【正文】 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇： A/D 轉(zhuǎn)換器當(dāng)確定使用 A/D 轉(zhuǎn)換器以后，按下列原則選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。路的選擇 C 系列 LCD 顯示可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。 P89V51RD2 采用 51 內(nèi)核，內(nèi)部集成了 64kB Flash ROM 和1024 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM， 5V 工作電壓，操作頻率為 0~40MHz，并且支持 12 時(shí)鐘 默認(rèn) 或 6 時(shí)鐘模式 每個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)時(shí)鐘 ，選擇 6 時(shí)鐘模式時(shí)可在相同時(shí)鐘頻率下獲得 2 倍的吞吐量，同時(shí)，另一個(gè)好處在于，可以在保證處理速度不變的情況下，將時(shí)鐘頻率減半，這樣可以極大地降低系統(tǒng)的 EMI P89V51RD2 還集成了 SPI 串行外圍接口 ，增強(qiáng)型 UART， PCA 可編程計(jì)數(shù)器陣列 ，具有 PWM 和捕獲／比較功能尤其是 P89V51RD2 支持在系統(tǒng)軟件調(diào)試和在系統(tǒng)編程的功能，這使得我們在用其開發(fā)產(chǎn)品時(shí)可以完全拋開仿真器和編程器，進(jìn)而大大減少了產(chǎn)品開發(fā)的成本和時(shí)間。就溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性來講，基本上都是具有純滯后的一階環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)精度及溫控的線性性能要求較高時(shí)，多采用 PID 算法 或達(dá)林頓算法來實(shí)現(xiàn)溫度控制。并且具有鍵盤輸入溫度給定值、定時(shí)時(shí)間， LED 數(shù)碼管顯示溫度值 /時(shí)間和定時(shí)報(bào)警的功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制溫度的目的。 therefore, the temperature is one of the most difficult to measure accurately parameters . So, The performance of the incubator to a large extent depends on the temperature control performance. The design uses single chip microputer to control the oven temperature through the PID control， causing its temperature control into suppose in the definite value in some． And the system has the keyboard entry temperature and time given value , LED displays temperature/timing value and surmounting boundary of the time reports outside． It realizes temperature control automatically. Based on P89V51RD2, the oven temperature control system main realizes temperature collection, A/D conversion, software filtering, PID control and timing functions. First, the paper introduces the background of the subject. Combined with the design requirements and the actual situation of the design ,the main devices that related to subject are confirmed. At the same time the main functions of P89V51RD2, ADC0809, Pt100 is written down. Secondly, it describes the principle of the system, and achieves the concrete structure photo of the design. The system is divided into five modules and every major module of the design is pleted .The hardware circuit schematics of the system is attached at last. Finally, the software of the system is designed. The system software is written by C language, it is because the programme runs faster, and saves storage space. Key Words: incubator ； temperature control ； singlechip microcontroller ； PID control 目 錄 1 概 述 1 課題研究背景 1 課題研究意義 2 課題研究內(nèi)容 2 2 