【正文】 也變得十分的方便同時(shí)只需要更換不同輸出功率的固態(tài)繼電器就可滿足不同功率加熱 系統(tǒng)的需要由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對溫度動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)要求要求不高允許有一定的溫度偏差和允許調(diào)節(jié)的時(shí)間較長時(shí)最流行控制方法還是繼電接觸器控制系統(tǒng)若繼電接觸器控制系統(tǒng) PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史它以其簡單穩(wěn)定性好工作可靠調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一當(dāng)被控對象的和參數(shù)不能完全掌握或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)系統(tǒng)控制器的和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為和系統(tǒng)核心 圖 11 方案一的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 溫度采集電路以形式將現(xiàn)場溫度傳至單片機(jī)單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)場溫度與用戶設(shè)定 的目標(biāo)溫度按照已經(jīng)編程固化的控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)控制量以此控制量系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種狀態(tài)參量均由 圖 13 方案三的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 13 設(shè)計(jì)方案 控制模塊的選擇數(shù)字比較器與模擬控制器相比較數(shù)字比較器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) 1 模擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)能力有限當(dāng)控制規(guī)律較為復(fù)雜時(shí)就難以甚至無法實(shí)現(xiàn)而數(shù)字控制器能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律的控制 2 計(jì)算機(jī)具有分時(shí)控制能力可實(shí)現(xiàn)多回路控制 3 數(shù)字控制器具有靈活性起控制規(guī)律可靈活多樣可用一臺計(jì)算機(jī)對不同的回路實(shí)現(xiàn)不同的控制方式并且修改控制參數(shù)或控制方式一般只可改變控 制程序即可使用起來簡單方便可改善調(diào)節(jié)品質(zhì)提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量 4采用計(jì)算機(jī)除實(shí)現(xiàn) PID數(shù)字控制外還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集數(shù)字顯示等其他功能綜合考慮本設(shè)計(jì)控制模塊采用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器 對于方案一采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)恒溫控制雖然該方案成本低可靠性高抗干擾性強(qiáng)但對于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能要求較高的場合是不合適的而對于方案二采用 PLC實(shí)現(xiàn)恒溫控制由于 PLC成本高且 PLC是外圍系統(tǒng)配置復(fù)雜不利于我們的設(shè)計(jì)由于數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算量大只要選擇合適的參數(shù)對于溫度的控制精度往往能達(dá)到較好的效果為了使設(shè)計(jì)的成本低抗干擾強(qiáng)系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能好的前提下設(shè)計(jì)方案的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 13 所示通過單片機(jī)對偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算輸出控制 DA 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成 08V 電壓信號來控制可控硅觸發(fā)電路從而控制可控硅通斷率通過調(diào)節(jié)加熱功率即可達(dá)到控制溫度恒定的目的 圖 13 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖 第 2 章 釀酒槽溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 考慮到盡量降低成本和避免與復(fù)雜的電路此系統(tǒng)所用到的元器件均為常用的電子器件而主控器采用低功耗高性能片內(nèi)含 8k byte 可反復(fù)檫寫的 Flash 只讀程序器 CMOS8 位單片機(jī) AT89S52 溫度傳感器采用 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫 度傳感器 DS18B20采用控制端 TTL電平即可實(shí)現(xiàn)對繼電器的開關(guān)使用時(shí)完全可以用 NPN型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動(dòng)單片機(jī)所需要的 5V工作電源是通過 220V 交流電壓通過變壓整流穩(wěn)壓濾波得到實(shí)時(shí)控制的顯示器鍵盤通過單片機(jī)來完成鍵盤掃描與輸出動(dòng)態(tài)顯示采用具有微功耗外圍接口簡單精度高工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)的 ds12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 考慮到系統(tǒng)對傳輸速度的要求不高在 PCA 機(jī)上設(shè)定和實(shí)時(shí)顯示溫度系統(tǒng)配有 RS232 串行通訊端口下面對硬件電路作具體的設(shè)計(jì) 21 AT89S52 單片機(jī)簡介 AT89S52 單片機(jī)資 源簡介 AT89S52 的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示由于它的廣泛使用使得市面價(jià)格較815582558279 要低所以說用它是很經(jīng)濟(jì)的該芯片具有如下功能①有 1 個(gè)專用的鍵盤顯示接口②有 1 個(gè)全雙工異步串行通信接口③有 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器這樣1個(gè) 89S52承擔(dān)了 3個(gè)專用接口芯片的工作不僅使成本大大下降而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)給用戶帶來許多方便 89S52 有 40 個(gè)引腳有 32 個(gè)輸入端口 IO 有 2 個(gè)讀寫口線可以反復(fù)插除所以可以降低成本 主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 32 個(gè)雙向 IO 口 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷 2個(gè)串行中斷 2個(gè)外 部中斷源 2個(gè)讀寫中斷口線低功耗空閑和掉電模式8k 可反復(fù)擦寫 1000 次 Flash ROM 9256x8 bit 內(nèi)部 RAM 時(shí)鐘頻率 024MHz 可編程 UART 串行通道共 6 個(gè)中斷源3 級加密位軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能～口 8 位雙向口線 ～ 口 8 位雙向口線 ～口 8 位雙向口線 ～ 口 8 位雙向口線 ALE 地址鎖存控制信號 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí) ALE用于控制把口輸出的低 8位地址送入鎖存器鎖存起來以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送此外由于 ALE 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖因此可作為外部定時(shí)脈沖使用 外部程序存儲 器讀選通信號 在讀外部 ROM 時(shí) 有效 低電平 以實(shí)現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作 訪問程序存儲趨控制信號 