【正文】 3）。系統(tǒng)框圖如圖 所示。第二代自動烘手機(jī) 采用 了 高速專用電機(jī)， 風(fēng)速大 ，熱功率低，不僅 能耗 低，而且使用壽命長，故障率低 。而隨著以單片機(jī)為核心的智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，各種智能傳感設(shè)備的不斷完善，家電的智能控制得到了很好的解決，自動化水平得到了很大的提高，滿足 了人們對具有更高自動化水平電子產(chǎn)品的要 求。 自動烘手機(jī) 是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電 產(chǎn)品 ，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。保守地估計 “十二五 ”時期 我國 將 新 增加 4500 多萬城鎮(zhèn)人口，新增 1000多萬戶城鎮(zhèn)家庭。 其中 單片機(jī) 采用 AT89S52 作為控制核心， 溫度傳感器為數(shù)字溫度傳感器DS18B20。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 烘手機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 系 別 自動化工程系 專 業(yè) 自動化 班級 學(xué)號 學(xué)生 姓名 指導(dǎo)教師 2020 年 6 月 15 日 第 I 頁 烘手機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 基于單片機(jī)控制的自動烘手機(jī)在人們的生活中已被廣泛運(yùn)用，它 具 有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用 靈活方便 等優(yōu)點(diǎn) 。由溫度傳感器、紅外傳感器及熱釋傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用普通按鍵開關(guān)進(jìn)行風(fēng)類（冷、熱）和風(fēng)擋選擇，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制輸出，編程實(shí)現(xiàn) PWM 方式控制電機(jī)，以及采用增量型 PID 進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以保持 溫度的穩(wěn)定性（這是本系統(tǒng)最大的一個亮點(diǎn)之一）。 2020 年，我國城鎮(zhèn)化率為 %，預(yù)計 “十二五 ”期末，將達(dá)到 52%。涉及衛(wèi)生 健康 方面的 電 子 產(chǎn)品的需求 也必 將迅速增長。烘手機(jī)要更好地滿足人們的需求，就必須借助于自動化技術(shù)的快速發(fā)展。更加環(huán)保節(jié)能的 第二代 自動烘手機(jī)正在迅速占領(lǐng)市場。本系統(tǒng)硬件電路主要包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、傳感器電路、顯示電路、風(fēng)控電路和加熱電路。 自動烘手機(jī)共設(shè)有涼風(fēng)（ COOL1鍵）、熱風(fēng)（ HOT1鍵）、風(fēng)速擋 1（ SPEED1鍵）、風(fēng)速擋 2（ SPEED2鍵）、風(fēng)速擋 3（ SPEED3鍵）、確認(rèn)（ SURE鍵）和復(fù)位（ K1鍵）等7個鍵。以下為本系統(tǒng) 主要完成的工作 ： 1） 以單片機(jī)為核心把硬件電路布局好，實(shí)現(xiàn)烘手機(jī)所需的各種功能。 4） PID控制的原理和算法，并結(jié)合相關(guān)資料對 PID控制器設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容 —— PID控制器參數(shù)的整定及軟件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了重點(diǎn)分析，給出切實(shí)可行的參數(shù)整定的方法。 由于在 Proteus 中電源是內(nèi)嵌的，所以本圖沒 有 電源電路。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 EA/VPP(31腳 )：外部程序存儲器地址允許 /固化編程電壓輸入端。 XTALl、 XTAL2(19～ 18 腳 )：時鐘電路引腳。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。 第 6 頁 在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電阻的大小是10k。所以在 內(nèi)， RST 引腳所接收到的電壓是 5V~。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。 復(fù)位電路的原理是單片機(jī) RST 引腳接收到 2uS 以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于 2uS，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。 由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。以上特點(diǎn)使DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其 振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。 圖 DS18B20 測溫原理框圖 表 DS18B20 溫度值格式表 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 LS BYTE BIT15 BIT14 BIT13 BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8 MS BYTE S=SIGN 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測 到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實(shí)際溫度。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S =1 時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號表示復(fù)位成功。結(jié)果存入內(nèi)部 9字節(jié) RAM中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48H 將 RAM 中第 4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中 重調(diào) EEPROM 0B8H 將 EEPROM 中內(nèi) 容恢復(fù)到 RAM 中的第 4 字節(jié) 讀供電方式 0B4H 讀 DS18B20 的供電方式。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。 測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙 絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接 熱釋傳感器和紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升 △ T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓 △ U。 紅外感應(yīng)源通常由兩個串聯(lián)或者并聯(lián)的熱釋電元件組成，這兩個熱釋電元件的電極相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋電元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)相互抵消，輸出信號接近為零。 