【正文】 ）可取 2060， I（分）可取 310， D（分）可取 PWM 控制原理 脈沖寬度調(diào)制（ PWM)是指利用處理器的數(shù)字輸出信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)手段，廣泛的應(yīng)用于從測量、通信到功率控制等眾多領(lǐng)域之中。其另外一個優(yōu)點是對噪聲抵抗能力的顯著增強，這也是將 PWM技術(shù)應(yīng)用于通信的重要原因。 圖 31 交流 220V 轉(zhuǎn)直流 12V 電路 圖 32 直流 12V 轉(zhuǎn)直流 5V 電路 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 9 處理器 STC89C52 在控制領(lǐng)域 中各種 控制器按照種類分有單片機 、 DSP、 PLC、 FPGA 等。 STC89C52 使用 了 經(jīng)典 MCS51 內(nèi)核， 具備 以下功能： 8k 字節(jié) Flash存儲器、 512 字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存儲空間 、 32 位 I/O 接口、 看門狗 、 內(nèi)置 的 4KB EEPROM、復(fù)位電路 、 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器 、 4 個外部中斷。并行接法的優(yōu)點是速度 比較 快，缺點 是 總線寬 并且 占用 較多 的 IO 端 口。 白： Data . 但 在單片機 的 系統(tǒng)中， 我們 一般 采用 TTL 電平 /CMOS 電平。 本次設(shè)計采用了 DS18B20 傳感器，它是由美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線元器件，是DS1820 的增強型傳感器，在測量精度，分辨率，轉(zhuǎn)換時間等方面有極大改進。 其引腳和封裝方式見 下圖所示： 圖 36 ds18b20 管腳封裝 DS18B20 溫度傳感器內(nèi)含四個主要部件，詳見圖 37： 其一， 64 位激光光刻 ROM。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB LSB 配置 分辨率關(guān)系表 格： R0 位 R1 位 溫度分辨率（單位： bit） 最大轉(zhuǎn)換時間（單位： ms） 0 0 9bit 0 1 10bit 1 0 11bit 375ms 1 1 12bit 750ms 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 15 圖 37 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 測溫原理：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。 ） 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 16 圖 38 DS18B20 的 測溫原理 掉電存儲電路 AT24C02 本系統(tǒng)使用 AT24C02 作為掉電存儲設(shè)備。當這個腳是低電平的時候，可 以對整個存儲器進行正常的讀寫操作。 在一些非低功耗的系統(tǒng)中，可以用 uP 監(jiān)視器設(shè)計硬件看門狗電路，本系統(tǒng)中選擇MAX706P 做為看門狗， 其原理圖如 28 所示。這兩種均使用 PWM 來控制電機的轉(zhuǎn)速，其原理圖如下圖所示： 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 19 圖 210 濕度控制電路 聲光報警電路 聲光報警電路主要包括三部分， 分別是 LED、蜂鳴器和按鍵。以免產(chǎn)生更大的損失。定時器的配置與定時器中斷服務(wù)程序。 編譯環(huán)境介紹 Keil uVision4 源自德國 KEIL 公司?？梢匀萑躺舷碌母訛?1 度。 在 PID 調(diào)節(jié)的過程中，首先要設(shè)計 P、 I、 D 對應(yīng)的參數(shù)，然后對溫度差值的當前值、積分值和變換速度進行分別控制。其系統(tǒng)框圖如圖 32 所示。當比例達到一定效果的時候，才能繼續(xù)調(diào)節(jié)積分和微分參數(shù)。期 望 值 。次 測 量 的 溫 度 變 化 值 。 圖 34 IIC 總線設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu) 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 26 在 IIC 總線控制中，主要涉及了信號的有效性，信號的開始、讀寫與結(jié)束。當進行一個字節(jié)的傳送時，字節(jié)的最高位 MSB 在前，字節(jié) 的最低位 MLB 在最低位。便于長距離傳輸。在這種方式下，可以將通信分為異步通信和同步通信。當接收端檢測到這個起始信號后，就開始切換到 接收狀態(tài)。當半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時，直流電壓為高電平；當半導(dǎo)體開關(guān)斷開時，直流電壓降為低電平；這時就直流電壓變成了脈沖信號，這樣通過改變半導(dǎo)體開關(guān)的通斷就可以改變 PWM 信號的頻率或者脈沖寬度，即改變了直流電壓的平均值，從而實現(xiàn)了直流電機調(diào)速的目的。 表 41 測量數(shù)據(jù) 項目 日期 測量值 參考值 溫度（度） 濕度（ %） 溫度（度） 濕度（ %） 43 42 34 37 38 38 45 44 43 42 39 37 45 43 53 52 39 35 55 50 34 30 43 43 在 PID 調(diào)試過程中，需要認為設(shè)定 PID 的參數(shù)。本文主要討論了十字路口相位設(shè)置，配時設(shè)置，根據(jù)相應(yīng)的配時進行了編程仿真。 