【正文】 MCU） ，并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā) 水平。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口和主機(jī)進(jìn)行通信。多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)未來的發(fā)展前景也將十分廣闊， 溫 度 測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用將由簡(jiǎn)單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測(cè)，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主。 隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，地區(qū)之間甚至跨國之間可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。故基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)單片機(jī)溫控裝置，勢(shì)必將減輕設(shè)備操作人員的工作量和工作環(huán)境，使得企業(yè)生產(chǎn)管理更加規(guī)范化，提高了效率。 ， 溫度調(diào)節(jié)均勻度177。 方案一 : 采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線性元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。 DS18B20 利用單總線特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。 （ 2）固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器與電磁繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。 SSR河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 以觸發(fā)方式，可分為零壓型（ Z）和調(diào)相型（ P）兩種。 （ 3）雙向可控硅 雙向可控硅串在交流電源加熱電路中，在給定周期里改變可控硅開關(guān)的接通時(shí)間，就能改變加熱功率而實(shí)現(xiàn)溫度控制。 主要器件的選擇 傳感器 根據(jù)上節(jié)結(jié)論，本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，溫度測(cè)量范圍－ 55～＋ 125℃ ，可直接 將 溫度 值 轉(zhuǎn) 換 成數(shù)字 量。 圖 23 DS18B20引腳 引腳說明： 1 號(hào)引腳接地， 2號(hào)引腳接數(shù)據(jù)端， 3號(hào)引腳接電源。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 對(duì) fO計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于55℃的一個(gè)值。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨力。 AT89系列的引腳排列、定義與 CS51 完全一致，可以直接替換?；谛詢r(jià)比、低功耗及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上考慮，選用了 AT89S52 來 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。但由于體積大、價(jià)格貴，所以只適用于大型系統(tǒng)。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。 +－~~S S RR mV cR pC pR mR lA C 圖 26 觸點(diǎn)控制 ② TTL 驅(qū)動(dòng) SSR，如圖 27。 R 2R lR 1+ +－ －D CS S RR 2R 1+ +－ －D CS S R （ a） (b) 圖 29 DCSSR驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載 V 1 +R 2R 1+ +－ －D CS S RR lV 2 + 圖 210 DCSSR驅(qū)動(dòng)大功率高壓負(fù)載 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 本設(shè)計(jì)中 固態(tài) 繼電器是由單片機(jī)控制的 ， 所以它的供電電壓選擇 5V 直流電。 由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了隔離，本設(shè)計(jì)無需再接光電耦合器了。本設(shè)計(jì)采用RS232C 串行通信方式。在不使用調(diào)制解調(diào)器（ MODEM）時(shí)， RS232C 能夠可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為 15米。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用 RS232C 電平轉(zhuǎn)換芯片。它符合所有的 RS232C 技術(shù)規(guī)范，只要單一 +5V 電源供電；河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、 V ；低功耗，典型供電電流 5mA；內(nèi)部集成 2 個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部集成 2 個(gè) RS232C 接收器。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)的。 組態(tài)王 是北京亞控科技出品的優(yōu)秀組態(tài)軟件，使用方便，功能強(qiáng)大。在本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)利用組態(tài)王 ，通過 建立 好的 用戶圖形界面 來實(shí)現(xiàn) 對(duì)下位機(jī) 溫度控制系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)監(jiān)控。 （ 1）振蕩電路： XTAL1 腳和 XTAL2 腳分別構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，外接石英晶振或陶瓷晶振以及補(bǔ)償電容 C C2 選 47uF 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 AT89S52系統(tǒng)中晶振可在 0～ 24MHz 選擇。 （ 2）復(fù)位電路： 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鈕復(fù)位的電路，如圖 32所示，是常用復(fù)位電路之一。上電時(shí)，剛接通電源，電容 C 相當(dāng)于瞬間短路， +5V 立即加到 RET/VPD端，該高電平使 89S51 全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。 每片 DS18B20 含有唯一的硅串行數(shù)，因此在一條總線上可掛接多個(gè) DS18B20 芯片。 單片機(jī)V C CD S 1 8 B 2 0V C C4 .7 K 圖 34 讀序列號(hào)電路設(shè)計(jì)圖 由于 DS18B20 有兩種不同的 供電方 式，即寄生電源供電和外接電源供電 ， 因此基于DS18B20 的測(cè)量電路就有兩種連接方式。 本設(shè)計(jì) 就是 采用外電源向 DS18B20 供電，如圖 36所示。此外， 在單線總線上可以放置多個(gè)DS18B20 ，而且如果它們都使用外部電源，可以同時(shí)完成溫度變換。 