【正文】 該溫度值與被控制值 (設(shè)定溫度值 )進(jìn)行比較，計(jì)算出溫度偏差，根據(jù)其偏差值的大小，然后采用 PID控制算法并計(jì)算出相應(yīng)的控制輸出量，最后通過(guò) D／ A轉(zhuǎn)換電路 (這里采用 PWM調(diào)功方式，相當(dāng)于 D／ A轉(zhuǎn)換器 )控制固態(tài)繼電器在控制周期內(nèi)的通斷占空比 (即控制電阻爐平均功率的大小 )，將控制輸出量輸出，控制加熱器工作，進(jìn)而達(dá)到對(duì)溫度進(jìn)行控制的目的。如程序 所示 ，當(dāng) MCS51 單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為 12MHz 時(shí)，程序中的語(yǔ)句 _nop_()。下位機(jī)的程序采用串口查詢的方式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)指令對(duì)單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制，節(jié)省 CPU的資源。在進(jìn)行異步通信時(shí)，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分別在各自的時(shí)鐘（ TCLK 和 RCLK）控制下進(jìn)行的，但都必須與字符位數(shù)的波特率保持一致。典型的 RS232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 +5～ +15V，負(fù)電平在 5～ 15V電平。當(dāng)溫度超過(guò)120176。這是基本原理，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)還要考慮鍵盤的延時(shí)去抖，去抖的原理是，當(dāng)檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，單片機(jī)先不動(dòng)作，延時(shí) 10 毫秒以后，單片機(jī)再次檢測(cè)按鍵是否按下，如果還是按下，就說(shuō)明此鍵確實(shí)是按下?tīng)顟B(tài)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)操作。另外 74LS373 的輸出接上拉電阻，幫助驅(qū)動(dòng)顯示器。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò) 50m 時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。注意只要外部電源處于工作狀態(tài) ， GND（地）引腳不可懸空。 （ 1）寄生電源 供電時(shí) 在 DS18B20 內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，為 DQ 線上提供很強(qiáng)的上拉，采用電力 MOSFET 直 接給 DS18B20 供電，這種供電方式有兩種好處： ① 進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無(wú)需本地電 源； ② 可以在沒(méi)有常規(guī)電源的條件下讀 ROM。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓 波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。按下按鈕，則直接把 +5V 加到了 RET/VPD 端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。外接電 C C2的 大小會(huì)影響振蕩器頻率的穩(wěn)定度、起振時(shí)間及溫度穩(wěn)定性。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 綜上所述，本次設(shè)計(jì)將以 DS18B20 為傳感器，單片機(jī) AT89S52 為主控器件， PC 機(jī)為上位機(jī)，并以組態(tài)王 KingView 為組態(tài)軟件，完成對(duì)小型電烤箱的三點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 監(jiān)控，系統(tǒng)總體框圖如圖 213。編寫(xiě)程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如 MAX23 MC148 MC1489 等。 RS232C 是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。繼電器所帶的負(fù)載為一個(gè)額定功率 600W，接 220V 交流電的電 烤箱 。本設(shè)計(jì)只要求顯示所測(cè)溫度數(shù)據(jù)，所以可用 LED 顯示。 顯示器件 顯示是微控系統(tǒng)的重要組成部分，主要顯示各種參數(shù)值，以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過(guò)程。 這是通過(guò)改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。 DS18B20 遵循嚴(yán)格的單線串行通信 協(xié)議，每一個(gè) DS18B20 在出產(chǎn)時(shí)都用激光進(jìn)行了調(diào)校，并具有唯一的 64位序列號(hào)，多個(gè) DS18B20 可以共存于同一條線上。在輸入端施加合適的控制信號(hào) VIN時(shí)， P型 SSR 立即導(dǎo)通；當(dāng) VIN 撤銷后，負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)（交流換向）， SSR 關(guān)斷。相對(duì)于方案二，硬件電路簡(jiǎn)單，易于操作，具有更高的性價(jià)比，更大的市場(chǎng)。 方案二： 本方案采用單片機(jī)為核心，通過(guò)溫度傳感器 AD590 采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，最終經(jīng)單片機(jī)檢測(cè)處理溫度信號(hào)。 