【文章內(nèi)容簡介】 , B級別的 PT100精度能達到 %，其市場價是每個 20元左右。 方案二：采用 DS18B20溫度傳感器 DS18B20數(shù)字溫度傳感器是單總線器件，線路簡單，體積小，耐磨耐碰，接線方便，能直接輸出數(shù)字信號，無須 A/D轉(zhuǎn)換。使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)師范學院學院本科畢業(yè)論文 5 字測溫和控制領(lǐng)域。其測量范圍在 50℃ +125℃，在 10℃至 +85℃范圍內(nèi)精度為177。 ℃，當電源電壓在 5— 10V之間，穩(wěn)定度為 1﹪。其市場價大約在 56元之間。 比較方案一與方案二： 綜上所述， DS18B20具有體積小、使用方便、精密度高、全數(shù)字化、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。各方面特性都滿足 設(shè)計要求， 且價格低， 電路連線簡單 ，故選擇方案二。 方案一： 繼電器控制 由單片機 輸出 高低電平控制電加熱的繼電器來控制火線。輸出高電平時，三極管不導通使得 繼電器 中 無 電流 ， 所以 電 加熱器不工作。 輸出低電平時使得三極管導通，有較大電流通過繼電器，使電加熱器得以正常工作。 方案二： 光耦（具有過零比較功能） + 可控硅 采用單片機為核心器件，結(jié)合 PID算法計算 實時 PWM脈沖的輸出參數(shù)， 再由 產(chǎn)生的 PWM波來決定 雙向可控硅的 通斷 ， 進而控制 電熱絲來實現(xiàn) 對 溫度 的 控制。 用單片機并結(jié)合 PID算法對溫度進行 控制， 大大減少了 溫度的抖動， 使溫度處于相對穩(wěn)定 值 ，也 減少了雙向可控硅道通次數(shù) ，打破了頻繁通斷繼電器的傳統(tǒng)溫度控制方式 。 比較方案一與方案二，方案一雖然電路簡單，容易 控制 ，但 控制器所 要求溫度波動 為 177?！?，無法滿足， 而且頻繁的 接通和斷開 繼電器 會產(chǎn)生較大的噪音，甚至 損壞 器件 。故選擇方案二。 方案一：數(shù)碼管顯示 在單片機的應(yīng)用中，數(shù)碼管顯示器常采用兩種 顯示 方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描。在顯示位數(shù)較多時單片機中 I/O 口的開銷很大，需要提供的 I/O 接口電路也較復雜，功耗比較大，掃描消耗資源比較多，占用 CPU的時間多，反應(yīng)不靈敏。 方案二 :LCD1602液晶顯示 LCD1602液晶是 字符型液晶顯示，是一種專門用于顯示數(shù)字 、字母 、符號等點陣式 LCD，常用 的有 16*1， 16*2， 20*2和 40*2等。具有 顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，體積小，重量輕功耗低等優(yōu)點。與數(shù)碼管相比， 開銷小，需要提供的 I/O 接口電路也較簡單，功耗低，反應(yīng)靈敏。 比較方案一與方案二，應(yīng)選擇方案二。 STC89C52單片機 最小系統(tǒng) STC89C52單片機簡介 本設(shè)計采用 STC89C52單片機為核心處理器 [7]。 STC89C52是一種低功耗、高性能 的 8位微控制器 。 具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗師范學院學院本科畢業(yè)論文 6 定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種 軟件 可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作 。 掉電保護方式下能保存 RAM的 內(nèi)容， 此時 單片機 停止 一切工作， 等到 下一個中斷或硬件復位 再工作 。 最高運作頻率 35Mhz， 6T/12T可選。 STC89C52單片機引腳圖如圖 22所示。 圖 22 STC89C52 單片機引腳圖 單片機復位電路 如圖 23所示為單片機復位電路。 復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把 PC初始化為 0000H，使單片機從 0000H單元開始執(zhí)行程序，不僅能使系統(tǒng)正常初始化，而且在程序運行出錯或操作錯誤時，也可以按復位鍵重新啟動系統(tǒng)，防止 CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，來可以提高電磁兼容性能。復位電路可分為上電復位與按鍵復位。 S1K E Y 1 R41KV C CC122 uFR S TR21K 圖 23單片機復位電路 師范學院學院本科畢業(yè)論文 7 單片機時鐘電路 如圖 24所示為單片機時鐘電路。 STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器 ，可驅(qū)動晶振振蕩從而產(chǎn)生單片機工作所需的時序 。