【正文】 .......................................................................................................... 5 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 ............................................................................................. 5 PID 技術(shù)原理 ..................................................................................................... 5 PWM 控制原理 ................................................................................................... 6 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 8 系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì) .............................................................................................. 8 處理器 STC89C52............................................................................................... 9 液晶顯示電路 ....................................................................................................10 USBTTL 通信模塊 ...........................................................................................12 溫度參數(shù)傳感器 DS18B20 .................................................................................13 掉電存儲(chǔ)電路 AT24C02 .....................................................................................16 看門狗電路 ........................................................................................................17 溫濕度控制電路 ................................................................................................18 溫度調(diào)節(jié)電路 .......................................................................................18 濕度調(diào)節(jié)電路 .......................................................................................18 聲光報(bào)警電路 ...................................................................................................19 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..............................................................................................................21 編譯環(huán)境介紹 .................................................................................................21 PID 控制溫濕度 ..............................................................................................22 溫濕度傳感器軟件驅(qū)動(dòng) ....................................................................................25 串口通信 ..........................................................................................................27 PWM 調(diào)制 .........................................................................................................29 軟件流程圖 .......................................................................................................29 4 系統(tǒng)調(diào)試與檢測(cè)控制效果 ............................................................................................31 5 結(jié) 論 .............................................................................................................................33 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................34 致 謝 ................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 明確系統(tǒng)功能后編寫 相關(guān)程序 語言， 通過仿真，對(duì)整個(gè) 溫度控制 系統(tǒng)進(jìn)行 了 調(diào)試 與分析。嵌入式系統(tǒng)是一種可作為設(shè)備的一部分的專用計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)是單片化 ,體積大幅減小并且使功耗和成本下降、可靠性提升。為管理者 或設(shè)備自動(dòng) 調(diào)節(jié)提供可靠數(shù)據(jù) 信息 。經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展和應(yīng)用之后，在空間技術(shù)、軍事科學(xué)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域都獲得了極為顯著的成效。而增加了“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)出誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例加微分的控制器，就能提前使得抑制誤差的控制作用等于零，甚至可以為負(fù)值，從而避免被控量的超調(diào)。 因?yàn)?本系統(tǒng)中繼電器需要 12V 直流 電，其他的器件 需要 5V 的直流電 。 圖 33 是 STC89C52 的最小系統(tǒng)電路 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 圖 33 STC89C52 最小系統(tǒng)原理圖 液晶顯示電路 液晶，即液態(tài)晶體 ,因其 具有特殊的理化與光電特性， 它 體積小 、 功耗低 、 操作簡(jiǎn)單被廣泛應(yīng)用 于 輕薄型的顯示器件上。 