【正文】 方法發(fā)展的推動下，國外溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器數(shù)字控制器 測量與變送裝置 電加熱爐 執(zhí)行器 給定值 爐溫儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 4． 這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。 6． 溫度濕度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。然而，在一些大 中型系統(tǒng)中自動化結(jié)果均不理想。只有在單片機(jī)（ Microcontroller） 出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)才真正地從科學(xué)的神圣殿堂走入尋常百姓家，成為廣大工程技術(shù)人員現(xiàn)代 化技術(shù)革新，技術(shù)革命的有利武器。單片機(jī)按用途大體上可分為兩大類： 通用型單片機(jī)的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可完成不同的功能。目前，國內(nèi)企業(yè)復(fù)雜的及精度要求高的溫度控制系統(tǒng)大多采用進(jìn)口溫度控制儀表。但是由于溫、濕度計(jì)精度比較低，以及人工讀數(shù)時(shí)人為因素原因，使得溫、濕度檢測不僅速度慢，精度低，實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動強(qiáng)度大。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機(jī)的水平。 有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有 的單片機(jī)已采用所謂的三核（ TrCore）結(jié)構(gòu)。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講， DSP 是單片機(jī)的一種類型，但其作用主要反映在高速計(jì)算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī)， MCU 都是 32 位的，而 DSP 采用 16 或 32 位結(jié) 構(gòu)，工作頻率一般在 60MHz 以上。它的低功耗方式有 LPM LPM LPM4 三種。 現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機(jī)也大量它含有 ～ 2K 程序存儲器， 25～ 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器， 6 個(gè) I/O 端口以及一個(gè)定時(shí)器，有的還含 4 道 A/D ，完全可以滿足一些低檔系統(tǒng)的應(yīng)用。這些單片機(jī)有 Fujitsu 公司的 MB89191～89195， MB89121～ 125A， MB89130 系列等，應(yīng)該說該公司的 F2MC8L 系列單片機(jī)絕大多數(shù)都滿足 ～ 6V 的工作電壓條件。但是， Inter 一向是一種采用肥服務(wù)器，瘦用戶機(jī)的技術(shù)。 目前，為了把單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)和 Inter 相連，已有多家公司在進(jìn)行這方面的較多研究。該公司已把 EmWare 的 EMIT 軟件包和有關(guān)的軟件配套集成，形成一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。近年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)： 1． EFT（ Electrical Fast Transient）技術(shù) EFT 技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號受到外界干擾時(shí)，其波形上會迭加各種毛刺信號，如果使用施密特電路對其整形，則毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和 RC 濾波電路時(shí)，就可以消除這些毛否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號正常工作。 6 2． 低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù) 在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在左上、右下或右上、左下的兩對對稱點(diǎn)上。 現(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，很多單片機(jī)的輸出能力都有了很大提高， Motorola 公司的單片機(jī) I/O 口的灌拉電流可達(dá) 8mA 以上 ，而 Microchip 公司的單片機(jī)可達(dá) 25mA。對于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時(shí)鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。 2． 所集成的部件越來越多； NS（美國國家半導(dǎo)體）公司的單片機(jī)已把語音、圖象部件也 集成到單片機(jī)中，也就是說，單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了；如果從功能上講它可以講是萬用機(jī)。 論文研究內(nèi)容 我國是具有幾千年歷史的文明古國，書籍種類繁多，數(shù)量極其豐富，但隨著歲月的流逝，這些無價(jià)之寶都在經(jīng)受著不同程度的破壞和損害，很多珍貴書籍，價(jià)值連城，不可復(fù)制，一 旦損壞就無法挽回。 7 對溫度進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，即使如此，處理不及時(shí)或因設(shè)備人力條件有限仍會造成大量損失。 研究表明，對藏書保護(hù)的主要環(huán)境影響因素有：溫度、濕度、光照、空氣污染物、微生物等，其中，溫度和濕度兩者相互影響、相互作用，是直接影響甚至決定書籍一切物理、化學(xué)、生物作用的兩個(gè)最基本條件因此，將藏書保存在合適的溫濕環(huán)境對書籍的保護(hù)有 著極為重要的作用。 本文主要研究利用單片機(jī)控制室內(nèi)溫度和濕度， 隨著社會對于藏書需求的不斷增加，對于藏書室 的環(huán)境要求也隨之增加，這些藏書室有的雖然安裝有各種加熱、加濕、通風(fēng)和降溫設(shè)備，但對于溫濕度的測量和設(shè)備的操作大多還是由人工來完成的。 設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理 。 2． 操作維護(hù) 方便 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。 通常環(huán)境溫度調(diào)節(jié)常用的調(diào)節(jié)方法是利用 加熱器和噴水器 來實(shí)現(xiàn)。常見的有電熱式與電極式兩種加濕方式，都是利用水加熱后產(chǎn)生蒸汽，增加濕度。為了使本系統(tǒng)能在多種環(huán)境下工作，特設(shè)了鍵盤，可以對溫濕度進(jìn)行上、下限設(shè)定，同時(shí)還對超過上、下限進(jìn)行上、下限報(bào)警。當(dāng)溫室的溫度和濕度都在范圍內(nèi)時(shí)就切斷設(shè)備的電源。 三是輸出及控制部分。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能溫度傳感器和濕度傳感器完成 ： 當(dāng)采集數(shù)據(jù)超出預(yù)警值時(shí)，有 蜂鳴報(bào)警器 實(shí)時(shí)報(bào)警，然后進(jìn)行相 應(yīng)處理 ； 利用控制 繼電器 開關(guān)從而控制加熱器、 噴水器，進(jìn)行屋內(nèi)環(huán)境控制 功能。 10 本章 小結(jié) 本節(jié)主要介紹了室內(nèi)溫濕度控制的總體方案設(shè)計(jì)，設(shè) 計(jì)的背景及意義，整體的設(shè)計(jì)框圖，對各個(gè)元件的選用 ，以及設(shè)計(jì)的主要原則。 