【正文】 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編 . 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2021 2 何立民 .單片機(jī)中級(jí)教程 北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 3 潘新民 .王燕芳 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) . 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 ，周 建興，矯津毅 LabVIEW 中文版入門(mén)與典型實(shí)例人民郵電出版社 2021 1 水箱恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作 摘要 ：本文介紹了以 LabVIEW 為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。此系統(tǒng)適合于工業(yè)控制。目前，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀(jì) 80 年代中后期水平。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn) ,它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求較高。 3 1 系統(tǒng)方案 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) ： 設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為容積 1L 的電熱杯，功率 400W。 ⑶采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ?dāng)設(shè)定溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。 水溫控制系統(tǒng)關(guān)鍵部分確定 水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須明確它的 組成部分。對(duì)于執(zhí)行器件、測(cè)量變送元件將在部分電路設(shè)計(jì)中有說(shuō)明。 溫度采集部分 ⑴ 方案一：采用熱敏電阻，半導(dǎo)體溫度傳感器（如 AD590），鉑電阻等，但是這些 4 器件都是模擬器件，且輸出的都是微弱信號(hào)，需要加信號(hào)的放大與調(diào)理，要變化單片機(jī)所能接收的數(shù)字量還必須加一級(jí) AD轉(zhuǎn)換 ,得到的數(shù)字量經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能得到真實(shí)的物理值 ,這些器件在小范圍內(nèi)是成線(xiàn)性 ,在更大的范圍內(nèi)是非線(xiàn)性的 ,所以要測(cè)量寬范圍的溫度必須加溫度補(bǔ)償電路。 控制主體部分 （ 1）方案一：只采用單片機(jī)進(jìn)行控制，單片機(jī)不但要負(fù)責(zé)溫度的采集，轉(zhuǎn)換，顯示， 還要負(fù)責(zé)溫度的控制，單片機(jī)的連接和程序的編寫(xiě)將會(huì)很復(fù)雜。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)溫度控制器進(jìn)行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如性能成熟應(yīng)用廣泛的 PID 調(diào)節(jié)器、智能控制 PID 調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)控制等。其主要構(gòu)成如圖 2 所。 比例調(diào)節(jié)的作用是使調(diào)節(jié)過(guò)程趨于穩(wěn)定，但會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差 。 ⑵ 自動(dòng)控制方式 為了實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，必須要組成一定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 A T 8 9 S 5 2測(cè) 量電 熱 杯計(jì) 算 機(jī)繼 電 器 圖 3 自動(dòng)控制框圖 常用的控制算法有以下幾種 ： ① 經(jīng)典的比例積分微分控制算法。同時(shí)由于所得到的數(shù)學(xué)模型過(guò)于復(fù)雜難于實(shí)現(xiàn)。 7 總體設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)。計(jì) 算 機(jī)（ L a b V I E W ）控 制 、 顯 示 、 監(jiān)控 打 印 曲 線(xiàn)A T 8 9 s 5 2控 制 量溫 度 量D S 1 8 b2 0 采 集溫 度繼 電 器控 制 對(duì) 象（ 4 0 0 W 電 熱杯 ） 圖 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2 單元硬件電路設(shè)計(jì) 由總體框圖可以看到，整個(gè)系統(tǒng)的控制中心為計(jì)算機(jī)，要完成單片機(jī)與微機(jī)之間數(shù)據(jù)的收發(fā)要借助于串行通信，而 DS18B20 為單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，控制繼電器也只需一個(gè) I/O 因此本系統(tǒng)中單片機(jī)與外界的連線(xiàn)只有四根，所需的 I/O 口為： TXD（ ） ：串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 RXD（ ） ：串行數(shù)據(jù)接收口 ：控制輸出口 : DS18B20 數(shù)據(jù)收發(fā)口 測(cè)溫部分電路 這里我們用到溫度芯片 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式；測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線(xiàn)上， CPU 只需一根端口線(xiàn)就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。 C范圍內(nèi) ,精度為177。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè) 量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 9 圖 6 電熱杯控制電路 由于 4N25 需要一定的驅(qū)動(dòng)電流，需要在輸入端加反向放大 7406，圖 5 中 D2 的作用為保護(hù)電路不受強(qiáng)電流的沖擊。 我們采用了三線(xiàn)制連接串口，也就是說(shuō)和電腦的 9 針串口只連接其中的 3 根線(xiàn)：第5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化溫 度 采 集串 口 發(fā) 送 溫 度值串 口 接 收 控 制 量根 據(jù) 控 制 量 控 制繼 電 器 工 作 圖 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)的初始化主要包括 I/O 口的初始化、定時(shí)器的初始化、標(biāo)志位初始化、存儲(chǔ)單元初始化等。 