通常， 按 照 測(cè)量方式可 以 分為接觸式與 非接觸式 等 兩大類， 而 按照傳感器材料 和 電子元件 的 特性 又可以 分為熱電阻 與 熱電偶等 兩 大 類。 DS18B20 在工作時(shí)將按照此寄存器中數(shù)據(jù)信息把溫度轉(zhuǎn)換成相互對(duì)應(yīng)的精度數(shù)值 ,其各位定義如下表所示。 3，是可編程地址輸入端。由于加熱管需要 220V 供電，所以不能直接使用單片機(jī)的 PWM 控制，雙向可控硅用隔離器件可以實(shí)現(xiàn)控制端與負(fù)載端的隔離。 圖 212 LED 電路 系統(tǒng)加入了蜂鳴器作為報(bào)警電路，報(bào)警電路如下圖 213 所示。 C 語言是一種非常方便的編程語言，目前很多硬件都用 C 語 言進(jìn)行編程開發(fā)。 以控制溫度為例，進(jìn)行詳細(xì)的 PID 介紹。 1()d n nC d y y = 譊 D (33) 在本系統(tǒng)中，將使用溫度傳感器采集到的溫度值與期望的溫度值做減法，得到每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，實(shí)際溫度值與測(cè)量值之間的誤差。在主從通信的過程中，每個(gè) IIC 組件都有自己特定的從機(jī)地址，所以在一條 IIC 總線上，可以同時(shí)有很多個(gè) IIC 設(shè)備，通過識(shí)別設(shè)備的地址，來區(qū)分不同的器件。 通信方式有串行和并行兩種。 51 的 UART 有四根線，兩根電源線，兩根數(shù)據(jù)線，分別是 TX、 RX、 GND、 VCC。 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 開 始系 統(tǒng) 初 始 化測(cè) 量 溫 濕 度溫 濕 度 顯 示按 鍵 掃 描是 否 按 鍵 按下 ？按 鍵 功 能 處 理調(diào) 用 P I D 算 法控 制 溫 濕 度是 否 達(dá) 到 溫 濕 度上 下 限聲 光 報(bào) 警結(jié) 束是否否是 圖 310 系統(tǒng)軟件流程圖 戶外電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 4 系統(tǒng)調(diào)試與檢測(cè)控制效果 系統(tǒng)經(jīng)過軟件與硬件的測(cè)試后，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，并記錄數(shù)據(jù)。使用整流技術(shù)配合開 關(guān)電源模塊，通過 220V 交流電壓為系統(tǒng)供電。 經(jīng)過本設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)了如何根據(jù)項(xiàng)目要求查找資料，并且根據(jù)查找的資料，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的方案。圖 39 給出 PWM 直流電機(jī)調(diào)速的工作原理以及 PWM 脈沖信號(hào)輸出波形。異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。傳送 8 個(gè)位之后，第 9 為為應(yīng)答信號(hào)，如 SDA 保持高電平，為非應(yīng)答，如果 SDA 從高電平降低為低電平，則為應(yīng)答信號(hào)。由 微 分 產(chǎn) 生 調(diào) 節(jié) 值 。 微分環(huán)節(jié)，是對(duì)偏差信號(hào)變化速度的控制。 使用按鍵，可以分別設(shè)定溫度的上限值，下限值和期望值。在全球 Keil uVision4 被超過 10萬的嵌入式開發(fā)工程師應(yīng)用。 LED 模塊電路如下圖 212 所示。 圖 28 看門狗電路原理圖 看門狗工作原理： MAX706 的內(nèi)部看門狗定時(shí)器為 ，如果在 內(nèi)，看門狗的輸入角 WDI 保持為規(guī)定電平，看門狗輸出端 WDO 變?yōu)榈碗娖?，二極管 D 導(dǎo)通，使低電平加到復(fù)位端 MR， MAX706 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào) RESET 使得單片機(jī)復(fù)位，直到復(fù)位后看門狗被清零，WDO 才能變?yōu)楦唠娖?，?dāng) WDI 有一個(gè)跳變沿，看門狗定時(shí)器本清零。電能測(cè)量裝置不同于其他的控制系統(tǒng)，需要在掉電的情況下，將最后測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，否則，數(shù)據(jù)就沒有任何的參考價(jià)值。從高位到低位依次由 8 位的 CRC 和 48 位的序列號(hào)以及 8 位的家族代碼 (28H)組成。 例如在 本系統(tǒng)中 采用 的單片機(jī) STC89C52 使用的 就是 TTL 電平， 因?yàn)?兩者工作機(jī)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 。 此外 STC89C52 還 可 進(jìn)入 節(jié)電模式降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作。把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為 PWM 數(shù)字信號(hào)能夠極大地延長(zhǎng) 通信距離。這樣，即便誤差極小，積分項(xiàng)也會(huì)隨時(shí)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(jìn)一步減小，直到近似為零。自動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要手段，其簡(jiǎn)稱自控系統(tǒng)。 電子設(shè)備溫度控制系統(tǒng)的目的與功能 本設(shè)計(jì)提出一種基于數(shù)字化 的 溫度 控制 系統(tǒng)。然而對(duì)于多數(shù)對(duì)象系統(tǒng)如家用電器、儀器儀表等無法嵌入通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，況且通用計(jì)算機(jī)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(dú)立地發(fā)展嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。設(shè)備之所以能夠自動(dòng)運(yùn)行，就是應(yīng)用了 繼電器 、傳感器、處理芯片等 電氣元件 實(shí)現(xiàn)順序控制、時(shí)間控制的過程。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 單片機(jī) 早 已成為電子 設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn) 中首選的控制 芯片 。其觸角伸向各行各業(yè)，從一盞臺(tái)燈的設(shè)計(jì)到空間實(shí)驗(yàn)站的制造，皆有它的身影。由此可見嵌入式的本質(zhì)是將一臺(tái)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中去。 所以我們 對(duì)傳統(tǒng)的溫度控制 系統(tǒng) 改造， 使用微型計(jì)算機(jī)代替 常規(guī) 儀表 控制 使人們能 實(shí)時(shí)查閱被測(cè)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(shí)調(diào)整，并 具備 溫度報(bào)警 功能，這已經(jīng)成為溫度控制系統(tǒng)發(fā)展新趨勢(shì)。系統(tǒng)軟件 的編寫可分為： 系統(tǒng)主程序、 單片機(jī)外設(shè)的控制 程序 、定時(shí)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(shí)鐘芯片 DS12C88掉電存儲(chǔ) 模塊 、液晶顯示 LCD12864 模塊的驅(qū)動(dòng)