為了防止程序跑飛，加入了看門狗電路。 為了使得系統(tǒng)更加人性化，使用 DS12C887 作為時鐘模塊， AT24C02 作為存儲模塊，選擇 LCD12864 作為液晶顯示模塊。所以需要在實驗的過程根據(jù)經(jīng)驗，反復(fù)修改 PID 的參數(shù)。記錄的數(shù)據(jù)如表 41中所示。停止位表示傳送一幀數(shù)據(jù)信息的結(jié)束，也為下一幀數(shù)據(jù)做好準備。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候， TX 作為數(shù)據(jù)線， RX 作為時鐘線，在接收數(shù)據(jù)的時候， RX 作為數(shù)據(jù)線，TX 作為時鐘線。 UART 就是半雙工的一個體現(xiàn)。 串行是指數(shù)據(jù)按照從低位到高位或者從高位到低位的順序，依次進行傳輸，此時只需要一條數(shù)據(jù)線，外加一條公共地線和若干控制信號線。 圖 36 IIC 總線起始信號與結(jié)束信號 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 27 字節(jié)傳送與應(yīng)答 當時鐘由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r候，可以改變一次總線的數(shù)據(jù)，即改變 SDA 的電平狀態(tài)。 在多 IIC 設(shè)備系統(tǒng)中， IIC 的連接如下 圖 33 所示： 圖 33 多設(shè)備 IIC 系 統(tǒng)連接圖 IIC 總線內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 34 所示， IIC 總線連接到總線輸出級必須是集電極開路或者是漏極開路。 然后設(shè)計一個微分調(diào)節(jié)系數(shù)，然后將兩次測量的溫度相減得到 溫度變化速度，由此產(chǎn)生由溫度產(chǎn)生的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)值。 n sn dt t tD = (34) 其中： 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 24 n:::nsdtntntD 時 刻 采 樣 值 與 期 望 值 誤 差 。在很多工業(yè)系統(tǒng)中，只需要比例控制，往往就能實現(xiàn)系統(tǒng)的要求。 本系統(tǒng)中，使用 PWM 調(diào)節(jié)加熱器，使用溫度傳感器來測量溫度，使用 PID 對系統(tǒng)溫度進行調(diào)節(jié)。將 tempmax 初始化設(shè) 置為 1，在溫度快速上升的時候，不斷讀取 tempmax，同時通過 DS18B20 讀取溫度值，在溫度第一次超過設(shè)置的溫度的最大值的時候，將 tempmax 置為 0。 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 22 PID 控制溫濕度 在溫室應(yīng)用中，常常將溫度濕度控制在一定的范圍內(nèi)，這樣有利于農(nóng)作物的生長。編寫串口程序，將這些采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機串口上。 圖 213 蜂鳴器報警電路 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 21 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng) 中軟件主要包括單片機外設(shè)的控制，如單片機控制管腳輸出高低電平。按鍵引腳使用上拉電阻，在沒有按鍵按下的時候，管腳一直處于高電平狀態(tài)，戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 20 當有按鍵按下的時候，根據(jù)線與的邏輯原則，檢測到低電平。有雙向可控硅和光電耦合器構(gòu)成加熱管的驅(qū)動電路，是一種理想的交流開關(guān)原件。相反的，如果在某一段時間內(nèi)，程序因為某種干擾而 跑飛 ,單片機不能刷新定時器，就會產(chǎn)生復(fù)位或者中斷信號，使得程序從初始位置開始運行，恢復(fù)到正常狀態(tài)。 4 腳是電源地，7 腳是 WP，寫保護輸入端，用于硬件數(shù)據(jù)的保護。 ：它的振蕩頻率受溫度的影響很大，溫度稍有變化，頻率就會變化很多，即對溫度敏感，多用于溫度傳感器。 TM：測試標志位 ,出廠即被寫入 0,不可更改 。 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 14 四：在 12 位分辨率時，最多可在 750ms 時間內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度較快。 如今我們更常采用數(shù)字式溫度傳感器，它能把溫度物理量通過對溫度敏感的元器件以及相對應(yīng)的電路轉(zhuǎn)換為能 夠方便微型計算機、智能儀表等可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的裝置直接讀取的數(shù)字式傳感器。 紅： VCC 。 在 本 戶外電子設(shè)備溫度控制 系統(tǒng)中采用 LCD12864 作為顯示 模塊 ，在上面可以直接讀取采集到的 實時 溫度 、時間和歷史數(shù)據(jù) 。 目前單片機正 朝著高精度 、 精簡指令 、 高速高效率 、 低功耗的方向 飛速 發(fā)展， 其 廣泛 地 應(yīng)用 于工業(yè) 過程控制，智能儀表等技術(shù)領(lǐng)域。 然后再將 12V 通過 開關(guān)穩(wěn)壓 模塊 （ LM7805)轉(zhuǎn)換為 5V。 PWM 技術(shù)的優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是以數(shù)字信號傳輸?shù)?，避免了?shù) 模信號轉(zhuǎn)換，將噪聲影響降到最低。