但信號為低電平時(shí)對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器而當(dāng)信號為高電平時(shí)則對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始并可延續(xù)至外部程序存儲器 RST 復(fù)位信號 當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作 和 外接晶體引線端 當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)此二引線端用語外接石英晶體和微調(diào)電容當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)用于接外部時(shí)鐘脈沖信號 地線 5V 電源 AT89S52 單片機(jī)時(shí)鐘和復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器輸入端為芯片引腳輸出端為引腳而在芯片外部和 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器晶體震蕩頻率高則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高單片機(jī)運(yùn)行速度也就快但反過來運(yùn)行速度快對存儲器的速度要求就高對印制電路板的工藝要求也高所以這里使用震蕩頻率為 6MHz 的石英晶體震蕩電路產(chǎn)生的震蕩脈沖并不直接是使用而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用震蕩脈沖經(jīng)過二分頻后才作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號在設(shè)計(jì)電路板時(shí)振蕩器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)以避免干擾需要注意的是電路板時(shí)振蕩器和電容 應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定可靠的工作電路圖如圖 22 所示 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位電路分上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式 a 上電復(fù)位 在加電之后通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的當(dāng)?shù)纳仙龝r(shí)間不超過 1ms 就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位即接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化電路原理圖RST 上的電壓必須保證在斯密特觸發(fā)器的閥值電壓以上足夠長時(shí)間滿足復(fù)位操作的要求 b 按鍵復(fù)位 程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)為了擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng) RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端復(fù)位信號 是高電平有效按鍵復(fù)位又分按鍵脈沖復(fù)位圖 23 和按鍵電平復(fù)位電平復(fù)位將復(fù)位端通過電阻與相連按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC 分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的 c 注意 因?yàn)榘存I脈沖復(fù)位是利用 RC 微分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的所以電平復(fù)位要將復(fù)位端通過電阻與相連如復(fù)位電路中 RC 的值選擇不當(dāng)使復(fù)位時(shí)間過長單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)故本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位 22 溫度傳感器 溫度測量轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源直接影響系統(tǒng)的可靠性傳統(tǒng)的溫度測量方法是溫度傳感器例如 AD590 將測量的溫度轉(zhuǎn)換成模擬電信號再經(jīng)過 AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù) 字信號單片機(jī)再對采集的數(shù)字信號進(jìn)行處理 [3]這種模擬數(shù)字混合電路實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜濾波消噪難度大系統(tǒng)穩(wěn)定性不高鑒于這些考慮本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 支持一線總線接口測量溫度的范圍為 55176。 C～ 125176。 C 現(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字式傳輸大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾性 DS18B20 為 3 引腳 DQ為數(shù)字信號輸入輸出端 GND 為電源地 VDD 為外接供電電源輸入端 溫度采集電路模塊如圖 24 所示 DSB8B20 的 3 腳接系統(tǒng)中單片機(jī)的 P14 口線用于將采集到的溫度送入單片機(jī)中處理 2腳和 3腳之間接一個(gè) 47K上拉電阻即可完成溫度采集部分硬件電路 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 S18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量以 12位轉(zhuǎn)化為例用 16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供以 00625LSB 形式表達(dá)其中 S 為符號位 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 23 22 21 20 21 22 23 24 MS Byte 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位是符號位如果測得的溫度大于 0這 5位為 0只要將測到的數(shù)值乘于 00625即可得到實(shí)際溫度如果溫度小于 0 這 5 位為 1 測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 00625 即可得到實(shí)際溫度 23 鍵盤和顯示電路 鍵盤采用 4 4的行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤用 IO口線組成行列結(jié)構(gòu)按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上 4 4的行列結(jié)構(gòu)可組成 16個(gè)鍵的鍵盤因此在按鍵數(shù)量較多時(shí)可以節(jié)省 IO 口線 23． 1 行 列式鍵盤的接口 行列式鍵盤的接口方法直接接口于單片機(jī)的 IO 口上如圖 25 所示 圖 25 行列式鍵盤與單片機(jī)連接 23． 2 行列式鍵盤的工作原理 鍵盤設(shè)置在行列線的交點(diǎn)上行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端行線通過上拉電阻接＋ 5V 被拉在高電平狀態(tài) 對鍵盤的工作過程可分兩步第一步時(shí) CPU 首先檢查鍵盤上是否歐鍵按下第二步是再識別是哪一個(gè)鍵按下 檢測鍵盤上有無鍵按下可采用查詢工作方式定時(shí)掃描工作方式和中斷三種工作方式 23． 3 液晶顯示的接口 液晶顯示的接口方 法直接接口于單片機(jī)的 IO 口上如圖 26 所示 圖 25 液晶顯示與單片機(jī)連接 23． 4 液晶顯示的工作原理 顯示采用 DMC1602A LCM 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳接口其中 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 教 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端接正電源時(shí)對比度最弱接地電源時(shí)對比度最高對比度過高時(shí)會產(chǎn)生鬼影使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳 RS 為寄存器選擇高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器低電平時(shí)選擇指令寄存器 第 5 腳 RW 為讀寫信號線高電平時(shí)進(jìn)行讀操作低電平