【正文】 24 圖 310 電源電路 溫度控制電路 此部分電路主要由繼電器控制。當環(huán)境溫度高于溫度上限時，單片機及時發(fā)出信號使加熱器停止工作。 鍵盤 輸入 模塊 鍵盤管理子程序流程如圖 41 所示。 KEY1（ ） : 狀態(tài)切換；溫度設(shè)置確認；溫度重新設(shè)置。 假如 環(huán)境溫度高于預(yù)置溫度，加熱電器設(shè)備會關(guān)閉 當檢測到為了 系統(tǒng)報警出現(xiàn)錯誤 ， 特別設(shè)置了一個程序 ，只有 報警許可的時刻才報警。測量數(shù)據(jù)如 表 所示： 測量值與實際值對比表 （℃） 溫度計 測得溫度值 差值比較 標度誤差 ： % 溫控系統(tǒng)的靜態(tài)誤差 根據(jù)上述幾個選擇的溫度參考值和溫度計的數(shù)值相比較確定系統(tǒng)靜態(tài) 誤差。在這個過程中發(fā)現(xiàn)問題，然后解決問題，各個擊破。軟件部分一些程序過于復雜繁瑣，因此最好的辦法便是在實際操作中根據(jù)具體情況合理作出調(diào)整，做到簡單、準確、高效。 最后是可行性方面，但是仿真和實物兩者之間存在著巨大差別。但是我認為還是有許多的不足，也可能是因為 34 我本身的水平的局限。在 醫(yī)學 領(lǐng)域， 醫(yī)用恒溫箱 扮演著重要的角色。 。隨著社會的進步、科技的發(fā)展，智能化的控制手段在以后會更加快速的發(fā)展和進步，并且應(yīng)用于更多更廣泛的領(lǐng)域。一切從實際出發(fā)，多次試驗，得出結(jié)論，確保結(jié)論的準確性科學性，確保設(shè)計的可行性；全方位考慮，理論聯(lián)系實際，讓整個過程嚴謹有序；同時也讓我對單片機、傳感器、報警裝置和液晶顯示器這些設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)和軟件 編程方法，以及它們的工作方式有了全新和全面的認知，自身知識技能得到提升。但是，不足的是硬件在焊接板上的排版布局感覺不夠美觀得體，在后期制作方面需要多下功夫。 33 整個軟件部分相對來說缺乏大的創(chuàng)新，在智能化方面還有待進一步的提升。 這個 恒溫箱 的設(shè)計，從整體組成部分來說包括硬件和軟件兩個大的部分。其實，我們做的這個題目不僅僅是研究溫度的控制，更主要的研究一種控制思想 。 下圖 42所示的流程圖是控制模塊的 ， 系統(tǒng)軟件會 將 我們預(yù)期的溫度 與 現(xiàn)場環(huán)境 溫度進行對比 ， 如果環(huán)境溫度高于預(yù)置溫度，加熱電器設(shè)備會關(guān)閉；如果環(huán)境溫度比預(yù)置溫度低，加熱電器設(shè)備會打開；要是環(huán)境溫度和預(yù)置溫度值相同，那么電器加熱設(shè)備保持不變。 鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。此時鍵盤不發(fā)揮作用。第一個任務(wù)是先設(shè)置溫度值 ， 這時設(shè)置的溫度就會顯示在數(shù)碼管上 ， 溫度設(shè)定好后，單片機會根據(jù)當時的環(huán)境溫度是否啟動加熱器。 圖 39 LCD1602 顯示電路 電源電路 單片機系統(tǒng) 需要 5V電壓來支持運行，但是我們的主要電源是 220V的交流電，所以我們就需要通過一定的降壓和蒸餾電路來將 220V 的交流電轉(zhuǎn)變成我們單片機所需要的 5V 電壓。 報警器的外殼為全不銹鋼，燈的抗沖擊能力好，超強的蜂鳴器，可視度高的 LED 發(fā)光管，而且具有功耗低，不受污染物和水的影響，使用壽命長等特點 報警電路 如下圖所示 ， 由 LED 指示燈和蜂鳴器發(fā)出聲光報警信號指示系統(tǒng)工作狀態(tài)有些危險。列出 A點的結(jié)點方程如下 : b12UR cIR ?? （ 1） 由于系統(tǒng) 控制 水溫范圍 是在 25℃ 50℃ 之間 ,在 輸出電壓為零時 AD590的輸出電流 則為 ,那么為了讓 Ui的電位為零就 得 使電流等于 , 輸出電壓為 12v所以由方程 (1)得 12R b cUR I?? 12V/ = (2) 由 (2)取電阻 R1=47k , R2=5k 的電位器 ， ADC0804 的輸入電壓范圍 在 0— 5v之間 ， 本設(shè)計為了達到更精確的測量目的就使水溫達到 50℃ 時 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為 5伏。 VCC：芯片電源 5V輸入。 