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例加微分控制器能夠改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。對于一個自動戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 6 控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后依然存在穩(wěn)態(tài)誤差，那么稱這個控制系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。 給定環(huán)節(jié) 串聯(lián)校正 放大變換 控制器 被控對象并聯(lián)校正參考輸入干擾輸出反饋環(huán)節(jié)反饋信號比較環(huán)節(jié) PID 技術(shù)原理 在實際工程控制中，應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)控制規(guī)律就是比例（ P）、積分 (I)、微分 (D)控制，簡稱為 PID 控制。系統(tǒng)軟件 的編寫可分為： 系統(tǒng)主程序、 單片機外設(shè)的控制 程序 、定時器的控制、串口發(fā)送與接收數(shù)據(jù) 、 讀取傳感器數(shù)據(jù) 以及 編寫時鐘芯片 DS12C88掉電存儲 模塊 、液晶顯示 LCD12864 模塊的驅(qū)動程序。同時 在對本溫度控制系統(tǒng)的 設(shè)計中，考慮到電源的 節(jié)能環(huán)保 問題 以及 各個模塊的 成本 問題，在 足以 滿足 系統(tǒng) 要求的 大 前提下，減少 系統(tǒng)成本，有利于本 溫度控制 系統(tǒng)的大范圍推廣。 所以我們 對傳統(tǒng)的溫度控制 系統(tǒng) 改造， 使用微型計算機代替 常規(guī) 儀表 控制 使人們能 實時查閱被測物 溫度變化的第一手資料， 還可以 提示溫度變化情況，協(xié)助人們及時調(diào)整，并 具備 溫度報警 功能，這已經(jīng)成為溫度控制系統(tǒng)發(fā)展新趨勢。 3）嵌入式 DSP 處理器 (EDSP) DSP 處理器適用于執(zhí)行 DSP 算法 ,效率高 ,執(zhí)行速度高。由此可見嵌入式的本質(zhì)是將一臺計算機嵌入到一個對象體系中去。嵌入式系統(tǒng)通常是一個控制程序存儲在只讀存儲器中的 嵌入式處理器 控制板。其觸角伸向各行各業(yè)，從一盞臺燈的設(shè)計到空間實驗站的制造，皆有它的身影。最終實現(xiàn) 了實時 溫度采集、顯示、控制 與記錄 等功能。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 單片機 早 已成為電子 設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn) 中首選的控制 芯片 。 STC89C52。設(shè)備之所以能夠自動運行，就是應(yīng)用了 繼電器 、傳感器、處理芯片等 電氣元件 實現(xiàn)順序控制、時間控制的過程。 最近幾年，網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開辟了廣闊的天地，使嵌入式系統(tǒng)成為繼個人計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后又一個 IT 界技術(shù)熱點。然而對于多數(shù)對象系統(tǒng)如家用電器、儀器儀表等無法嵌入通用計算機系統(tǒng)，況且通用計算機系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向完全不同，因此必須獨立地發(fā)展嵌入式計算機系統(tǒng)。整個嵌入式系統(tǒng)的極大部分都可以高度集成到一塊或幾塊芯片中 ,應(yīng)用系統(tǒng)電路板極其簡潔 ,具有體積小，集成度高，可靠性好等優(yōu)點。 電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)的目的與功能 本設(shè)計提出一種基于數(shù)字化 的 溫度 控制 系統(tǒng)。 （ 3）溫度能控制在一定 區(qū)間 內(nèi)，超出 事先 設(shè)定范圍 立即 報警。自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段，其簡稱自控系統(tǒng)。 PID 控制在實際運用中也有僅使用 PI 或者 PD 控制的。這樣，即便誤差極小，積分項也會隨時間的增加而加大，它促使控制器的輸出增大使得穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到近似為零。脈沖寬度調(diào)制技術(shù)由于其控制簡單，靈活并且動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，成為目前電力電子技術(shù)領(lǐng)域最為廣泛的控制方式。把模擬信號轉(zhuǎn)為 PWM 數(shù)字信號能夠極大地延長 通信距離。按照總線形式分，有哈弗總線 、 有馮諾伊曼總線的 。 此外 STC89C52 還 可 進入 節(jié)電模式降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作。 經(jīng)比較， 本系統(tǒng)采用并行接 線方 法。 例如在 本系統(tǒng)中 采用 的單片機 STC89C52 使用的 就是 TTL 電平， 因為 兩者工作機制不一樣 ， 所以需要 某種 轉(zhuǎn)換芯片 把 TTL 電平 和 USB 電平之間 聯(lián)系起來 。具有體積小巧，線路簡單，成本低，抗干擾性好，精度高等顯著特點。從高位到低位依次由 8 位的 CRC 和 48 位的序列號以及 8 位的家族代碼 (28H)組成。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55 攝氏度的一個值。電能測