【正文】 溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控 制水平， 經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果得知本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是準(zhǔn)確的 ， 可行的 。如果溫度超過設(shè)定參數(shù)上限和下限溫度，報(bào)警系統(tǒng)將由實(shí)驗(yàn)時(shí)的設(shè)置和以自動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到一定范圍內(nèi)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于 STC 單片機(jī)的溫度調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 隨著 微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用， 單片機(jī)的應(yīng)用 同樣正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新 。該系統(tǒng)將設(shè) 定溫度上下限 ， 并顯示檢測(cè)溫度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序主要包括主程序，DS18B20 通信程序、按鍵處理程序、 LCD 顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序等。 MCU of STC。 KEIL 軟件調(diào)試過程 ........................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對(duì)象的模型難以建立 ， 并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí) ， 參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控 制系統(tǒng)。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。 成熟的溫控產(chǎn)品主要以 ”點(diǎn)位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化，自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少，因此不適合用此種方法作加熱爐的溫控系統(tǒng)。目前普遍采用模糊 線性復(fù)合控制器發(fā)揮了模糊控制和線性控制的優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)計(jì)的系統(tǒng)取得了較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。 最后的溫度值顯示在液晶 顯示器上 。如果溫度超過上限和下限溫度，報(bào)警將由蜂鳴器鳴叫報(bào)警 。該器件在使用中不需要外圍元件，與單片機(jī)交換信息僅需要一根 I／ O線。當(dāng)用戶需的時(shí)候，DS18B20將通過單線接口串行發(fā)送數(shù)據(jù)。段碼由 O口并行輸出到 4位 LED顯示器，位碼由 P1． P1． P1． P1． 7輪流輸出。 。 DS 18B20可以從總線獲取電源，當(dāng)信號(hào)線位高電平時(shí)，將能量貯存在外部電容器中；當(dāng)單信號(hào)線為低電平時(shí)，將該電源斷開，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹埂? 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 設(shè)計(jì)要求 1. 設(shè)定溫度的溫度的上下限，使用 LCD 顯示器顯示所測(cè)得溫度值，當(dāng) 溫度超過所設(shè)定的上下限使，蜂鳴器將會(huì)自動(dòng)鳴叫報(bào)警； 2. 使用 STC12C5A60S2單片機(jī)和 DS18B20（溫度傳感器， 10個(gè)）在 STC 實(shí)驗(yàn)板上成實(shí)驗(yàn)的仿真過程， 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告書 ； σ%≤20%； 溫度誤差 ≤177。其主要包括：電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、 LCD 顯示模塊、超溫報(bào)警 電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。該單片機(jī)具有 3 個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器， 1 個(gè)全雙工串行口。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電 感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。 在 此次設(shè)計(jì)的 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,控制核心 STC12C5A60S2 單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (IT)單片機(jī)有 32 個(gè) I/O 口 ,其外部晶振為 12MHz,一個(gè)指令周期為1/ ,其最小系統(tǒng)主要包括 :復(fù)位電路 ,震蕩電路等 ,電路如下圖 所示 。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。 其引腳 及連接 如圖 所示 。 LCD 的基本特性 : 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ VDD:++） :12864 點(diǎn) ，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 時(shí)鐘頻率 ： STN、半透、正顯 方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS ： 6 點(diǎn) ：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5—1/10 ：串行、并口可選 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 ，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) : 0℃ +55℃ ,存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 圖 LCD12864 液晶管腳圖 系統(tǒng)調(diào)試所用軟件簡(jiǎn)述 單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。另外重要的一點(diǎn)，只要看一 下編譯 后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。 Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件， Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。 建立好文件后，就可以進(jìn)行編譯、鏈接、運(yùn)行。 KEIL 使用時(shí)注意事 項(xiàng) 1. 仿真器標(biāo)配 的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 第 3章 主控 單片機(jī) 及溫度傳感器 STC12C5A60S2 單片機(jī)簡(jiǎn)介 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。 ： 0 35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 420MHz 1280 字節(jié) RAM。 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時(shí)，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地） 。 , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘25 萬次 ) 。74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來擴(kuò)展 I/O 口 ， 還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。 STC12C5A60S2 單片機(jī)的管腳 圖 單片機(jī)管腳圖 ：供電電壓 ：接地 ：復(fù)位輸入。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 。 STC12C5A60S2 系列單片機(jī) 上電復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口（傳統(tǒng) 8051 的 I/O口）模式。即從MCUVCC 流入的電流不超過 55mA，從 MCUGND 流出電流不超過哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 55mA，整體流入 /流出電流都不能超過 55mA。 在 TF 卡程序中，若將 SPI 口設(shè)置成推挽（強(qiáng)上拉）輸出，就可以這樣寫： P1M1 = _BIN (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)。 需要作為 A/D 轉(zhuǎn)換使用的口需先將 P1ASF 特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置 ?1?，將相應(yīng)的位設(shè)置為模擬功能。 ADC_FLAG 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，可通過查詢此位看 A/D 是否轉(zhuǎn)換完畢。則模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算公式為： (ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024*Vin/Vcc。 ，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 表 35 DS18B20 引腳定義 引腳 定義 DQ 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端 GND 電源地 VDD 外接供電電源輸入端 （在寄生電源接線方式時(shí) 地） 圖 DS18B20 外形 及引腳 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。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(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。 圖 DS18B20 工作原理框圖 DS18B20 有 4 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 表 36 DS18B20 溫度值格式表 LS Byte MS Byte bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 23 22 21 20 21 22 23 24 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0， 這 5 位為 0，只要將測(cè)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(cè)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(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 要去改動(dòng)。 (3) 電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根 I/O 口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 的外部電源供電方式 在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入 ，此時(shí) I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè) DS18B20 傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。在 外接電源方式下，可以充分發(fā)揮 DS18B20 寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓 VCC 降到 3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)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(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在 源端單點(diǎn)接地。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源電路，鍵盤以及顯示 電路，溫度測(cè)試電路，超溫報(bào)警電路，串口通訊電路。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片 7805 解決了電源穩(wěn)壓?jiǎn)栴}。 鍵盤及顯示電路 鍵盤電路設(shè)計(jì) 鍵盤是一組開關(guān)（或稱按鍵）的組合。 鍵盤接口的工作主要有下述幾個(gè)過程 ： ， ，判別是哪一個(gè)鍵按下 ,即按鍵識(shí)別 ， （即獲得按鍵的特征值 ——行、列的編碼），稱為讀鍵值 ， 兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下。 。而實(shí)際上，按鍵從最初接通到穩(wěn)定接通要經(jīng)過數(shù)毫秒的抖動(dòng)（彈跳時(shí)間）。通常人們采用軟件方法來去抖動(dòng)。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 ：即每一次按鍵時(shí)，鍵盤能自動(dòng)地產(chǎn)生按鍵的鍵值。 ：只簡(jiǎn)單提供鍵盤的行列矩陣，其它操作如鍵的識(shí)別、鍵值讀取、去抖動(dòng)等均由軟件完成，故硬件較簡(jiǎn)單。 單片機(jī)檢測(cè)按鍵的原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的 I/O 口既可以作為輸出也可作為輸入使用，當(dāng)檢測(cè)按鍵時(shí) 使用的是它的輸入功能，把按鍵的一端接地，另一端與單片機(jī)的某一個(gè) I/O 口相 連，開始時(shí)先給 I/O 口賦一高電平，然后讓單片機(jī)不斷地檢測(cè)該 I/O 口是否變成 低電平，當(dāng)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該 I/O 口通過按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測(cè)到 I/O 口變?yōu)榈碗娖絼t說明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。獨(dú)立鍵盤有一端固定為低電平，單片機(jī)寫程序檢測(cè)時(shí)比較方便。 4 個(gè)按鍵分別接在單片機(jī)的 , 口上，代表的含義分別為加，減，菜單，確認(rèn)。初始狀態(tài)為狀態(tài) 0，當(dāng)有鍵按下時(shí)并且按下確認(rèn)鍵以后，撞到狀態(tài) 1。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 顯示電路設(shè)計(jì) 常用的顯示器一般有兩種 ： LED 數(shù)碼管顯示和 LCD 液晶顯示 ， 此次設(shè)計(jì)中要求同時(shí)多路測(cè)溫 ， 顯示器同樣需要顯示多個(gè)溫度值 ， 而使用 LED 數(shù)碼管顯示雖然也能實(shí)現(xiàn) ， 但是比較麻煩 ， 而使用 LCD 液晶顯示器能夠相當(dāng)簡(jiǎn)單的達(dá)到設(shè)計(jì)要求 ， 因此此次設(shè)計(jì)的顯示器使用的是 液晶 12864 型號(hào)的LC