DS18B20 的編程主要分為以下幾部分： （ 1） 芯片初始化 11 時(shí)序見(jiàn)圖 9， 主機(jī)總線(xiàn) t0 時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖 (最短為 480us 的低電平信號(hào) )。 圖 0 時(shí)序 圖 1 時(shí)序 （ 3）讀時(shí)間隙 見(jiàn)圖 12,主機(jī)總線(xiàn) t0時(shí)刻 ,從高拉至低電平時(shí)總線(xiàn)只須保持低電平 l7us。采用查詢(xún)方式收發(fā)數(shù)據(jù)。采用定時(shí)計(jì)數(shù)器 0，產(chǎn)生 10ms 的定時(shí)中斷，定時(shí)中斷計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為 200，即 2s，計(jì)算機(jī)輸出值即為輸出高電平定時(shí)中斷個(gè)數(shù)。 LabVIEW 集成了與滿(mǎn)足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為“ G”語(yǔ)言。使用它進(jìn)行原理研究、原理、測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究 時(shí)，可以大大提高工作效率。 14 總之，使用 VISA方便用戶(hù)在不同的平臺(tái)，對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)、移植及升級(jí)測(cè)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的前面板比較全面的顯示出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 15 如果初始化沒(méi)有問(wèn)題，就可以使用這個(gè)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。 在某些特殊情況下，需要設(shè)置串口接收 /發(fā)送緩沖區(qū)的大小，此時(shí)可以使用 VISA Set I/O Buffer Size；而使用 VISA Flush I/O Buffer 則可以清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)。 ⑵ 測(cè)線(xiàn)圈電阻 可用萬(wàn)能表 R 10Ω檔測(cè)量繼電器線(xiàn)圈的阻值，從而判斷該線(xiàn)圈是否存在著開(kāi)路現(xiàn)象。就這樣測(cè)出以 5 攝氏度為一個(gè)間隔的穩(wěn)態(tài)值。分別使水溫穩(wěn)定在 40℃、 50℃ 、 60℃、 70℃、 80℃、 90℃觀察系統(tǒng)測(cè)量溫度值與實(shí)際溫度值，校準(zhǔn)系統(tǒng)使測(cè)量誤差在 1℃以?xún)?nèi)。開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，觀察超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差；系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，用電風(fēng)扇吹涼，觀察系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力。 ⑶雖然 DS18B20 的測(cè)量精度很高，由于是塑料封裝再加上為了防止漏電用硅膠封住管腳及芯片表面，使得傳感器的靈敏度大大降低，在加熱狀態(tài)可能不太明顯，但是溫度發(fā)生比較大變化時(shí)就不能 很快反應(yīng)出溫度的變化。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求為，首先系統(tǒng)要有良好的控制效果；其次系統(tǒng)的構(gòu)成要簡(jiǎn)單實(shí)用；實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成畢業(yè)論文的自始至終得到了朱志斌老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，得到了實(shí)驗(yàn)室等很多老師的悉心教導(dǎo)，得到了同學(xué)、室友的熱情幫助和支持，使我能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)他們表示衷心感謝！ 最后，感謝所有給我指導(dǎo)、關(guān)心、幫助和支持的人們 ! 附錄 1 單片機(jī) 源程序 。**************主程序開(kāi)始 ************ MAIN: MOV SP,60H CLR MARK CLR MARK1 CLR SHUCHU MOV SCON,50H MOV TMOD,21H MOV PCON,80H MOV TH0,0D8H MOV TL0,0EFH MOV TH1,0F3H MOV TL1,0F3H SETB TR1 SETB IT0 SETB EX0 SETB ET0 SETB EA LCALL INIT_18B20 LCALL RE_CONFIG LCALL GET_TEMPER LCALL DELAY ZD2:JNB MARK1,ZD1 SETB TR0 AJMP ZD3 ZD1:CLR ZD3:AJMP ZD2 ZHSF: SETB CLR TR0 JB MARK, PD3 CLR SHUCHU PD3: LCALL READ MOV R6,2 MOV R0,29H MOV R1,30H ZH: MOV A,R0 ANL A,0FH LCALL ASCII MOV R1,A INC R1 MOV A,R0 SWAP A ANL A,0fh LCALL ASCII MOV R1,A DEC R0 INC R1 DJNZ R6,ZH MOV R1,30H CLR TI MOV R6,4 TRAN: MOV A,R1 MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI INC R1 DJNZ R6,TRAN RECEIVE:JNB RI,$ MOV B,SBUF 。延時(shí) SETB DQ MOV R0,25H TSR2: JNB DQ ,TSR3 DJNZ R0,TSR2 TSR3: SETB FLAG1 。********************設(shè)定 DS18B20 暫存器設(shè)定值 ************** RE_CONFIG: JB FLAG1,RE_CONFIG1 RET RE_CONFIG1: MOV A,0CCH 。報(bào)警下限中寫(xiě)入 00H LCALL WRITE_18B20 MOV A,7FH 。跳過(guò) ROM LCALL WRITE_18B20 MOV A,44H 。發(fā)出讀溫度換命令 LCALL WRITE_18B20 LCALL READ2_18B20 。低位存在 29 H,高位存在 28H MOV R1,29H RE00: MOV R2,8 RE01: CLR C SETB C NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET ASCII:MOV DPTR,TAB1