【正文】 **********************************/ void processKey(void) //按鍵處理程序 { uchar Alarm_ge,Alarm_shi,Alarm_bai。= 0x03。 } /************************************************************ *Function:數(shù)碼管 顯示掃描中斷 *************************************************************/ void display() interrupt 1 using 1//顯示掃描中斷 { TH0 = 0xFC。 Init18b20 ()。 //保存設(shè)定值 Init18b20()。 Alarm = temp_buff[2]。 for(i=0。 } EA=1。 for(i=0。 TempDelay(5)。 } /************************************************************ *Function:向 18B20寫(xiě)入一個(gè)字節(jié) *************************************************************/ void WriteByte (uchar wr) //單字節(jié)寫(xiě)入 32 { uchar i。 _nop_()。 _nop_()。 uchar temp_buff[9]。 //數(shù)碼管位選通控制端 sbit Spk=P3^7。鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)方面的知識(shí)等方面有重要的作用。 首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師陳媛媛老師。 N Y 圖 主程序流程圖 開(kāi)始 讀溫度設(shè)定值 等待 數(shù)據(jù)采集 溫度顯示 PID運(yùn)算 控制輸出 系統(tǒng)初始化 溫度設(shè)定否 運(yùn)行 /停止鍵按下否 運(yùn)行 /停止鍵按下否 等待 N Y Y N Y N 22 N Y 圖 開(kāi)始 測(cè)試顯示屏幕是否忙狀態(tài) 返回 清除屏幕 送顯示地址 送顯示數(shù)據(jù) 23 6 仿真 與實(shí)物展示 Altium Designer 軟件簡(jiǎn)介 2021 年年底， Protel 軟件 的原廠商 Altium公 司推出了 Protel 系列的最新高端版本Altium Designer 。主模塊的功能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作；數(shù)據(jù)采集模塊的作用是將數(shù)字量采集并儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中；數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，其中最重要的是數(shù)字濾波程序：控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的 PID 運(yùn)算并且輸出控制量。初始化程序初值 en1= en2 =0 通過(guò)采樣并根據(jù)參數(shù) KP、 KD、 KI 以及 en、 en1 和 en2計(jì)算△ un。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。積分作用的強(qiáng)盡弱取決于積分 時(shí)間常數(shù) Ti， Ti 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 圖 數(shù)據(jù)采集電路 13 數(shù)碼管顯示部分，采用與單片機(jī)相連接，將溫度傳感器采集到的信息迅速轉(zhuǎn)化為可視溫度，增加了可讀性。采用這種頻率的晶體振蕩器的原因是可以方便的獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率 。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 3. － 10℃ ～ +85℃ 范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為 177。首先來(lái)介紹一下 DS18B20這塊傳感器的特性及其功能 : DSl8B20 的管腳及特點(diǎn) DS18B20 可編程溫度傳感器有 3個(gè)管腳。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)問(wèn)和微分時(shí)間的大小。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。設(shè)計(jì)人員需完成全部硬件和軟件的設(shè)計(jì)，并利 Altium Designer 仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。 能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是 30℃ ～ 90℃ ,溫度誤差≤177。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、 A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。 采用單片機(jī) AT89C52 設(shè)計(jì)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量及控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動(dòng)作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。 近年來(lái)，溫度控制的發(fā)展尤為迅速。 目前市場(chǎng)上熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問(wèn)題，很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，不具有溫度控制功能．即使熱水器具有輔助加熱功能。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)良好溫度控制器，隨時(shí)向用戶顯示溫度，而且能夠較好控制。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí) 在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。 