【正文】 人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。而且，為了方便進(jìn)行工藝的研究，需要能保存溫度數(shù)據(jù)。非接觸式測溫是通過對輻射能量的檢測基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 來實(shí)現(xiàn)溫度測量的方法，其優(yōu)點(diǎn)是：不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運(yùn)動溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。前者稱為模擬 PID調(diào)節(jié)器，后者稱為數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器。 模擬控制電路的各控制環(huán)節(jié)一般由運(yùn)算放大器、電壓比較器、模擬集成電路及電容、電阻等外圍元器件組成。此外，在選取外圍擴(kuò)展芯片時(shí)，本著節(jié)約成本的原則，盡量選取典型的、易于擴(kuò)展和替換的芯片及器件。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2 PC 機(jī) 鍵盤 顯示器 RS232 單片機(jī) 驅(qū)動 SSR 電阻爐 DS18B20 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 ② P1 端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口， P1 口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL 輸入。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使其單片機(jī)復(fù)位。為了確保單片機(jī)從地址為 0000H～ FFFFH 的外部程序存儲器中讀取代碼，故要把 EA 接到 GND 端，即地端。 10uF。176。 DS18B20 可用傳統(tǒng)方式供電 [6]，將外部電源連在 VDD 腳上，其工作電壓范圍為 ～， 也可以用數(shù)據(jù) 線供電，稱為寄生供電模式，電源由總線為高電平時(shí) DQ 腳上的上拉電阻提供，此時(shí) VDD 腳必須接地。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。表 27是 對應(yīng)的一部分溫度值。 輸出通道設(shè)計(jì) （ 1） 電阻爐的功率調(diào)節(jié)方式 電阻爐的溫度控制是通過調(diào)節(jié)電阻爐的輸入電功率來實(shí)現(xiàn)的。它在通、斷時(shí)沒有火花和電弧，有利于防爆，干擾?。ㄌ貏e對微弱信號回路）。通信使用 3 根線完成：（ 1）地線，（ 2）發(fā)送，（ 3）接收。擴(kuò)展的 ASCII 碼是 0～ 255（ 8 位）。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步 。 串行口的接收與否受制于允許接收位 REN 的狀態(tài)，當(dāng) REN 被軟件置“ 1”后，允許接收器接收。波特率可變，根據(jù)定時(shí)器 1的溢出率計(jì)算。 C 。它既適用于沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者學(xué)習(xí)，也適合于開發(fā)各種復(fù)雜的底層應(yīng)用程序。二極管、三極管也是根據(jù)其特性用萬用表的歐姆檔測量即可。 在有溫度改變時(shí) （例如用手去接觸），顯示溫度能改變就基本完成本設(shè)計(jì)。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 29 參考文獻(xiàn) [1] 童詩白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M](第三版 ).北京：高等教育出版社， 20xx [2] 毛義敏 .一種 PID 參數(shù)模糊自整定控制器的設(shè)計(jì)與仿真 [J].自動化與儀表，20xx,16(3):3638 [3] AT89系列單片機(jī)技術(shù)手冊 [S].北京 :北京威立電子技術(shù)有限公司 .1423 [4] 樓然苗 ,李光飛 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PSEN 的 2次激活會被跳過。在對 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P3口還接收一些控制信號。當(dāng)對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P0 可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)總線，在該模式，P0 口擁有內(nèi)部上拉電阻。片上 Flash 允許 程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也 各有所長。 針對上述不足，本文以探索新的 PID 自整定方法為目的，設(shè)計(jì) 和開發(fā)一種新型電阻爐智能溫度控制儀，以簡化控制電路，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。由于 PID 調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差，誤差變化及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫法。 溫度 測控技術(shù)包括溫度測量技術(shù)和溫度控制技術(shù)兩個(gè)方面。 首先，控溫度精度要高 。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 本設(shè)計(jì)充分利用 PC 機(jī) 軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和友好的人機(jī)界面 ,對溫度進(jìn)行 實(shí)時(shí)曲線顯示 。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動制冷裝置；若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。一些廠家根據(jù)系統(tǒng)功能的復(fù)雜程度，將這種 Soc 芯片應(yīng)用到先進(jìn)的控制儀表中。 (三 ) 實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)式控制 ， 消除機(jī)械噪聲； (四 ) 改進(jìn)控制方法，控制精度達(dá)到177。 I/O 口 AT89S52 共有四個(gè) 8位的并行 I/O 口： P0、 P P P3 端口，對應(yīng)的引腳分別是 ～ ， ～ ， ～ ， ～ ，共 32 根 I/O 線。在對 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2 口也接收高位地址或一些控制信號。在需要時(shí)，可以把地址 8EH 中的 SFR 寄存器的 0 位置為“ 1”，從而屏蔽 ALE 的工作；而只有在 MOVX 或 MOVC 指令執(zhí)行時(shí) ALE 才被激活。系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位，上電瞬間電容器上的電壓不能突變， RST 上的電壓是 Vcc 上的電壓與電容器上的電壓之差，因而 RST 上的電壓與 Vcc 上的電壓相同。