時鐘有內(nèi)部 產(chǎn)生 方式和外部產(chǎn)生方式 。 如圖 24為外部時鐘產(chǎn)生方式，即 采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率 為 0到 40MHz之間，電容值 為 5到 30pF之間 ，電容值可 對頻率 作 微 小 調(diào) 節(jié)。 12Y112 MC2Ca p30 pFC3Ca p30 pFX T 1X T 2 圖 24 單片機時鐘電路 控制器 I/O口 分配 根據(jù)控制器要求設(shè)計控制器硬件電路，在硬件設(shè)計中，對單片機的 I/O口 [8]進行分配，分配方案具體如下： ― LCD1602的數(shù)據(jù)口輸出端 ； － LCD1602的 RS， RW， EN 輸出端 ； ； PWM脈沖輸出端 ； － ； ； “ +”鍵的輸入端 ； “ ”鍵的輸入 端 ； － 、數(shù)據(jù)、復位輸入端 。 接口 電路 控制器 共 設(shè)置 5個按鍵， 其中 3個功能按鍵， 用來設(shè)置 溫度和時間 ，如下圖 25所示 。其中 設(shè)置鍵 S2，接單片機的 腳 判斷是否需要對溫度與時間進行設(shè)置 ， 當按 第一次時設(shè)置時間秒，按第二次時設(shè)置時間分，按第三次時設(shè)置時間小時 ，當按第四次時系統(tǒng)功能為設(shè)置目標溫度值。 加鍵 S4，用于 向上調(diào)整參數(shù)，每按一次加 1；減鍵 S5，用于 向下調(diào)整參數(shù)，每按一次減 1。當參數(shù)全部修改完畢后，再次按設(shè)置 鍵：用于完成設(shè)置并退出。 師范學院學院本科畢業(yè)論文 8 S4加S2 設(shè)置S5減P 1 .0P 1 .1P 1 .2 圖 25 鍵盤 接口 電路 圖 顯示電路 LCD1602概述 字符型液晶顯示是一種用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2，20*2和 40*2行等的模塊。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件， 有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。 控制器采用 16*2液晶顯示模塊 LCD1602，其 實物如下圖 26所示 : 圖 26 1602字符型 LCD實物圖 LCD1602引腳功能 1602LCD采用標準的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下 : 第 1腳： VSS為地電源。 第 2腳： VDD接 5V正電源。 第 3腳： VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最 強 ，使用時可以 接 10K的電位器 來進行 調(diào)整。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5腳 ： R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低 電平時進行寫操作。當 RS和 R/W都為 低電平時 ，可 寫入指令或者顯示地址， 都為 高電平時 則可 讀忙信號，當 RS為高電平 R/W為低電平時可 寫入數(shù)據(jù) 。 第 6腳： E端 是 使能端， 低電平時 執(zhí)行命令。 第 7～ 14腳： D0到 D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 師范學院學院本科畢業(yè)論文 9 第 15腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負極。 單片機與 LCD1602接口電路 [9]如圖２ 7所示，可調(diào)電阻用于設(shè)計對比度，背光常亮，LCD1602數(shù)據(jù)線與單片機的 P0相連。 P P P V S S1V C C2VL3RS4WR5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714V C C15GND16U2L C D 160 2V C CR510KV C CP P P P P P P P 圖 27 LCD1602接口電路 指示燈 與 報警電路 控制器采用發(fā)光二極管作為狀態(tài)指示、采用發(fā)光二 極管與蜂鳴器作為報警器。 報警 器采用三極管控制，蜂鳴器與發(fā)光二極管接 三極管的集電極，另一端接正 5伏 。 并且通過 口控制報警電路，當溫度超標時 口輸出 低 電平報警，不報警時將 高 電平。電路圖如 圖 28所示 ： Q185 50D4紅燈報警R81KL S 1R747 0V C CP D2黃燈D3綠燈R147 0R647 0V C CP P 圖 28指示燈、報警電路 控制器采用三個發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)，Ｄ 2黃燈表示恒溫保持定時倒計時；綠燈表師范學院學院本科畢業(yè)論文 10 示控制器 正在 控制 加熱 ；紅燈表示 恒溫時間到，停止工作 。 