總體設(shè)計(jì)方案 3 課題要求 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)功能模塊方案設(shè)計(jì) 4 的選擇 4 路的選擇 5 路的選擇 6 集電路的選擇 6 制電路的選擇 9 控制方法的選擇 10 開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇 10 發(fā)環(huán)境選擇 10 發(fā)環(huán)境選擇 12 言的選擇 13 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)硬件功能分析 14 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 14 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 測電路的設(shè)計(jì) 15 電路 的設(shè)計(jì) 17 口電路的設(shè)計(jì) 18 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 19 溫度控制電路的設(shè)計(jì) 19 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 20 措施的設(shè)計(jì) 20 PCB 圖的繪制 21 4 數(shù)字 PID 及其算法 22 PID 算法的數(shù)字化 22 PID 算法的程序設(shè)計(jì) 23 位置型 PID 算法程序的設(shè)計(jì) 23 增量型 PID 算法的程序設(shè)計(jì) 24 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 26 系統(tǒng)軟件功能分析 26 主程序的設(shè)計(jì) 26 子程序的設(shè)計(jì) 27 系統(tǒng)初始化模塊的設(shè)計(jì) 27 顯示模塊的設(shè)計(jì) 28 集模塊的設(shè)計(jì) 29 模 塊的設(shè)計(jì) 31 溫度控制模塊的設(shè)計(jì) 32 塊的設(shè)計(jì) 33 軟件設(shè)計(jì)小結(jié) 34 6 結(jié)束語 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 附 錄 38 附錄 1 系統(tǒng)源程序清單 38 附錄 2 電加熱恒溫箱控制器原理圖 50 附錄 3 電加熱恒溫箱控制器 PCB 圖 51 1 概 述 課題研究背景 對(duì)的測量及控制始終占據(jù)著重要的地位市場上常見的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式不同的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。 2℃）； 定時(shí)時(shí)間： 0~24 小時(shí)范圍內(nèi)靈活定時(shí)或長期定時(shí)； 顯示：采用 4 位 LED 七段碼顯示恒溫箱內(nèi)溫度和定時(shí)時(shí)間； 提示功能：定時(shí)時(shí)間到，進(jìn)行聲音提示。 使用 P89V51RD2 單片機(jī)，完全可以拋開仿真器和編程器，簡化了設(shè)計(jì)，所以本次設(shè)計(jì)采用方案二。 如果使用 LCD 顯示在經(jīng)濟(jì)上不能降低成本，編程也比較繁瑣，反而顯得不合理。另外，熱電阻又有鉑電阻、銅電阻、鐵電阻和鎳電阻等，各有其特點(diǎn)，由于鉑電阻穩(wěn)定性好，性能可靠，本設(shè)計(jì)選用了常用的鉑電阻 Pt100 作為溫度傳感器 6577 作為傳感器 6577 作為溫度傳感芯片這是一種將溫度轉(zhuǎn)換為均衡頻 率方波的傳感器 溫度→頻率 其主要特點(diǎn)如下方波輸出無需 A/D 轉(zhuǎn)換與單片機(jī)計(jì)數(shù)端直接相連。― 1280KHZ 之間。比例作用是調(diào)節(jié)器輸出變化量與輸入變化量成比例的一種控制作 用，被控量一旦出現(xiàn)偏差，比例控制作用將使其朝著減少偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的任何其他對(duì)象，這增加了在密集、多層設(shè)計(jì)環(huán)境中的編輯速度。 8K，而且都比較簡單。在應(yīng)用時(shí)為了保證正常起振，振蕩器的位置要最接近單片機(jī)，且連線要最短。實(shí)際電路調(diào)整中，已經(jīng)確定 R6,置傳感器于 25℃環(huán)境，調(diào)整 Rw2,使 VOUT 0V；置傳感器于 35℃環(huán)境，調(diào)節(jié) Rw6，使 VOUT 5V；使完成前向模擬通道的調(diào)整。數(shù)據(jù)字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 LED 段 DP g f e d c b a . 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)鍵盤共由二個(gè)按鍵，一端接地，另一端分別接在單片機(jī)的 、 端口，電路如圖所示。 圖 310 報(bào)警電路 措施的設(shè)計(jì) 所謂抗干擾，就是針對(duì)干擾的產(chǎn)生 、性質(zhì)、傳播途徑、入侵的位置和入侵的形式，采用適當(dāng)消除干擾源抑制耦合通道，減弱電路對(duì)干擾的敏感性。隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段――傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。 式（ 7）表示第次輸出的增量，它等于第次與第次調(diào)節(jié)器的輸出和差值，即在第次的基礎(chǔ)上增加（或減少）的量，所以式（ 7）叫做增量型 PID 控制算式。