此器件具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。C 。 （ 9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù) 據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。通斷控制的輸出波形仍為正弦波，其優(yōu)點(diǎn) 是，不會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染和干擾其它用電設(shè)備，而且電爐的功率愈大，優(yōu)點(diǎn)愈突出。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對電網(wǎng)的污染。通常電話線的波特率為 14400， 28800 和 36600。 d，奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡單的檢錯(cuò)方式。 RS232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動器負(fù)載為 3～ 7k217。 TMOD 設(shè)置定時(shí)器 1 的工作方式，用來產(chǎn)生波特率 如果用到中斷，則還需要用到中斷相關(guān)的寄存器 IE,IP 等 三、四種工作方式： 方式 0： 同步移位寄存器方式，其波特率是固定為振蕩頻率 fosc 的 1/12。 C~+125176。 主體程序是圍繞 PID運(yùn)算和 PWM 調(diào)功 [11]輸出來進(jìn)行的，其中比例增益、積分增益、微分增益為節(jié)約機(jī)時(shí)從而不須經(jīng)常運(yùn)算，只需在有沒定 參數(shù)改動時(shí)才進(jìn)行運(yùn)算。 完成后的界面如圖 33 所示 圖 33 單片機(jī)與 PC 的溫度控制系統(tǒng)的 VB 界面 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 27 第四章 系統(tǒng)調(diào) 試 硬件調(diào)試首先檢查電路的焊接是否正確，然后 可 用萬用表測試或通電檢測。 在本設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要是檢測單片機(jī)部分與外部輸入、輸出電路是否接對。 本系統(tǒng)對現(xiàn)代化的發(fā)展具有十分重要的意義： 首先，節(jié)省了能源，特別是最近幾年，我國東部沿海地區(qū)電力資源缺口十分巨大，可以緩解部分電力資源壓力。利用 C語言編制 ,運(yùn)行程序該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是 : 1)適用性強(qiáng)， 利用 VB友好的人機(jī)界面， 用戶只需對界面參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并啟動系統(tǒng)正常運(yùn)行便可滿足不 同用戶水溫的要求，實(shí)現(xiàn)對水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 （ 5）提供了 IntelliSense 技術(shù)。系統(tǒng)擴(kuò)展和 配置在滿足功能要求的基礎(chǔ)上留有適當(dāng)裕量，以利于擴(kuò)充和修改。 圖 211 使用 MAX232 串口通信電路圖（ 9 孔串口接頭） 電源電路 本設(shè)計(jì)的供電電路主要變壓器、整流橋、濾波電路和 78L05 芯片組成。兩個(gè)緩沖器只用一個(gè)字節(jié)地址 99H，可通過指令對 SBUF 的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對 發(fā)送緩沖器的操作。典型的 RS232信號在正負(fù)電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在 +5～ +15V，負(fù)電平在 5～ 15V電平。典型的值為 1， 和 2位。它表示每秒鐘傳送的 bit 的個(gè)數(shù)。從整體上看， SSR 只有兩個(gè)輸入端 (A 和 B)及兩個(gè)輸出端 (C 和 D)，是一種四端器件。兩者的電壓波形比較如圖 27 所示。在使用 PL/M、 C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對 DS18B20 操作部分最好采用 C語言實(shí)現(xiàn)。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20 的目的。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) （ 5） 測 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177?，F(xiàn)場溫度直接以 一線總線 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 （ 3） EA接高電平，選用片內(nèi)程序存儲器。 振蕩器的反相放大器輸出。在存取外部存儲器時(shí)，這個(gè)輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。 表 21 P1 口管腳復(fù)用功能 端口引腳 復(fù)用功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)算器 2的外部輸入端） T2EX（定時(shí)器 /計(jì)算器 2的外部觸發(fā)端和雙向控制） MOSI（用于在線編程） MISO（用于在線編程） SCK（用于在線編程） ③ P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 端口， P2 口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL 輸入。 功能強(qiáng)大的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案 ?；谏鲜銮樾危绻軐⒔频臄?shù)學(xué)模型與實(shí)際情況結(jié)合起來，這樣的控制方式往往要比經(jīng)典控制方法精確得多，這就意味著 PID 參數(shù)能夠在線調(diào)整，以適應(yīng)改變了的模型。 單片機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。 （ 3） 智能溫度控制法 為了克服 PID 線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動調(diào)整 PI 參數(shù)的方法，基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 如 PID 參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等?？刂凭纫蕾囉谠囼?yàn)者的調(diào)節(jié)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制具有控制方便、簡單和靈活性大 、精度高 等優(yōu)點(diǎn) 。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 （ 2） 國內(nèi)外發(fā)展情況 目前，我國電阻爐控制設(shè)備的現(xiàn)狀時(shí) 是 小部分比較先進(jìn)的設(shè)備和大部分比較落后的設(shè)備并存。因此，