單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開(kāi)單片機(jī)的應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)中溫度很難控制，對(duì)于要求嚴(yán)格的的場(chǎng)合，溫度過(guò)高或過(guò)低將嚴(yán)重影響工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率，降 低生產(chǎn)效益。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測(cè)量及工業(yè)設(shè)備溫度測(cè)量場(chǎng)合 [16]。傳感器正朝著小型、固態(tài)、多功能和集成化的方向發(fā)展。 傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設(shè)定值，反饋的溫度值和設(shè)定值比較后，決定加熱或不加熱。然后調(diào)顯示子程序 ,多次顯示設(shè)定溫度和采樣溫度 ,再把采樣值與設(shè)定值進(jìn)行 PID 運(yùn)算得出控制量 ,用其去調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)端的通斷 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻絲加熱時(shí)間的控制 , 以此來(lái)調(diào)節(jié)水溫使其基本保持恒定 [2]。 DS18B20 溫度傳感器是美國(guó)達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。 技術(shù)要求： 能夠連續(xù)測(cè)量水的溫度值，用十進(jìn)制數(shù)碼管來(lái)顯示實(shí)際溫度 ，最小單位為 1℃ 。顯示電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用溫度芯片DS18B20 測(cè)量溫度，體現(xiàn)了作品芯片化的這個(gè)趨勢(shì)。 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使 AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活 、有效的解決方案。 8 圖 AT89C52 引腳排列 DS18B20傳感器 DS18B20 原理與特性 ： 采用了 DS18B20 單總線可編程溫度傳感器 ,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度，以及算法的要求。 2. 不需要外部組件，能測(cè)量－ 55～ +125℃ 范圍內(nèi)的溫度。 10 DS18B20 內(nèi)部功能模塊 如 圖 所示， 圖 DS18B20 原理圖 DS18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同 DS18B20 為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度， 而 DS1820 為 9 位 A/D 轉(zhuǎn)換 ,雖然我們采用了高精度的芯片 ,但在實(shí)際情況上由于技術(shù)問(wèn)題比較難實(shí)現(xiàn) ,而實(shí)際 精度此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 在 DS18B20 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序要等待DS18B20 的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS18B20 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。本系統(tǒng)電路采用的晶體振蕩器頻率為 。 溫度傳感器 DS18B20 采集被控對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度 ,提供給 AT89C52的 。 比例控制： Gc(s)= Kp 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。 計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，若采樣周期為 T第 n次采樣的輸入誤差為 ne ，且)()( nCnren ?? ，輸出為 )(nu ， PID 算法用的微分 dtde 由差分 Tee nn 1?? 代替，積分 dttet?0)(由 ?TeK 代替，于是得到 ?????? ???? ??? T eeTTTeKu nnDniInPn 101 （ ） 寫(xiě)成遞推形式為 △ 1??? nnn uuu = ?????? ?????? ? ?? ?????ni nnnDni iiInnP eeeTTeeTTeeK0 21101 )2()()( = ?????? ????? ??? )2()( 211 nnnDnInnPeeeTTeTTeeK = )2()( 211 ??? ????? nnnDnInnP eeeKeKeeK = DIP PPP ?? （ ） 18 其中： )( 1??? nnPP eeKP （ ） nInIPI eKeTTKP ?? （ ） )2()2(2121 ???? ?????? nnnDnnnDPD eeeKeeeTTKP （ ） 顯然， PID 計(jì)算△ un 只需要保留現(xiàn)時(shí)刻 en 以及以前的兩個(gè)偏差量 en1 和 en2。大于 250 或小于 0 的控制量 nu 都是沒(méi)有意義的，因在算法上對(duì) nu 進(jìn)行限幅，即 nu =?????????m a xm a xm a xm inm inm inuuuuuuuuuunnnn （ ） 19 圖 PID計(jì)算程序的流程圖 PID 的計(jì)算公式采用位置式算法，計(jì)算公式為 1?? nn uu + )2()( 211 ??? ????? nnnDnInnP eeeKeKeeK = DIPn PPPu ????1 （ ） 輸入 Cn5rn 計(jì)算 PD=KD(en2en1+en2) 計(jì)算 en=rnCn 計(jì)算 un=un1+PP+P1+PD P1=K1*en un un1,e n1 en2,en e n1 計(jì)算 Pp=Kp(enen1) un 輸出限幅處理 計(jì)算 P1+Pp 返回 開(kāi)始 20 5 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。顯示程序設(shè)計(jì)框圖 如圖 。 PCB電路圖如圖 所示： 圖 整體設(shè)計(jì) PCB 圖 24 通過(guò) PCB 圖做出的實(shí)物圖如圖 所示： 圖 實(shí)物圖