【正文】 2 應(yīng)用電路，注意電容接法。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強度、節(jié)約能源，要求對加熱爐爐溫進行測、顯示、控制，使之達到工藝標準，以單片機為核心設(shè)計的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時采集多個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機進 行顯示和控制。用高新技術(shù)來解決 工業(yè)生產(chǎn)問題， 排除生活用水問題實施對水溫的控制已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來加強工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(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。由于溫度控制具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點 ,它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。對于多變量、非線性和時變的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性和控 制技術(shù)的精確性形成了尖銳的矛盾。缺點是靜態(tài)誤差不易控制，因含有大量專家經(jīng)驗，實際實現(xiàn)比較困難?；谀：刂萍夹g(shù)的單片機控制的電熱水器 , 是對傳統(tǒng)的電熱水器開關(guān)控制的改造 , 具有達到設(shè)定溫度的時間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力 強、節(jié)省電能等優(yōu)點，將成為以后發(fā)展的主流。 。溫度的數(shù)據(jù)采集采用 DS18B20 采集，直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，不需要額外的 AD 轉(zhuǎn)換電路，完全滿足所需溫度數(shù)據(jù)精度。 主 控 單 元鍵 盤 顯 示功 率 輸 出 單 元溫度采集單元通信單元打印單元 圖 21 硬件框圖 主控單元的論證 方案一 ： 采用 ATmega16 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 單片機的 I/O 口是真正的 I/O 口，能正確反映 I/O 口輸入 /輸出的 真實情況。 AVR 單片機可組成零外設(shè)元件單片機系統(tǒng)，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。 89C51 系列在低于 和高于 的時候則無法正常工作。 綜上我選擇方案一。 綜上我選擇方案一 。 （ 4）電磁干擾小 ， 固態(tài)繼電器沒有輸入 線圈 ，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個 PN 結(jié)，對外有三個電極 ：第一層 P 型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極 A，第三層 P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極 G，第四層 N 型半導(dǎo)體引出的電 極叫陰極 K。 鍵盤顯示單元的論證 方案一 ： 采用 HD7279A HD7279A 是一種智能鍵盤和 LED專用控制芯片，它帶有串行接口，可同時 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 驅(qū)動 8 位共陰極 數(shù)碼管或 64只獨立 LED。 HD7279A 和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路 比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第 3 章 硬件設(shè)計 主控單元的設(shè)計 ATmega16 單片機介紹 ATmega16 是基于增強的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于 AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。 ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器 、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板。端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 端口 B(PB7..PB0) 端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 端口 B 也可以用做其他不同的特殊功能 。在復(fù) 位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。門限時間見 P36Table 15。 AVCC AVCC 是端口 A 與 A/D轉(zhuǎn)換器 的電源。 ATmega16 內(nèi)核介紹 為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了 Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器是可以在線編程的 FLASH。整個過程僅需一個時鐘周期。 ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運算。大多數(shù)指令長度 為 16 位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條 16 位或 32 位的指令。 在中斷和調(diào)用子程序時返回地址的程序計數(shù)器 (PC) 保存于堆棧之中。數(shù)據(jù) SRAM 可以通過 5 種不同的尋址模式進行訪問。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址 0x20 0x5F。 ● JTAG 仿真接口 。 為了可靠，再加上一只 的電容 (C0)以消除干擾、雜波。即這部分不需要任何的外圍零件。 Mega 系列實際使用時，這兩只小電容不接也能正常工作。 圖 33 晶振電路設(shè)計 (3)JTAG 仿真接口設(shè)計 仿真接口也是使用雙排 2＊ 5插座。使用雙排 2＊ 5 插座。但在 PCB設(shè)計時最好保留這個空位，以便以后升級 AVR 內(nèi)的軟件。 220v28vD?DiodeD?DiodeD?DiodeD?DiodeVin VoutGND7089Volt RegVin VoutGND7085Volt RegC?Cap Semi100nFC?Cap SemiC?Cap Semi100uFC?Cap Semi+5 圖 36 電源電路設(shè)計圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 溫度采集單元設(shè)計 DS18B20 的特點 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一個線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－ 92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃, 可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微 處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。對于單線操作：漏極開路 7 3 VDD 可選的 VDD 引腳。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55℃ 的一個值。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。 固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器（ EMR）相比，是一種沒有 機械、不含運動零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同功能。