GND1VCC3DQ2DS18B20GND1VCC3DQ2DS18B20GND1VCC3DQ2DS18B20GND +5VR3 圖 36 溫度測(cè)量電路圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 18 DS18B20 使用中注意事項(xiàng) DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)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(duì)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(duì) 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(cè)溫結(jié)果。 (3) 連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 顯示和鍵盤電路設(shè)計(jì) 顯示和鍵盤電路圖 顯示和鍵盤電路如圖 37所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 19 S2SWPBS1SWPBS3SWPBS4SWPBA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10+5V12345678161514131211109200RP11 2 3 54 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 213 34 45 6 58 87 6 7p1 p2 p3 p4B018B117B216B315B414B513B612B711VCC20OE19T/R1A79A68A57A46A35A24A02A13GND10U274LS373+5V16872345GNDp4p2p1p3+5VK1K2K3K4XTAL119XTAL218RST9PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31123456873233343536373839212223242526272810111213141516171AT89S52 圖 37 顯示和鍵盤電路 顯示部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中本系統(tǒng)采用的是共陽極 LED 顯示器，位選應(yīng)接高電平， P2 口輸出的段選信號(hào)，通過 74LS373 芯片接 LED 段碼引腳， 74LS373 的高電平輸出電流在 15毫安左右，可以驅(qū)動(dòng) LED 顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED顯示器，這種顯示器有共陰極共陽極兩種，在這次設(shè)計(jì)中選用陽極 LED 顯示器。 鍵盤的工作原理是按鍵的一端高電平，另一端已單片機(jī)的某個(gè) I/O 口相連，當(dāng)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該 I/O 口通過按鍵已電源相連，變成高電平，程序一旦檢測(cè)到 I/O 口變?yōu)楦唠?平則說明在年間被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。而且可 控硅在工作在過零觸發(fā)狀態(tài)，提高了設(shè)備的功率因數(shù)，減輕了對(duì)電網(wǎng)的干擾。 為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器控制加熱電源。有 口控制報(bào)警電路，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí) 口輸出高電平報(bào)警，不報(bào)警時(shí)將 口置低電平。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地，如從 DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用 DB25連接器時(shí)是 2腳相對(duì) 7腳（信號(hào)地）的電平 。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V至 3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15米，最高速率為 20kb/s。該接口電路不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用。 我們采用了三線制連接串口，也就是說和計(jì)算機(jī)的 9針串口只連接其中的 3根線：第 5腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3腳的 TXD。本系統(tǒng)的主要軟件思想是這樣的：下位機(jī)軟件主要是完成與上位機(jī)的串口通訊，接受監(jiān)控系統(tǒng)的指令，實(shí)現(xiàn)多路溫度數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)。單片機(jī)程序流程圖如圖 42： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 P I D 算 法 調(diào) 節(jié)系 統(tǒng) 初 始 化P W M 控 制溫 度 采 集開 始系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 顯 示 圖 42 下位機(jī)程序流程圖 DS18B20 的測(cè)溫程序 DS18B20 常用指令 DS18B20 常用 命令 如下表 ： 表 41 DS18B20常用 命令 ROM功能 命令 DS18B20的器件功能 命令 讀 ROM 33H 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 44H 匹配 ROM 55H 讀 RAM BEH 跳過 ROM CCH 寫 RAM 4EH 查找 ROM F0H 復(fù)制 RAM 48H 報(bào)警查找 ECH 回讀 EEPROM B8H 初始化 子 程序 DS18B20 復(fù)位應(yīng)答時(shí)序圖 如 圖 43 所示， 實(shí)現(xiàn)每一次通信之前必須對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位的時(shí)間、等待時(shí)間、回應(yīng)時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格按照時(shí)序圖進(jìn)行編程， 具體程序見附錄 B。 圖 44 DS18B20讀時(shí)間隙 圖 寫 子 程序 由于只有一條 I/O 線，主機(jī) 1Wire 總線的寫操作只能逐位進(jìn)行，連續(xù)寫 8 次即可寫入總線一個(gè)字節(jié)。若待寫位 wbit 為 0 則主機(jī)拉低總線 60μs 然后釋放，寫 0 操作完成。 鍵盤掃描子流程圖如下： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 開 始延 時(shí) 1 0 m s執(zhí) 行 相 應(yīng) 代 碼結(jié) 束NY是 否 有 鍵 按 下是 否 有 鍵 按 下是 否 有 鍵 按 下NNYY 圖 47 鍵盤掃描子流程圖 控制執(zhí)行程序 控制思路及 其 流程圖 本系統(tǒng)的控制思路為 AT89S52為整個(gè)系統(tǒng)的 CPU。脈沖寬度 T1 與周期 T 的比值為ρ（占空比），它反映了系統(tǒng)的輸出控制量，我們實(shí)質(zhì)控制的就是這里?？刂茍?zhí)行程序流程圖如圖 49所示 (見下頁 )。所謂增量式 PID 是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量 ?u(K)，增量式 PID 控制系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖 41