DB0DB7 的 管腳：是 一個數(shù)字信號輸出段，它輸出的是八位的二進制三態(tài)特性數(shù)字信號。 ADC0804 性能描述 集成 A/D轉(zhuǎn)換器 根據(jù)應(yīng)用場合的不同可分為很多 種， 我們在 選用時 也通過考察各方面的因素滯后再選取適合的集成芯片。 50℃ +150℃ 是他的基本測量范圍 ， 測量 誤差 是 177。它也是在許多的溫度測量系統(tǒng)中人們比較青睞的備用方案，因為它是一個成本低并且不需要支持電路的單芯片集成電路。調(diào)節(jié)系數(shù)是 1 181。如圖 3 所示是單片機內(nèi)部時鐘方式的振蕩電路。電源復位就是說通過給電源直接給單片機通電的方法來達到復位的目的；而按鍵復位就是在系統(tǒng)的復位電路中裝上復位開關(guān)，通過按鍵開關(guān)的通斷來觸發(fā)復位電平信號，通過上述對比，我們選用電源復位，電路設(shè)計 如圖 33所示 ： 圖 33 單片機 復位電路 16 時鐘電路 時鐘是單片機內(nèi)部電路工作的基礎(chǔ)，也是 CPU 工作時序的時間基準。由此可以看出，本次設(shè)計并沒有將單片機的全部引腳充分利用，但現(xiàn) 在也可以滿足此次的設(shè)計要求。需要注意的是要是用 P0 口的輸入輸出功能的時候一定要在外面接上拉電阻。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 31所示 ： 13 圖 31 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 單片機控制部分 單片機通俗來講就是一個小型的計算機，試想一下一個計算機的功能全部濃縮在一個小小的芯片上，充分解釋了什么叫濃縮的是精華。 方案二：采用 12864 液晶顯示屏；其內(nèi)部儲存顯示字庫，其主要特點是：低功耗，體積小、顯示效果好、抗干擾能力強，編程容易。主，在現(xiàn)代的控制領(lǐng)域里應(yīng)用非常的廣。 綜合分析，擬定方案三，由 AT89C51 作為主機部分。 PID 控制對我們來說并不陌生 ， 他的組成單元有如下幾種： 比例單元 P還有 積分單元 I 以及 微分單元 D。 日本的有關(guān)公司對以 PID 控制為基礎(chǔ)并且結(jié)合上現(xiàn)代控制理論的離子化熱水器溫度控制進行了全面的研究，最終得出這樣的溫度控制方法和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相 10 比適用溫度傳感器更少，成本較低，提升了企業(yè)的利益。 把微處理器作為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)等一系列科技前沿技術(shù)的智能控制叫做數(shù)字 PID 控制。國內(nèi)和國外的晚空儀表主要的差別還是在控制算法部分，國內(nèi)在控制算法領(lǐng)域的研究相對過外比較落后，這導致溫控系統(tǒng)的精度不高，控溫不穩(wěn)定等問題。智能控制其主要就是依據(jù)人工智能的方法以及運籌學的優(yōu)越方法，結(jié)合了 控制理論和PID控制方法來實現(xiàn)維持溫度的控制。早在 10 8 年前， IEEE 就只能控制這一新型的學術(shù)研究在美國紐約開展了首次學術(shù)討論會，主要討論的問題就 是只能控制原理和智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它具有算法較簡單、可靠性和穩(wěn)定性高等特點。由于這種發(fā)放的發(fā)展使得控制領(lǐng)域?qū)︳敯粜院挽`敏度的要求降低了一些。通過這個方法他設(shè)計出了一個控制器，這個方法就是輸出反饋的比例積分微分，也就是我們現(xiàn)在熟悉的 PID，就這樣 PID 出現(xiàn)在了各個領(lǐng)域當中。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，就像控制發(fā)酵的過程，化學反應(yīng)中的溫度保持在預(yù)定范圍，鋼鐵的煉制過程中鍋爐中溫度的控制。 在科技飛速發(fā)展的今天，工業(yè)生產(chǎn)對于水溫控制的要求也越來越高，所以設(shè)計一個安全、高精度、高效率的水溫控制系統(tǒng)成為了工業(yè)生產(chǎn)的重要部分。在整個發(fā)展過程中，水溫控制在工業(yè)生產(chǎn)中也應(yīng)用而生并逐漸起到了重要作用。