【正文】 .............. 24 初始化子程序 ................................................... 24 讀子程序 ....................................................... 25 寫子程序 ....................................................... 25 顯示和鍵盤掃描程序 ................................................. 26 顯示掃描程序流程圖 .............................................. 26 鍵盤掃描程序流程圖 .............................................. 26 控制執(zhí)行程序 ....................................................... 27 控制思路及其流程圖 .............................................. 27 PID 控制算法 .................................................... 28 PID 參數(shù)的整定 .................................................. 29 PWM 波的設(shè)計(jì) .................................................... 30 通訊程序 ........................................................... 30 組態(tài)王監(jiān)控界面設(shè)計(jì) ................................................. 34 5 系統(tǒng)調(diào)試 ......................................................... 36 硬件部分調(diào)試 ....................................................... 36 軟件部分調(diào)試 ....................................................... 37 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 6 總結(jié) ............................................................ 38 參考文獻(xiàn) ........................................................... 40 致謝 .............................................................. 41 附錄 A 電氣原理圖 ................................................... 42 附錄 B 主要程序 ..................................................... 42 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 1 緒 論 溫度在現(xiàn)代社會中成為一個(gè)很重要的物理量，人們可以根據(jù)溫度來調(diào)節(jié)個(gè)人的生活行為，氣象工作者可以根據(jù)溫度變化范圍來提供可靠的天氣預(yù)報(bào)。后者讓組件在使用單電源的情形下就能對負(fù)溫度值進(jìn)行檢測。因此，從非電量轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號，一般將其處理過程集成在單片 IC 器件體內(nèi)部，這樣就形成了功能強(qiáng)大、精確的數(shù)字溫度傳感器。溫度測量方法的發(fā)展和技術(shù)的創(chuàng)新，使得人們對溫度的測量更加準(zhǔn)確和方便。 研究意義 溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個(gè)領(lǐng)域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常 用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中 ,如何提高溫度控制對象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。 此外，采用單片機(jī)作為核心器件，它有體積小、重量輕、價(jià)格 便宜、功耗低，控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 2 方案論證與主要器件選型 方案比較與選擇 溫度測量方案選擇 溫度測量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及 新興的智能型溫度傳感器。其系統(tǒng)框圖如下： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 P C 機(jī)M A X 2 3 2 電平 轉(zhuǎn) 換 芯 片A T 8 9 S 5 1單 片 機(jī)鍵 盤 電 路 L E D 顯 示報(bào) 警 電 路控 制 電 路電 源 電 路D S 1 8 B 2 0 溫度 傳 感 器 圖 22 方案三系統(tǒng)框圖 基于數(shù)字式溫度計(jì) DS18B20的溫度測量儀的軟硬件開發(fā)過程是將 DS18B20的溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)了與單片機(jī)的直接接口，從而省去了信號調(diào)理電路。 由于固體繼電器具有高穩(wěn)定、高 可靠、無觸點(diǎn)及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在電動機(jī)調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制、調(diào)光、家用電器、烘箱烘道加溫控溫、送變電電網(wǎng)的建設(shè)與改造、電力拖動、印染、塑科加工、煤礦、鋼鐵、化工和軍用等方面。 本設(shè)計(jì)采用固態(tài)繼電器，具體采用 PID 控制算法，并由該算法計(jì)算出相應(yīng)的控制輸出量，控 制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比的目的，進(jìn)而控制加熱器工作，最終達(dá)到對溫度進(jìn)行控制的目的。 存 儲 器 與 控 制 器溫 度 靈 敏 元 件低 溫 觸 發(fā) 器 T L高 溫 觸 發(fā) 器 T H配 置 寄 存 器高 速 緩 存存 儲 器8 位 C R C 生 成 器6 4位ROM和單線接口電源檢測 圖 24 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定， 斜坡式累加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。 AT89S52 是 AT89C52的升級產(chǎn)品，性能上較 AT89C52有很大提升，在價(jià)格上卻與之差不多，甚至更低。他們都具有體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 +－~~S S RR 2V cR pC pR mR lA CC M O SR 1R 3N P N 圖 28 CMOS驅(qū)動 SSR （ 2）輸出端驅(qū)動負(fù)載 ① DCSSR 驅(qū)動大功率負(fù)載，見圖 29。 +－~~S S RB S Y+ 5 V~ 2 2 0 V加 熱 器F U8 9 S 5 2P 1 . 6 圖 211 固態(tài)繼電器驅(qū)動電路 通信模塊 要使上位機(jī)能對 系統(tǒng) 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置， 實(shí)時(shí) 顯示 溫度曲線及相關(guān)參數(shù) 等操作，就離不開和上位機(jī)的通信。 RS232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不同的，邏輯 1(MARK) ＝ 3V～ 15V，邏輯 0(SPACE) ＝ ＋ 3～＋ 15V。 MAX232 的引腳排列 如圖 212。組態(tài)王 的工程手冊內(nèi)容也詳細(xì)豐富，組態(tài)王中每個(gè)控件都有詳細(xì)的使用說明及應(yīng)用實(shí)例演示分析，對初學(xué)者有很大幫助。 10pf；當(dāng)外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容 C C2選 47uf177。RET/VPD 端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生則為上電復(fù)位。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。新買來的 DS18B20 溫度傳感器一般沒有直接給出序列號，需要我們另外設(shè)計(jì)讀序列號的電路來讀取其序列號。總線上主機(jī)不需向上連接便在溫度變換期間 使線保持高電平。 (2) 在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。鍵盤與單片機(jī)的連接如圖 所示。可控硅門極回路與 220V 電源相通，光電耦合器的絕緣耐壓，能有效地把微機(jī)系統(tǒng)與 220V 強(qiáng)電隔離。 RS232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。所以 RS232適合本地設(shè)備之間的通信。 1234567891110J2D Connector 9C13C1+1T1OUT14R1IN13T2OUT7R2IN8VS+2VS6C25C2+4T1IN11R1OUT12T2IN10R2OUT9U3MAX232C4C7C6C5GND+5VGND 圖 311 MAX232串口通信電路圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì) 測溫系統(tǒng)的硬件電路確定之后，測溫系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)。從 1Wire 總線讀取 1bit 同樣至少需要 60μs ，同時(shí)也要保證兩次連續(xù)的讀操作間隔 1μs 以上 ， DS18B20 讀 時(shí)序圖如圖 44所示 。DS18B20 寫 時(shí)序 圖 45所示 ， 具體程序見附錄 B。反之 , 當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí) ,輸出減少 ,輸出脈寬減少 , 電熱絲加熱時(shí)間減少，環(huán)境溫度下降。 可由式 (41)導(dǎo)出提供增量的 PID 控制算式，根據(jù)遞推原理可得： u(k1)=kc*e(k1)+ki*[e(0)+e(1)+e(2)+? +e(k)]+kd*[e(k1)e(k2)] (42) 用式 (41)減去式 (42)， 可得 ： △ u(k)=kc[e(k)e(k1)]+ki*e(k)+kd*[e(k)2e(k1)+e(k2)] (43) 可見 ,控制系統(tǒng)的輸出僅僅與最近 3 次的偏差有關(guān)。然后對偏差值進(jìn)行比例積分與微分?jǐn)?shù)值處理，得到的控制輸出信號用來控制加熱，使溫度控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。 為了簡化 輸出通道的硬件結(jié)構(gòu)，考慮到加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性，本系統(tǒng)采用脈沖寬度調(diào)制的控制方法（即 PWM 波控制）?？梢援a(chǎn)生 1μs 的延時(shí)，調(diào)用此函數(shù)時(shí)需包含頭文件 “” 。系統(tǒng)操作的總體流程圖如圖 41所示。 MCS51 串行口的發(fā)送和接收時(shí)鐘可由兩種方式產(chǎn)生，一種是由主機(jī)頻率 fosc 經(jīng)分頻后產(chǎn)生，另一種方式是由內(nèi)部定時(shí)器 T1 或 T2 的溢出率經(jīng) 16分頻后提供。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL電平到 RS232電平再返回 TTL電平。 C 時(shí)，單片機(jī)的 口發(fā)出高電平直接將繼電器關(guān)斷，從而避免了電 烤 箱溫度過高，起到了保護(hù)作用。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 21 控制 模塊電路設(shè)計(jì) 控制執(zhí)行電路 執(zhí)行信號輸出通道的原理圖如圖 39 所示， AT89S52 的輸出信號經(jīng)過光電耦合器，直接控制雙向可控硅的門極，從而控制電熱絲的平均加熱功率。系統(tǒng)中采用兩個(gè) 4位的數(shù)碼管，分別顯示設(shè)定 溫度和三點(diǎn)溫度采集的平均溫度。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。 該設(shè)計(jì)方式是 DS18B20 最佳的上電工作方式，其工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，更方便開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)。采用這種供電方式時(shí) VDD 必須接地， 具體電路 如圖 35。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片 7805解決了電源穩(wěn)壓問題， 如圖33。復(fù)位后， P0 到 P3并行 I/O 口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF 寄存器狀態(tài)不確定。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。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 P C 機(jī)（ 安 裝 有 組 態(tài) 王 ）以 A T 8 9 S 5 2 為 核 心 的控 制 電 路 板D S 1 8 B 2 0 溫度 采 集 模 塊固 態(tài) 繼 電 器 溫度 控 制 模 塊現(xiàn) 場 設(shè) 備（ 電 烤 箱 ） 圖 213 系統(tǒng)總體框圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 14 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路框圖 系統(tǒng)硬件電路框圖如圖 31 所示： A T 8 9 S 5 2單 片 機(jī)最 小系 統(tǒng)串口通訊電路P C機(jī)三 路 溫度 測 量電 烤 箱溫 度 控制 電 路L E D 顯 示鍵 盤 電 路 圖 31 系統(tǒng)硬件電路框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對 51系列 單片機(jī)來說，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、振蕩電路和復(fù)位電路，