【正文】 通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)的思考，更加加深了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，熟練了單片機(jī)的編程，更對(duì)當(dāng)前的溫度傳感器有了更深刻的認(rèn)識(shí)與了解，但是由于此系統(tǒng)依賴(lài)溫度傳感器，因而對(duì)溫度傳感器的穩(wěn)定性，線性等諸多方面有著嚴(yán)格的要求，但是傳感器的性能越好，相對(duì)而言其價(jià)格也就越高，因而在此設(shè)計(jì)中，溫度傳感器我個(gè)人覺(jué)的還是存在遺憾，其次，由于采用了C語(yǔ)言，所以其編程 過(guò)程復(fù)雜不易查錯(cuò)。 系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C52為核心部件，單片機(jī)系統(tǒng)完成對(duì)水溫信號(hào)的采集、處理、顯示等功能 。 由于 DS18B20 與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對(duì)DS18B20 進(jìn)行讀 /寫(xiě)編程時(shí)必須嚴(yán)格地保證讀 /寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)量結(jié)果?；蛴萌f(wàn)用表接其管腳，看指針是否偏轉(zhuǎn)為 0 刻度線。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。 （ 4）易于擴(kuò)充。 VB 是極有和功能強(qiáng)大的軟件，主要表現(xiàn)在：所見(jiàn)即所得的界面設(shè)計(jì)，基于對(duì)象的設(shè)計(jì)方法，極短的軟件開(kāi)發(fā)周期，較易維護(hù)的生成代碼。 由于系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電阻爐，其功率調(diào)節(jié)可以采用相控調(diào)壓法和通斷調(diào)功法兩種方式，但考慮到相控調(diào)壓法對(duì)電網(wǎng)性能的破壞較大，因此按脈沖寬度調(diào)制法控制輸出信號(hào)占空比的大小，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)輸出量的控制。 C 范圍內(nèi) ,精度為177。 我們采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)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。 1幀信息為 8位，沒(méi)有起始位，停止位。 TI和 RI 是由硬件置位的，但需要用軟件復(fù)位。 上位機(jī)和下位機(jī)的接線方法如圖 210： 圖 210 上位機(jī)和下位機(jī)的接線方法 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 MCS51 內(nèi)部含有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口，具有 UART 的全部功能。 RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。當(dāng)然沒(méi)有校驗(yàn)位也是可以的。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB 設(shè)備的通信。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。 串行通信接口 串口通信 [8]的概念非常簡(jiǎn)單，串口按位（ bit）發(fā)送和接收字節(jié)。 SSR 按使用場(chǎng)合可以分成交流型和直流型兩大類(lèi)。對(duì)于純阻性負(fù)載的電阻爐來(lái)說(shuō)，溫控儀采用過(guò)零觸發(fā)方式可使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件計(jì)算方便。由于這種調(diào)節(jié)方式下觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時(shí)刻與電壓波形的相位有關(guān)，因此稱(chēng)為相位控制 調(diào)功；另一種調(diào)節(jié)方式是電壓波形不變而只改變電壓周波在控制周期內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)，這種調(diào)節(jié)方式稱(chēng)為通斷控制調(diào)功。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)斐傻摹?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(hào)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(hào)表示復(fù)位成功。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。 圖 26 DS18B20 測(cè)溫原理 DS18B20 有 4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （ 1）光刻 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。 圖 24為 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖 25 為 DS18B20 的引腳（ PR35 封裝）。 一、 DS18B20 的主要特性 （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 （ 2）獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。分辨率設(shè)定，及用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM 中，掉電后依然保存。2176。 溫度傳感器 DS18B20的介紹 DS18B20[5]是 Dallas 半導(dǎo)體公司 推出的一線總線數(shù)字化溫度傳感器件，它能在現(xiàn)場(chǎng)采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振和電容應(yīng)靠近單片機(jī)芯片，以便減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠工作。電容 C 可取 10~33uF，電阻 R 可取 ~10kΩ。在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，這條引腳接收 12V 編程電壓 Vpp。 程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)。 DISRTO 位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電 位，此時(shí)可用作輸入口。在對(duì) Flash 編程和程序校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址。 ① P0 端口，該口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。如果實(shí)際測(cè)得的溫度值超過(guò)了系統(tǒng)要求的溫度范圍，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出斷電指令，并進(jìn)行報(bào)警； (六 ) 裝置可將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)串口送到上位機(jī)，上位機(jī)軟件將接收到的數(shù)據(jù)存貯并顯示溫度變化曲線 。此外，在設(shè)計(jì) PID 控制器時(shí)，傳統(tǒng)的做法是依靠經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)確定 PID 控制器的參數(shù) Kp， Ki， Kd，在隨后的控制過(guò)程中PID 參數(shù)一般是保持不變的，當(dāng)外部條件發(fā)生重大變化時(shí)，再由工程人員重新手動(dòng)進(jìn)行選擇。它不僅能滿(mǎn)足復(fù)雜的系統(tǒng)性能的需要，而且還使整個(gè)系統(tǒng)的電路緊湊，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。在本系 統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，對(duì)溫控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不高，所以模擬電路的優(yōu)勢(shì)得不到體現(xiàn)。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng) PID 算法的溫度控制儀表。只要 PID 參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿(mǎn)意的。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國(guó)許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。 溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類(lèi)：動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。整體上，我國(guó)的電阻爐控制系統(tǒng)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較落后。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 經(jīng)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明本設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定 可靠 ,各項(xiàng)性能指標(biāo)高 ,可用于實(shí)際工程 。摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)中，人們需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱 處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ,PC機(jī) ,溫度控制 ,串行通信 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問(wèn)題。占主導(dǎo)地位的是儀表控制，這種系統(tǒng)的控制參數(shù)由人工選擇，需要配置專(zhuān)門(mén)的儀表調(diào)試人員，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且不準(zhǔn)確。因此，溫度的測(cè)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開(kāi)通電源，因而無(wú)法克服溫度變化過(guò)程的滯后性，致使系統(tǒng)溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。 但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對(duì)象特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。 目前國(guó)內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對(duì)國(guó)外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國(guó)內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低，自適應(yīng)性較差。另外，模擬電路依靠元器件之間的電氣關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能和簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)的角度基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 出發(fā)， SoC 是實(shí)現(xiàn)電阻爐智能溫度控制儀的最佳選擇，但目前市場(chǎng)上 SoC 的價(jià)格還比較昂貴，并且 SoC 的封裝形式幾乎都采用貼片式封裝，不利于實(shí)驗(yàn)電路板的搭建。然而，被控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到負(fù)荷變化、外界噪聲等各種因素的干擾，都會(huì)引起被控對(duì)象的近似數(shù)學(xué)模型參數(shù)變化較大，從而導(dǎo)致控制效果大打折扣。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 第二章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)總體方案框圖如圖 21所示 圖 21 系統(tǒng)總體方案框圖 硬件電路 最小單片機(jī)系統(tǒng) （ 1） 單片機(jī)概述 AT89S52[3]是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52。在作為輸出口時(shí)，每根引腳可以帶動(dòng) 8個(gè) TTL 輸入負(fù)載。 另外， 與 可以配置成定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入端（ ）與定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入端（ ），如表 21所示。 P3 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 。它用于讀外部程序存儲(chǔ)器。 振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，C取 22uf,R 取 ，充電時(shí)間常數(shù)為 22*106 **103=104ms。 在本硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保證串行通行波特率的誤差，選擇了 的標(biāo)準(zhǔn)石英晶振，電容 C C2 為 47uF。此外，一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 DS18B20 測(cè)量溫度范圍為 55176。C 。 DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是 DS18B20 的簡(jiǎn)化版本。 （ 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 。 引腳 含義如下 ： (1)DQ： 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 (2)GND： 電源地； (3)VDD： 外接供電電源輸入 端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 64位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12位） 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 表 26：溫度分辨率設(shè)置表 四、高速暫存存儲(chǔ)器 高速暫存存儲(chǔ)器由 9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表 5所示。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 表 28： ROM 指令 表 表 29： RAM 指令表 六、 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(wèn)題： 1) 較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)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(xiě)編程時(shí)，必 須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。因此，在用DS18B20 進(jìn)行長(zhǎng)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(wèn)題。就觸發(fā)方式而言，前者為移相觸發(fā)，后者為過(guò)零觸發(fā)。因此，在本系統(tǒng)中采用通斷控制的方式來(lái)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。 圖 28 交流 SSR 工作原理框圖 交流型 SSR 的工作原理框圖如圖 28 所示，圖中的部件① ~④構(gòu)成交流 SSR 的主體。盡管比按字節(jié)（ byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配： a，波特率：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。 b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。 c，停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情 況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。 圖 29 RS232引腳圖 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， DB25各引腳定義參見(jiàn)圖 29。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。 二、相關(guān)的寄存器 SBUF 是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。 方式 1： 8位 UART， 1幀信息為 10位，其中一位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）和一個(gè)停止位“ 1”，波特率可變，根據(jù)定時(shí)器 1的溢出率計(jì)算。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我們來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片