課題要求 設(shè)計(jì)的任務(wù)是采用單片機(jī)為核心器件，配合單總線數(shù)字溫度傳感 DS18B20 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集與控制，數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度，通過(guò) RS232 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，上位機(jī)通過(guò)組態(tài)王軟件對(duì)下位機(jī)的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并能設(shè)定下位機(jī)的工作參數(shù) ?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID控制方式 ,但 PID控制對(duì)象的模型難以建立 ,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí) ,河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 3 參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問(wèn)題。除了硬件控制設(shè)備 的 不斷完善，軟件系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā) 也 將不斷深入完善，其中主要以專家系統(tǒng)為代表的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果。 在 20世紀(jì) 90 年代最早推出的智能溫度傳感器，采用的是 8 為 A/D 轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨率只能達(dá)到 1℃。另一種是溫度開(kāi)關(guān)或邏輯輸出傳感器，這種傳感器會(huì)在溫度超過(guò)某個(gè)默認(rèn)值時(shí)輸出特定的邏輯訊號(hào)。 課題背景及現(xiàn)狀 溫度測(cè)量方面 溫度是與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)的一個(gè)物理 ,因此產(chǎn)生了各種各樣的溫度測(cè)方法，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi) ,對(duì)溫度的測(cè)控十分廣泛。 此系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、使用方便等特點(diǎn)，可廣泛用于倉(cāng)庫(kù)測(cè)溫、樓宇空調(diào)溫度控制、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 摘 要 在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相連，溫度的測(cè)量及控制占有極其重要的地位。上位機(jī) PC 與單片機(jī)之間通過(guò) RS232 串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，又 組態(tài)軟件 King View 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、處理功能和友好的人機(jī)界面， 故基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)， 可以理想地實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，準(zhǔn)確的溫度測(cè)量和控制在現(xiàn)代化的社會(huì)生產(chǎn)中具有重要的研究意義。模擬溫度傳感器適合需要低成本、小體積和低功耗的應(yīng)用。 （ 3）智能溫度傳感器 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 2 其特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)溫度控制量，匹配相應(yīng)的微控制器（ MCU） ，并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā) 水平。多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展前景也將十分廣闊， 溫 度 測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用將由簡(jiǎn)單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測(cè)，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。故基于單片機(jī)和組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)單片機(jī)溫控裝置，勢(shì)必將減輕設(shè)備操作人員的工作量和工作環(huán)境，使得企業(yè)生產(chǎn)管理更加規(guī)范化，提高了效率。 方案一 : 采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線性元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。相對(duì)于方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。 SSR河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 6 以觸發(fā)方式，可分為零壓型（ Z）和調(diào)相型（ P）兩種。 主要器件的選擇 傳感器 根據(jù)上節(jié)結(jié)論，本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，溫度測(cè)量范圍－ 55～＋ 125℃ ，可直接 將 溫度 值 轉(zhuǎn) 換 成數(shù)字 量。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)， DS18B20 對(duì) fO計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。斜坡式累加器用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨力?