下圖為其結(jié)構(gòu)框圖它至少由三個部件組成，即輸入電路、隔離部分和輸出電路。但在使用時考慮其應(yīng)用特性： （ 1）根據(jù) 產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。 （ 4）必須考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài) dv/dt 對 SSR 的影響。對于一般 TTL 電路，如 54/7 54H/74H 和54S/74S 等系列的門輸出可直接驅(qū)動，而對 CMOS 電路邏輯信號則應(yīng)再加緩沖驅(qū)動器， SSR 通常都采用邏輯 1輸入驅(qū)動。則有加熱爐的電路導(dǎo)通，加熱爐開始加溫。 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電 —— 光 —— 電轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三 極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。 HD7279A 是比高公司生產(chǎn)的單片具有串行接口?？刂泼姘搴图矣秒娖鞯阮I(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。 （ 3） 具有 (循環(huán) )左移 /(循環(huán) )右移指令 。當該引腳是低 電平變成高電平，并保持 25ms 后，復(fù)位過程結(jié)束。 CLK 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿 可 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 24 表示 數(shù)據(jù)有效。 RESET 為復(fù)位端。 SA～ SG 分別為 LED 數(shù)碼管的 A段～ G段的輸出端。在 8*8 陣列 中每個鍵的鍵碼是用十六進制表示的，可用 鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是 00H～ 3FH。 CLK 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿 就 表示數(shù)據(jù)有效。指令代碼 為 A4H，其功能為清除所有顯示，包括字符消隱屬性和閃爍屬性。指令代碼為 A1H，其功能為將所有的顯示左移 1 位，移位后， 最右位空（無顯示），不改變消隱和閃爍屬性。指令代碼為 A3H，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移 1 位。 二．指令時序 （ 1） 純指令時序：微處理器發(fā)出 8個 CLK 脈沖，向 HD7279A 傳送 8位指令。 圖 316 帶數(shù)據(jù)指令時序 （ 3） 讀鍵盤指令時序：微處理器發(fā)出 16 個 CLK 脈沖，前 8個向 HD7279A 傳送 8 位指令， DATA 引腳為高阻狀態(tài)；后 8個由 HD7279A 向微處理器返回 8位按鍵代碼，DATA 引腳為輸出狀態(tài)。而如果使用鍵盤，則電路中的 8 只 100ｋ Ω下拉電阻則不能省 略。 在應(yīng)用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤。 編程掃描工作方式只有在 CPU 空閑時才調(diào)用鍵盤掃描子程序。本設(shè)計中采用掃描法。 該器件符合 TIA/EIA232F 標準，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。 ● 兩個驅(qū)動器及兩個接收器 。 ● 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E及 ITU 推薦標準 。 MAX232 獲得正負電源的另一種方法在單片機控制系統(tǒng)中，我們時常要用到數(shù) /模（ D/A）或者模 /數(shù) (A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負電源，例如： 9V， 9V， 12V， 12V。 因此，在功耗不是很大的情況下，可以將 MAX232 的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用 。 ISP 的優(yōu)點 ISP技術(shù)的優(yōu)勢是不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發(fā)，單片機芯片可以直接焊接到電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，免去了調(diào)試時由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便。本設(shè)計用打印機打印兩個節(jié)點的溫度值，選擇的串行通信方式。 AVR 系列 ATmage16 控制器的硬件資源為高性能運動控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了必要的條件?；谏鲜隹紤]，我們認為：在實際的系統(tǒng)開發(fā)工作中，要在系統(tǒng)的軟件設(shè)計上花費較大的力氣。而匯編語言編程的最大優(yōu)點是代碼效率高，但是不便于維護，開發(fā)周期長。明確界定控制程序、核心算法程序、 I/O 程序、硬件初始化程序等之間的功能，以便于軟件調(diào)試與維護。如混合語言編程時要嚴格遵守 C語言的函數(shù)調(diào)用協(xié)議，不要編寫自修改代碼等。 PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法，它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種 PID 的變型，如 PI、 PD 控制及改進的 PID 控制等。 圖 41 PID 控制系統(tǒng)框圖 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 33 比例調(diào)節(jié)器（ P） 這是一種簡單的調(diào)節(jié)器，比例調(diào)節(jié)器與偏差成比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)及時，誤差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使被控量 y 向減小偏差的方向變化，但這種調(diào)節(jié)使被調(diào)量 y 存在靜差，即有殘留誤差，因為調(diào)節(jié)作用是以偏差的存在為前提條件的。 積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，直到偏差為零。 比例積分微分調(diào)節(jié)器（ PID） 比例積分調(diào)節(jié)消除系統(tǒng)誤差需經(jīng)過較長的時間，為進一步改進控制器，可以通過檢測誤差的變化率來預(yù)報誤差，根據(jù)誤差變化趨勢，產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快的消除在萌芽狀態(tài)，數(shù)學(xué)上描述這個概念就是微分，因此在 PI調(diào)節(jié)器的 基礎(chǔ)上加入微分調(diào)節(jié)，就構(gòu)成了比例積分微分調(diào)節(jié)器。而在微機控制系統(tǒng)中采用數(shù)字控制器，即用軟件來實現(xiàn) PID控制，因此要將模擬 PID 調(diào)節(jié)器離散化為數(shù)字 PID 控制算法。時間比例：我設(shè)定一個標準的加熱期，比如2 分鐘，我在這 2 分鐘內(nèi)對輸出進行控制，也就是說在這 2 分鐘內(nèi)的加熱多少時間，全速加熱就是整個周期 2 分鐘，停止加熱就是不輸出 0 分鐘，根據(jù)我們的計算可以在 02 分鐘內(nèi)變化，比如計算得到 1 分鐘 30 秒，那么，我們在 2 分鐘內(nèi)加熱 1分鐘 30 秒，剩下 30 秒不加熱， 2 分鐘后在測量溫度，重新計算輸出量。波動也太大了，如果堅持用 PID 的話耐心調(diào)整參數(shù)會