若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有信號輸出，所以這種傳感器適合檢測人體或者動物的活動情況。本文主要以 AT89S51 單片機(jī)為核心，采用 P W M 脈寬調(diào)制法來實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的速度控制。占空比設(shè)定部分是烘手機(jī)操作人員來實(shí)現(xiàn)的，即在選擇檔位的時 候就是選擇了指定占空比的脈沖。 圖 直流電動機(jī)的速度控制 (1) 調(diào)速原理 已知直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： ddeU I Rn C Ф?? (1) 式中， n 為電動機(jī)轉(zhuǎn)速； Ud 為電樞電壓； Id 為電樞電流； R 為電樞回路總電阻； Ce 為占空比設(shè)定 單片機(jī)實(shí)現(xiàn) P W M 電子開關(guān) 直流電機(jī) 第 15 頁 電動機(jī)時間常數(shù)； Ф為每極磁通量。而在微型計算機(jī)控制系統(tǒng)中 , 目前通常采用 PWM 脈寬調(diào)制法來實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的電樞電壓控制。 這時，電樞電壓 U 的波形如圖 。風(fēng)控電路接單片機(jī) 引腳，編程實(shí)現(xiàn) PWM 控制，當(dāng)選擇的檔位不同是，由 PWM 控制脈寬的占空比，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的變化，檔位越高 引腳輸出的脈寬占空比就越大，即風(fēng)速越大。通過 COOL HOT1 狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)風(fēng)類選擇的功能。 當(dāng)單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P0 最大負(fù)載能力時，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動器。 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時， DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸 DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；當(dāng) CE 為高電平時， A、 B均為高阻態(tài)。 LED 亮表示加熱，即選擇的是熱風(fēng)。在軟件中一般需考慮以下幾個方面： 1） 根據(jù)要求確定軟件的具體任務(wù)細(xì)節(jié) ， 然后確定合理的軟件結(jié)構(gòu)。 2） 程序的結(jié)構(gòu)用模塊化結(jié)構(gòu) ， 即把監(jiān)控程序分解為若干個功能相對獨(dú)立的較小的程序模塊分別設(shè)計 ， 以便于調(diào)試。 本設(shè)計中系統(tǒng) 軟件是采用 C 語言編寫的。我們可以將其中重復(fù)的或者功能相同的程序模塊設(shè)計成規(guī)定格式的獨(dú)立 子函數(shù) ，這些 子函數(shù) 可提供給其它程序在不同的地方調(diào)用，從而可避免編制程序的重復(fù) 編寫， 并節(jié)省大量存儲空間 ， 增加了程序的可讀性，便于對程序 進(jìn)行 修改、調(diào)試 ， 方便了程序的模塊化、結(jié)構(gòu)化和自頂向下的程序設(shè)計。 溫度采集子程序 由于 DS18B20數(shù)字溫度傳感器單線通信功能是分時完成的 ,遵循嚴(yán)格的時隙概念 ,系統(tǒng)對 DS18B20數(shù)字溫度傳感器和各種操 作必須按協(xié)議進(jìn)行。 初始時，計數(shù)器 1 預(yù)置的是與 55℃ 相對應(yīng)的一個預(yù)置值。 DS18B20 內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。 溫度寄存器中的溫度值以 9 位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位，其余 8 位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。 第 21 頁 當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩 器決定。 DS18B20 工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化 —— ROM 操作命令 —— 存儲器操作命令 —— 處理數(shù)據(jù) 。 ② ROM 操作命令 一旦總線主機(jī)檢測到從屬器件的存在，它便可以 發(fā)出器件 ROM 操作命令之一。如果總線上存在多于一個的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開路會產(chǎn)生線與的結(jié)果）。此命令在總線上有單個或多個器件的情況下均可使用。搜索 ROM 命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機(jī)的 64位編碼。只要 DS18B20 一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值或者改變 TH 或 TL 的設(shè)置，使得測量值再一次位于允許 的范圍之內(nèi)?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。 Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲器） [48h] 這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2 存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。溫度轉(zhuǎn) 換命令被執(zhí)行，而后 DS18B20保持等待狀態(tài)。這種重新調(diào)出的操作在對 DS18B20 上電時也自動發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲器內(nèi)就有了有效的數(shù)據(jù)。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1個字節(jié)。 例如當(dāng) DS18B20 采集到 55℃ 的實(shí)際溫度后，輸出為 FC90H，則應(yīng)先將 11 位數(shù)據(jù)位取反加 1 得 370H（符號位不變，也不作為計算），則： 實(shí)際溫度 =370H╳ =880╳ =550C。g++)。//將 DQ 拉低 delay1(30)。 for (i=0。 DQ=1。 } /*寫一個字節(jié) */ void write(unsigned char ku) { for (i=0。0x01。 } } /*讀取溫度子函數(shù) */ int sensor() { rst()。 write(0xCC)。 // return (lsb/100)。文章中采用了單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn) PWM 信號的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過控制導(dǎo)通電路來控制電機(jī)。 應(yīng)用 AT89S52 單片機(jī)定時器 T0，需要掌握三方面的內(nèi)容：工作方式的確定、定時初值的確定以及寄存器的設(shè)置。下面，以一個具體例子說明 AT89S52 單片機(jī)定時器 T0 生成 PWM波形。 main() { K=1。//開外部中斷 IT1=0。//裝載計數(shù)初值 TL0=12。 //低電平 count++。 } 在以上程序代碼中，在主程序中完成對 T0 進(jìn)行初始化的工作，在中斷服務(wù)程序中完成 PWM 波形的輸出。如圖 所示， 第 28 頁 利用了一個變量 count 來控制一個周期中高低電