；谛詢r(jià)比、低功耗及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上考慮，選用了 AT89S52 來(lái) 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。 R 2R lR 1+ +－ －D CS S RR 2R 1+ +－ －D CS S R （ a） (b) 圖 29 DCSSR驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載 V 1 +R 2R 1+ +－ －D CS S RR lV 2 + 圖 210 DCSSR驅(qū)動(dòng)大功率高壓負(fù)載 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 本設(shè)計(jì)中 固態(tài) 繼電器是由單片機(jī)控制的 ， 所以它的供電電壓選擇 5V 直流電。本設(shè)計(jì)采用RS232C 串行通信方式。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用 RS232C 電平轉(zhuǎn)換芯片。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)利用組態(tài)王 ，通過(guò) 建立 好的 用戶圖形界面 來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)下位機(jī) 溫度控制系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)監(jiān)控。 AT89S52系統(tǒng)中晶振可在 0～ 24MHz 選擇。上電時(shí)，剛接通電源，電容 C 相當(dāng)于瞬間短路， +5V 立即加到 RET/VPD端，該高電平使 89S51 全機(jī)自動(dòng)復(fù)位，這就是上電復(fù)位；若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。 單片機(jī)V C CD S 1 8 B 2 0V C C4 .7 K 圖 34 讀序列號(hào)電路設(shè)計(jì)圖 由于 DS18B20 有兩種不同的 供電方 式，即寄生電源供電和外接電源供電 ， 因此基于DS18B20 的測(cè)量電路就有兩種連接方式。此外， 在單線總線上可以放置多個(gè)DS18B20 ，而且如果它們都使用外部電源，可以同時(shí)完成溫度變換。 (3) 連接 DS18B20 的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。 顯示和鍵盤電路設(shè)計(jì) 顯示和鍵盤電路圖 顯示和鍵盤電路如圖 37所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 19 S2SWPBS1SWPBS3SWPBS4SWPBA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10+5V12345678161514131211109200RP11 2 3 54 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 213 34 45 6 58 87 6 7p1 p2 p3 p4B018B117B216B315B414B513B612B711VCC20OE19T/R1A79A68A57A46A35A24A02A13GND10U274LS373+5V16872345GNDp4p2p1p3+5VK1K2K3K4XTAL119XTAL218RST9PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31123456873233343536373839212223242526272810111213141516171AT89S52 圖 37 顯示和鍵盤電路 顯示部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中本系統(tǒng)采用的是共陽(yáng)極 LED 顯示器，位選應(yīng)接高電平， P2 口輸出的段選信號(hào)，通過(guò) 74LS373 芯片接 LED 段碼引腳， 74LS373 的高電平輸出電流在 15毫安左右，可以驅(qū)動(dòng) LED 顯示。 鍵盤的工作原理是按鍵的一端高電平，另一端已單片機(jī)的某個(gè) I/O 口相連，當(dāng)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該 I/O 口通過(guò)按鍵已電源相連，變成高電平，程序一旦檢測(cè)到 I/O 口變?yōu)楦唠?平則說(shuō)明在年間被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。 為了在關(guān)機(jī)和超溫保護(hù)的狀態(tài)下能可靠地關(guān)斷加熱電源，電路中加入了繼電器控制加熱電源。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地，如從 DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用 DB25連接器時(shí)是 2腳相對(duì) 7腳（信號(hào)地）的電平 。該接口電路不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用。本系統(tǒng)的主要軟件思想是這樣的：下位機(jī)軟件主要是完成與上位機(jī)的串口通訊，接受監(jiān)控系統(tǒng)的指令，實(shí)現(xiàn)多路溫度數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)。 圖 44 DS18B20讀時(shí)間隙 圖 寫(xiě) 子 程序 由于只有一條 I/O 線，主機(jī) 1Wire 總線的寫(xiě)操作只能逐位進(jìn)行，連續(xù)寫(xiě) 8 次即可寫(xiě)入總線一個(gè)字節(jié)。 鍵盤掃描子流程圖如下： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 27 開(kāi) 始延 時(shí) 1 0 m s執(zhí) 行 相 應(yīng) 代 碼結(jié) 束NY是 否 有 鍵 按 下是 否 有 鍵 按 下是 否 有 鍵 按 下NNYY 圖 47 鍵盤掃描子流程圖 控制執(zhí)行程序 控制思路及 其 流程圖 本系統(tǒng)的控制思路為 AT89S52為整個(gè)系統(tǒng)的 CPU?？刂茍?zhí)行程序流程圖如圖 49所示 (見(jiàn)