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采集到的實(shí)際溫度值，再與設(shè)定溫度值，上次偏差值一起進(jìn)行 PID 計(jì)算，計(jì)算出加熱時(shí)間，通過加熱時(shí)間的大小來控制繼電器的通斷。設(shè)定溫度或時(shí)間時(shí)，程序會(huì)根據(jù)情況，使溫度和時(shí)間要求的范圍之內(nèi)圖 55 鍵掃描程序流程圖 溫度控制模塊的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)利用位置式 PID 算法，將溫度傳感器采樣輸入作為當(dāng)前輸入，然后與設(shè)定值相減得到偏差 ek，再對(duì)之進(jìn)行 PID 運(yùn)算產(chǎn)生輸出結(jié)果 fout，再讓 fout控制繼電器的通斷時(shí)間，進(jìn)而控制加熱器的平均功率。由于本人理論水平的有限和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 的缺乏，在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中必然存在一定的缺點(diǎn)和不足，不一定能像預(yù)期般實(shí)現(xiàn)以下指定要求： 對(duì)檢測，并按工藝要求控制最高加熱溫度； 在階段，； 采用恒值控制； 顯示檢測溫度值。 static unsigned char Temp_Value。 for i 0。i++ //進(jìn)行 10 次采樣 AD_Value[i] ADC0809_Sample 。 // 積分 DErr Err LastErr。 shiwei Value/10。 Flag_HWTime 1。 //顯示十位數(shù)字 LED_1 0。 //除以 8 求平均 Temp_Value Tab_VtoT[AD_Value[10]]。 unsigned int SUM 0。 // 上次偏差 int SumErr。 sbit Heater P3^7。 雖然在這次設(shè)計(jì)中遇到了種 種困難和問題，但在老師和同學(xué)的悉心指導(dǎo)下，最終把所有問題都迎刃而解，最終圓滿的完成了設(shè)計(jì)。鍵盤與 單片機(jī)的接口有查詢方式和中斷方式，查詢方式比較簡單、可靠性比較高但是效率低；而中斷方式則效率比較高、系統(tǒng)資源占用較少、同時(shí)可以保證實(shí)時(shí)性的要求。設(shè) T0 為定時(shí)方式 1，定時(shí)的時(shí)間間隔為 100ms，時(shí)鐘頻率選 6MHz。 根據(jù)遞推原理，可寫出次的 PID 輸出表達(dá)式： （ 5） 用式（ 4）減去式（ 5），可得： （ 6） 式中 ― 積分系數(shù)； ― 微分系數(shù)。 在完成了原理圖的設(shè)計(jì)后，開始進(jìn)行 PCB 圖的繪制。 圖 39 溫控電路圖 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 本文中所設(shè)計(jì)的報(bào)警電路較為簡單 ,蜂鳴器報(bào)警電路由晶體管和蜂鳴器組成。時(shí)間過短，數(shù)碼管來不及點(diǎn)亮；時(shí)間過長，其他數(shù)碼管將熄滅、不能顯示。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機(jī)、咖啡機(jī)，烘干機(jī)以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。 P89V51RD2 的操作頻率為 0～ 40MHz，如前面所述，這里使用市場上常見的12MHz 的晶振。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大 的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分結(jié)合在一起。 Designer 以強(qiáng)大 的設(shè)計(jì)輸入功能為特點(diǎn)，在 FPGA 和板級(jí)設(shè)計(jì)中，同時(shí)支持原理圖輸入和 HDL 硬件描述輸入模式；同時(shí)支持基于 VHDL 的設(shè)計(jì)仿真，混合信號(hào)電路仿真、布局前 /后信號(hào)完整性分析 .Altium Designer 的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動(dòng)模式，并且在 PCB 布線中采用了無網(wǎng)格的 SitusTM 拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線功能；同時(shí)，將完整的 CAM 輸出功能的編輯結(jié)合在一起。 ,具有模糊邏輯“概念”的抽象能力和非線性處理能力 ,且對(duì)過程參數(shù)的變化不敏感 ,是模糊數(shù)學(xué)同控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物 IBM 公司的大林于 1968 年針對(duì)生產(chǎn)過程中含純滯后的控制對(duì)象的控制算法，該算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字控制器 ,使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為帶有原純滯 后時(shí)間的一階慣性環(huán)節(jié) ,而本設(shè)計(jì)并非純滯后時(shí)間的一階慣性環(huán)節(jié)。 根據(jù)環(huán)境條件選擇 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求，如工作溫度、功耗、可靠性等級(jí)性能。熱電阻在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于測量