11 第 3章 硬件設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)主要包括濕 度 控制和 溫度調(diào)節(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié) ，先進(jìn)行溫度、濕度的采集，根據(jù)溫度和濕度的實(shí)際情況控制光電隔離開關(guān)，從控制噴水器和加熱器進(jìn)行工作，對室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 三 是輸出及控制部分。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 12 2. 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 3. 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 4. 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 5. 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 6. 三級程序存儲器鎖定 7. 1288 位內(nèi)部 RAM 8. 32 可編程 I/O 線 9. 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10. 5 個(gè)中斷源 11. 可編程串行通道 12. 低功耗的閑置和掉電模式 外部 管腳 VCC：供電電壓。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RST：復(fù)位輸入。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 （ VPP）。 14 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。有余輸入至內(nèi)部 時(shí)鐘信號 要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機(jī)開發(fā)的思路。它工作在 3V～ V的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便 .設(shè)定 分辨率及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在 E2PROM 中 ， 掉電后依然保存。 攝氏度。 8. 包含 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機(jī)掛接。 DS18B20 芯片封裝結(jié)構(gòu)： 開漏單總線接口引腳。 DS18B20 工作原理 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信 息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（ 常用于溫度報(bào)警值儲存 ） 的鏡像。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 2. 存在脈沖 ： 在 復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 1560μS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60240μS 的低電平信號。 ROM 指令為 8 位長度，功能是對片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進(jìn)行操作。 ROM 指令在下文有詳細(xì)的介紹。 5. 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫 ： 一個(gè)存儲器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個(gè)操作要視存儲器操作指令而定。若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為復(fù)位、跳過 ROM 指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待 500μS 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。 DS18B20 使用中注意事項(xiàng)： DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1. 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 19 進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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。 測濕度電路 測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣中吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及 周圍空氣的濕度。 電容式濕度傳感器電極間的高分子感濕材料吸附環(huán)境中的水分子時(shí)，其介 電常數(shù)隨之變化， 其電容量 puC 可由下式表示 0pu uSC d??? （ 31） 式中 0? —真空介電常數(shù) ； u? —相對濕度 %U RH 時(shí)高分子的介點(diǎn)常數(shù)； S —電容式傳感器有效電容面積； d —高 分子感濕膜厚度。圖 36 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 。 圖 37 濕度 電容響應(yīng)曲線 HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。集成定時(shí)器 555 芯片外接電阻 R4, R2 與濕敏電容 C，構(gòu)成了對 C 的充電回路。 8 腳：外接電源 VCC，雙極型時(shí)基電路 VCC 的范圍是 ~ 16V，CMOS 型時(shí)基電路 VCC 的范圍為 3 ~ 18V。 6 腳： TH 高觸發(fā)端 。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只 電容接地，以防引入 干擾。如此翻來覆去，形成方 波輸出。當(dāng)功能鍵第一次被按下時(shí)一數(shù)碼管顯不調(diào)整低溫加熱下限符號及低溫加熱的下限值，按加 1 減 1 鍵使該值符合要求后，再按一下功能鍵后，則數(shù)碼管將顯不需調(diào)整的低溫加熱上限符號及低溫加熱的上限值，按加 1 減 1 鍵使該值符合要求，這樣依次類推。 LCD 顯示具有以下特點(diǎn)： 1. 低壓微功耗 2. 平板型結(jié)構(gòu) 3. 被動顯示型 (無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞 ) 4. 顯示信息量大 (因?yàn)橄袼乜梢宰龅煤苄?) 加上總線收發(fā)器具有高靈 敏度，能檢測低至 200mV 的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。 表 320 RS485 接口 9 引腳標(biāo)準(zhǔn)連接器引腳說明 引腳 符號簡稱 說明 1 Shied 屏蔽地 2 RTS+ 請求發(fā)送 + 3 RTS 請求發(fā)送 4 TXD+ 發(fā)送數(shù)據(jù) + 5 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 6 CTS+ 允許發(fā)送 + 7 CTS 允許發(fā)送 8 RXD+ 接收數(shù)據(jù) + 9 RXD 接收數(shù)據(jù) 由于主控機(jī)是 PC 機(jī)，它只有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口，因此需要一個(gè) 232/485轉(zhuǎn)換設(shè)備才能接入 485 總線網(wǎng)絡(luò)，從而和網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通信。同時(shí)，它所具有的遠(yuǎn)距離通信功能實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離觀測和控制，為現(xiàn)代化溫室群的集散管理提供了必要的條件。主程序以循環(huán)方式工作，完成中斷初始化、鍵盤掃描、溫濕度檢測、語音處理及顯示子程序的循環(huán)調(diào)用。 主程序是控制和管理的核心。進(jìn)行溫濕度檢測、 數(shù)據(jù)比較、顯示 鍵盤 及報(bào)警系統(tǒng) 等操作。初始化完成后，系統(tǒng)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 26