【正文】 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 I 教研室（或答辯小組 ）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 II 目 錄 摘 要 ......................................................1 第一章 緒論 ................................................3 概述 .................................................................. 3 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 .............................................. 3 系統(tǒng)總體設(shè)計思想 ...................................................... 5 功能要求 .............................................................. 6 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .........................................7 硬件系統(tǒng)框圖 .......................................................... 7 硬件電路 .............................................................. 7 最小單片機(jī)系統(tǒng) ........................................................ 7 溫度傳感器的選取 ..................................................... 11 溫度傳感器 DS18B20 的介紹 ............................................. 11 輸出通道設(shè)計 ......................................................... 17 串行通信接口 ......................................................... 19 電源電路 ............................................................. 22 系統(tǒng)特點 ............................................................. 23 第三章 系統(tǒng)軟件簡介 ........................................24 系統(tǒng)開發(fā)工具介紹 ..................................................... 24 軟件系統(tǒng)簡介及界面 ................................................... 25 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................27 總 結(jié) .....................................................28 參考文獻(xiàn) ...................................................29 附 錄 .....................................................30 附錄一、單片機(jī)程序 ....................................................... 30 附錄二、 PC 機(jī)程序 ........................................................ 37 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 第一章 緒論 概述 隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其次，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化 而影響 到控溫精度時，要 有合適的手段進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到精度要求 。操作不方便，控制數(shù)據(jù)無法保存。 在溫度的測量技術(shù)中，接觸式測溫發(fā)展較早，這種測量方法的優(yōu)點是：簡單、可靠、低廉，測量精度較高，一般能夠測得真實溫度；但由于檢測元件熱慣性的影響，響應(yīng)時間較長，對熱容量小的物體難以實現(xiàn)精確的測量，并且該方法不適宜于對腐蝕性介質(zhì)測溫，不能用于極高溫測量，難于測量運動物體的溫度。本課題所研制的電阻爐智能溫度控制儀就是要實現(xiàn)恒值溫度控制的要求，故以下僅對恒值溫度控制進(jìn)行討論。其具體電路可以采用模擬電路或計算機(jī)軟件方法來實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)功能。智能控溫法 [1]采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化。 系統(tǒng)總體設(shè)計思想 （ 1） 系統(tǒng)硬件方案分析 目前，溫度控制儀的硬件電路一般采用模擬電路 [2](Analog Circuit)和單片機(jī)(Singlechip Computer)兩種形式。由此可見，采用單片機(jī)設(shè)計控制系統(tǒng)，不僅可以降低開發(fā)成本，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且控制算法由軟件實現(xiàn)，可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。針對這些單片機(jī)的不同特點，尤其從降低成本和方便實驗的角度出發(fā)，以 89S52 為核心器件組成的控制系統(tǒng)是比較理想的選擇。因此在設(shè)計控制器時，一個關(guān)鍵的問題就是如何實現(xiàn) PID 參數(shù)的實時整定。在單芯片上，擁有靈巧 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 (3) AT89S52 引腳功能與封裝 圖 22 是 AT89S52 封裝結(jié)構(gòu)圖。在對 Flash 存儲器進(jìn)行編程時， P0 用于接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。 P2 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 表 22 P3 端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 的外部輸入） T1（定時器 1 的外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 復(fù)位輸入端。一般情況下， ALE是振蕩器頻率的 6分頻信號，可用于外部定時或時鐘。 。 圖 23 單片機(jī) AT89S52 最小系統(tǒng) 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 （ 1） 復(fù)位電路： 單片機(jī)上電時，當(dāng)振蕩器正在運行時，只要持續(xù)給出 RST 引腳連個機(jī)器周期的高電平，便可完成系統(tǒng)復(fù)位。 10pF；當(dāng)外接陶瓷振蕩器時，電容 C C2 選 47uF177。 方案二：采用熱 敏電阻，選用此類元器件有價格便宜的優(yōu)點，但由于熱敏電阻的非線性特性會影響系統(tǒng)的精度。C 范圍內(nèi)，精度為 177。 DS18B20 可以程序設(shè) 定 9～ 12位的分辨率，精度為 177。C ，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用 。 （ 7）在 9位分辨率時最多在 ， 12 位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。 表 23: DS18B20 溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20 的兩個 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 即可得到實際溫度；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 即可得到實際溫度。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 超過 8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。其最大的缺點是：大電流的切入造成對電網(wǎng)的沖擊，不規(guī)整的脈沖負(fù)載電流引起電網(wǎng)波形的畸變及對其它電設(shè)備的中頻干擾。但是與普通電 磁繼電器比， SSR 體積小，開關(guān)速度快，無機(jī)械觸點，因而沒有機(jī)械磨損，不怕有害氣體腐蝕，沒有機(jī)械噪聲，耐振動、耐沖擊，使用壽命長。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號，驅(qū)動開關(guān)電路④工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路”。 典型的 串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。當(dāng)我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要 4800 波特率，那么時鐘是 4800Hz。比如，標(biāo)準(zhǔn)的 ASCII 碼是 0～ 127（ 7位）。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機(jī)校正時鐘同步的機(jī)會。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。接收器典型的工作電平在 +3～ +12V與 3～ 12V。 一、發(fā)送和接收的過程如下： 串行口的發(fā)送過程由指令 MOV SBUF， A 啟動，即 CPU 由一條寫發(fā)送緩沖器的指令把數(shù)據(jù)（字符）寫入串行口的發(fā)送緩沖器 SBUF（發(fā)）中，再由硬件電路自動在字符的始、末加上起始位（低電平）、停止位（高電平）及其它控制位（如奇偶位等），然后在移位脈沖 SHIFT 的控制下，低位在前，高位在后，從 TXD 端（方式 0 除外）一位位地向外發(fā)送。 SCON 寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，可按位尋址，其字節(jié)地址為 98H。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 方式 3： 9位 UART，幀信息為 11 位，其中一 位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個停止位“ 1”。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計方面具有如下特點： 主機(jī)采用 MCS51 系列的 89S52 單片機(jī) 價格便宜，有開發(fā)環(huán)境 。 2176。標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器 KEIL C51,在保留匯編代碼高效、快速性的同時為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供 C 語言環(huán)境。 （ 2）采用簡單易學(xué)的 Basic 語言。 （ 6）提供了多種向?qū)А? 電阻的測量，用萬用表的歐姆檔測量。通過萬用表的檢測 ,沒有發(fā)現(xiàn)短路和斷路的地方了，電路基本正常后再進(jìn)行 下一步調(diào)試。 ② 溫度傳感器 DS18B20 的調(diào)試 在 VB 編寫的顯示界面 調(diào)試到能 成功 顯示溫度值 和顯示溫度曲線 的基礎(chǔ)上，編寫溫度測量子程序以及顯示子程序?qū)Υ瞬糠钟布娐愤M(jìn)行測試。 2)將單片機(jī)以及溫度傳感器引入對水溫的分析和處理中，單片機(jī)控制決策無需建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適合對非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制，對水溫控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制非常適