相應(yīng)的對系統(tǒng)的溫度控制電路發(fā)送相應(yīng)的指令， 在整個系統(tǒng)中，從檢測電路到 繼電器 控制電路各個模塊都發(fā)揮這重要作用，各環(huán)節(jié)相輔相成形成一個負反饋，對溫 度的變化進行實時檢測和超標調(diào)整。從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 溫度檢測控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中主要職責是對溫度進行嚴格的監(jiān)測，在溫度發(fā)生變化不符合規(guī)定溫度時，系統(tǒng)報警提示并做出相應(yīng)的溫度調(diào)整措施，以使得生產(chǎn)能夠順利進行，節(jié)省了大量的人工，產(chǎn)品的質(zhì)量也得到充分的保障，同時也避免了各種潛在意外的發(fā)生。單片機內(nèi)部通過編寫好的程序?qū)囟炔蓸与娐穫魉偷臄?shù)字溫度信號與規(guī)定的溫度信號進行比較，當實時溫度與規(guī)定溫度不符時，單片機通過向報警電路發(fā)送信號報警提醒。以工業(yè)生產(chǎn)為例，自工業(yè)革命開始，水溫便與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少的一部分，也成為了工業(yè)發(fā)展的推動力量。應(yīng)以單片機為核心組成一個控制系統(tǒng)，以 滿足需求。動態(tài)溫度跟蹤主要的研究的是利用相關(guān)技術(shù)讓被控制的物體按照人們預(yù)期并設(shè)定好的一個曲線變化。 PID 線性溫度控制法 美國科學家在進行一項針對船的導航問題時提出了一個方法，這個方法為以后的控制系統(tǒng)帶來了重大的改變和進步。時域響應(yīng)指標通過 PC 機的協(xié)助也可以輕松的檢測到。 PID控制在現(xiàn)代的工業(yè)過程控制中占據(jù)著主導地位，它的一些特點是綜合性價比較高的，所以在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導地位。 智能溫度控制法 上世紀 70年代，美國的著名教授傅京孫提出了關(guān)于智能控制系統(tǒng)概念，他認為這是一個人們還未開啟的研究領(lǐng)域同時也是人們值得去研究的領(lǐng)域。它應(yīng)用范圍已經(jīng)已經(jīng)覆蓋大部分的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，它解決了人力不足和大腦長時間思維導致的錯誤和工作效率和質(zhì)量得不到保障的問題，同時也節(jié)約了大量的人力和經(jīng)濟成本。不管是以前還是現(xiàn)在，我國的溫度控制儀表的發(fā)展都沒 有辦法和國外的發(fā)展相提并論并且是相差甚遠。針對基于 PID溫度控制系統(tǒng)的研究內(nèi)容，我國內(nèi)蒙古高校的董志學研究了在這種技術(shù)的基礎(chǔ)上對熱分析儀控制策略進行了改善，并且為了大幅度的提高精度，他還加同時給系統(tǒng)加入了模糊控制技術(shù)和 PID 控制技術(shù)，達到了預(yù)期的目的，很好的提高了控制精度。顯示表明，ONOFF 控制在控制性能性能和精度上都是不及 PID 控制的。 方案二：采用 PID 控制器，他的主 要組成部分是模擬放大器組成。單片機運算速度高，外圍電路擴展容易，軟件編程簡單容易，功耗低、體積小、成本低等優(yōu)點。我們大多時候會在測量熱力學還有攝氏溫度，兩點、多點溫差還有器平均值的實際電路中可以看到有 AD590的存在。除此之外他還有耐高低溫、耐燃、超強抗沖擊老化等特點；工作環(huán)境： 40 度 +75 度；但其動態(tài)顯示組要驅(qū)動電路支持而且電路較為復雜。 從而實現(xiàn)溫控功能。 按鍵模塊 電源模塊 單 片 機 LCD 顯示模塊 復位電路 時鐘電路 溫 度采集模塊 14 圖 32 51 單片機最小系統(tǒng) 由圖可以看出，此單片機一共有 40 個管腳，其中可以用做輸入輸出的管腳是 P0 口、 P1口、 P2 口、 P3口，除此只外 P0 口還可以用作地址、數(shù)據(jù)總線，而P3口也有自己的第二功能， 用作第二功能的時候，每個管腳都需要單獨定義。而輸出口則是應(yīng)用的 P2 口，用于輸出產(chǎn)生的 PWM 波。我們可以通過很多種方法來實現(xiàn) 復位電路， 由于功能的不同我們可將其分為兩大類：一種是電源復位，另一種是按鍵復位。振蕩頻率的選擇范圍為 ～