)按鍵獨(dú)占一條口線，接口簡(jiǎn)單。 ■ 鍵盤接口處理的核心內(nèi)容是測(cè)試有無(wú)閉合鍵，對(duì)閉合鍵進(jìn)行去抖動(dòng)處理，求得閉合鍵的 鍵碼。 ，每當(dāng)有鍵閉合時(shí)才向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)后執(zhí)行 盤掃描程序。 （七） 、 LED 顯示器接口 LED 顯示器接口與單片機(jī)接口的顯示主要是 LED 顯示器和 LCD 顯示器兩種， LED（ Light Emiting Diode）是發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“ LED”。通過(guò)七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號(hào)。 Ｂ．共陰極接法 反發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，如圖 315 中所示。七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。由于使用了專用的七位段碼的譯碼器／驅(qū)動(dòng)器，可以把一位十六進(jìn)制數(shù)（４位二進(jìn)制）譯碼為相應(yīng)的字形代碼，并提供足夠的功率去驅(qū)動(dòng)信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè) 發(fā)光二極管。 二．實(shí)際電路 （一） 、 電路的制作 （ 1） 電路的設(shè)計(jì) 由于是對(duì)溫度的控制，及想讓溫度始終保持在我們所設(shè)定的范圍內(nèi)我們就要先設(shè)定我們期望的溫度范圍值，這是通過(guò)向單片機(jī)輸入指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是我們所設(shè)定的值都是數(shù)字量，而實(shí)際的溫度是模擬量，這樣是沒(méi)有辦法讓它們進(jìn)行比較的。第三個(gè)按鍵用來(lái)控制下限溫度。自檢的內(nèi)容有： CPU、鍵盤、顯示、。比例、積分、微分三者結(jié) 合起來(lái)可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。 （ 3）程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有繁瑣的數(shù)字運(yùn)算，工程上易于實(shí)現(xiàn)。 如果選擇采樣周期為 Ts，初始時(shí)刻為零，將式 4— 1 離散化為： ?????? ????? ??nj SdiSp neneTTjeTTneKnu0 )]1()([)()()( 改寫成： )()()()( 0 neKjeKneKnu dnjiP ???? ?? （ 4— 2） 其中，△ e(n) =e(n)— e(n— 1) e(n)：第 n 次采樣時(shí)的偏差值 Kp：比例系數(shù) Ki：積分系數(shù) Ki=Kp*Ts/Ti Kd：微分系數(shù) Kp(1+1 TiS+TDS) R(S) E(S) (LS) V(S) + — 圖 4— 1 PID調(diào)節(jié)器方框圖 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè) Kd=Kp*Td/Ts 當(dāng)用可編程控制器實(shí)現(xiàn)上述算法時(shí)，由于它的周期掃描機(jī)制的限制，每個(gè)掃描周期的時(shí)間不盡相同，并且在每個(gè)周期內(nèi)各回路的處理時(shí)間也不盡相同，因而影響到采樣時(shí)間間隔 Ts(n)或多或少地不同。 在實(shí)際中用采樣定理很難確定合適的采樣周期，若已知控制系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線，根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲 線可求得系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) T 和系統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間ｒ；當(dāng) T/ｒ=~10時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式（ 4— 4）求得系統(tǒng)的最大采樣周期： Tsmax= （ 4— 4） 考慮到可編程控制器周期掃描機(jī)制的影響，保證采樣效率，由可編程控制器實(shí)現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器的采樣周期，一般取為： Tsmax= (4— 5) （ 2）參數(shù) Kp、 Ki、 Kd的確定 比例系數(shù) Kp 可以通過(guò)系統(tǒng)的開環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線求得。參數(shù)的精整 參數(shù)的精整又稱精調(diào)即指控制系統(tǒng)在參數(shù)的參考值下運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際控制狀況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行判斷，修改參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀況。系統(tǒng)的擾動(dòng)響應(yīng)曲線如圖 圖中 A1 是被控量出現(xiàn)的第一個(gè)峰值， A2是 第二個(gè)峰值。積分分離控制算法為： ＞ A 取消積分作用 ≤ A 投入積分作用 e（ n） （ 4— 11） （ 4）電路的制作 使用 Protel 99按事先設(shè)計(jì)好的硬件電路畫電路圖并制作其 PCB板，但為了節(jié)約成本，Kp = (— 2)1 R*τ ； Ki = τ ； Kd = *τ （ 4— 9） A1 A2 = 4 （ 4— 10） 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 本設(shè)計(jì)中使用萬(wàn)能板制作其硬件電路。如在選擇電容時(shí)，同一功率、容量的電容常用的有瓷片式、滌綸式等等，但由于瓷片式電容誤差太大，且不穩(wěn)定，所以我選用滌綸式的電容。 在固定元件時(shí)，由于使用的是萬(wàn)能板，在插元件時(shí)要注意管腳之間不能短接。在調(diào)試時(shí)可以按模塊分別調(diào)試。方法：將熱電阻置于 50℃的水中，理論上要求放大線路的輸出電壓 UOUT = 0V 若不滿足，則可調(diào)節(jié) RL電位器。 ■ 第一步先調(diào) AD590 的可變電阻器 VR1，如以 0℃為參考值則應(yīng)使其電壓輸出為。當(dāng)溫度值在給定的溫度值范圍之內(nèi)則輸出不便，及晶閘管的導(dǎo)通角不發(fā)生變化。但在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進(jìn)行更多點(diǎn)的擴(kuò)展和對(duì)多點(diǎn)分別進(jìn)行控制。 總結(jié)一個(gè) 學(xué)期的論文工作，得到以下結(jié)論 : ，提出了一套應(yīng)用數(shù)字式溫度傳感器 DS81B20組建溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)新型方案，該方案的突出特點(diǎn)是系統(tǒng)的數(shù)字化、快速化及其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。 由于時(shí)間和精力的限制，對(duì)后續(xù)的研究還應(yīng)在以下方面逐步完善 : 。當(dāng)某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，雖然系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)該測(cè)溫點(diǎn)故障，但是更換傳感器時(shí)涉及到其序列號(hào)的修改和應(yīng)用程序的修改，這些還需要在今后應(yīng)用時(shí)加以完善。 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè) 五．致謝詞 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在陳東淼老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此特表示感謝。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還得到了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷，為我們的設(shè)計(jì)提供了開放式的教室和設(shè)備等諸多便利條件。顯示 clr setb 。確定溫度的減 eee: jmp main jp1:jnb ,jia1 jia2:jnb ,jia21 pp:jmp ddd jia21:call delay1 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 44 頁(yè) mov a,51h mov b,19h add a,b mov 51h,a jmp pp jia1: call delay1 mov a,50h mov b,19h add a,b mov 50h,a jmp jia2 jp2: jnb ,jia3 jia4:jnb ,jia31 pp1: jmp eee jia31: call delay1 mov a,51h mov b,19h add a,b mov 51h,a jmp pp1 jia3: call delay1 mov a,50h mov b,19h add a,b mov 50h,a jmp jia4 bj: mov a,40h subb a