溫度采集電路 DS18B20簡介 DS18B20[10]是 DALLAS公司最新推出的單線數(shù)字溫度傳感器，新 的 “ 一線器件 ” 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟， 能夠 通過簡單的編程， 直接 讀取 被測溫度 。 DS18B20可以程序設(shè)定 912位的分辨率，精度為 177。176。C 。 而且讀取信息 僅需要一根口線 , 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線 , 因 總線本身也可供電 而 無需額外電源。 所以 使用 DS18B20溫度傳感器 使系統(tǒng)簡單化 ,可靠性良好，也比較節(jié)約成本 。測量溫度范圍為～ 55℃ ～ +125℃ 。 C，在一 10℃ ～+85℃ 。 C范圍內(nèi)，精度為177。 ℃ 。 DS1822的精度較差為177。 2℃ 。溫度 是以“一線總線”的數(shù)字方式進行傳輸，增強了系統(tǒng)的抗干擾能力，也便于 處理 。 DS18B20有三個引腳，１和３腳為電源引腳，２腳為數(shù)據(jù)引腳。 DS18B20測溫原理 如圖 29所示為 DS18B20測溫原理圖。 DS18B20的測溫原理 [11]為： 低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響小， 把 產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送 到 計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振 的震蕩頻率受溫度影響大 ，所產(chǎn)生的 脈沖 信號 送至 計數(shù)器 2。 計數(shù)器 1和溫度寄存器預置一個 55℃時的基數(shù)值。計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計算，當計數(shù)器 1的預置值減到 0時，溫度寄存器的值加 1，重新裝入計數(shù)器 1的預置值，計數(shù)器 1重新計數(shù)，當計數(shù)器 2 計數(shù)到 0時，溫度寄存器值停止累加，這時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度。 斜率累加器 用來補償感溫振蕩器的非線性 。 在正常使用時， DS18B20的測溫分辨率為 ℃，若 要 提高 精度 ，可采取 直接讀取 DS18B20內(nèi)部 暫存寄存器的 方式 ，將分辨率提高到 ～℃。 圖 29 DS18B20測溫原理圖 DS18B20與單片機接口電路 電路采用溫度傳感器 DS18B20，可直接輸出數(shù)字量，單線器件和單片機的接口只需一根師范學院學院本科畢業(yè)論文 11 信號線。能達到 ，使用讀取溫度暫存寄存器 的方法能達到 精度。 DSl8B20的引腳 DQ連接 ,作為單一數(shù)據(jù)線 ，并且接 ，連接電路圖如圖 210所示。 123J1D S 1 8 B 2 0R94 K 7V C CP 2 . 7 圖 210 DS18B20 與單片機的接口電路 溫度控制電路 PWM波控制 一般的 加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性， 溫度難以精確控制，無法滿足市場需求， 本 控制器采用 PWM波控制，當 系統(tǒng)輸出高電平時，雙向可控硅道通，電熱絲通電 開始加熱； 輸出低電平時，雙向可控硅截 止，電熱絲斷電 ，停止加熱 。 脈沖寬度 T1與周期 T的比值為ρ（占空比），他反映了系統(tǒng)的輸出控制量，我們實質(zhì)控制的就是這量，從而控制加熱器加熱時間，達到對溫度的控制。 當環(huán)境溫度下降時 , 輸出信號增大 ,輸出脈寬增大 , 電熱絲加熱時間增長，環(huán)境溫度上升。反之 , 當環(huán)境溫度上升時 ,輸出減少 ,輸出脈寬減少 , 電熱絲加熱時間減少，環(huán)境溫度下降。溫控過程中功率電路輸出的脈沖電流方波寬度始終受溫度差信號的調(diào)節(jié)控制原理如圖211所示。 圖 211 PWM 控制原理圖 師范學院學院本科畢業(yè)論文 12 電路圖 本溫度控制 器 采用 對加熱器 PWM控制 [12]， 以過到對溫度的控制。 通過溫度 傳感器測得的實際溫度 并 與設(shè)定溫度值進行比較， 計算溫度差，通過 PID算法，計算加熱時間，即 改變給定控制周期內(nèi)加熱管的導通和關(guān)斷時間，達到調(diào)節(jié)溫度的目的。 當單片機的 ， MOC3043輸出端的雙向可控硅導通， 此時對向可控硅 BTA12600導通， 加熱管通電加熱；當 ， MOC3062輸出短的雙向可控硅關(guān)斷， 對向可控硅 BTA12600截止， 加熱管斷電 ，不加熱 。 控制電路如圖 212所示。 光電耦合器的光敏三極管可以通過的電流可以觸發(fā) 5A的雙向可控硅，在這之中不需要功放環(huán)節(jié)。當