【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 比較，做出相應(yīng)的控制，開(kāi)啟加熱器。當(dāng)用戶(hù)需要比實(shí)時(shí)溫度低的溫度時(shí)，此電路可以利用風(fēng)扇降溫。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各種狀態(tài)參量均可由數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。 系統(tǒng)各功能模塊電路設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)AT89S52單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片,有四個(gè)I/O口（P0、PP2 、P3），AT89S52單片機(jī)共有4個(gè)8位的 I/O口（P0、P1 、P2 、P3），每一條I/O線都能獨(dú)立地作為輸出或輸入。單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路原理圖如圖32所示，18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，基于單片機(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)10XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及開(kāi)關(guān)后能夠形成上電復(fù)位電路。圖 32 最小系統(tǒng)電路原理圖11 溫度采集電路的設(shè)計(jì)溫度采集電路模塊如圖33所示。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其中DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD 為外接供電電源輸入端。圖 33 溫度采集電路原理圖DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB 形式表達(dá)，其中S 為符號(hào)位。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取。 鍵盤(pán)和顯示的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)采用行列式和外部中斷相結(jié)合的方法，圖34中各按鍵的功能定義如下表1。其中設(shè)置鍵與單片機(jī)的INT0 腳相連,S0 SYES、NO用四行三列接單片機(jī)P0 口，REST 鍵為硬件復(fù)位鍵，與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。鍵盤(pán)模塊電路如圖 34所示。表 31：按鍵功能按鍵 鍵名 功能REST 復(fù)位鍵 使系統(tǒng)復(fù)位RET 設(shè)置鍵 使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)S0——S9 數(shù)字鍵 設(shè)置用戶(hù)需要的溫度YES 確認(rèn)鍵 用戶(hù)設(shè)定目標(biāo)溫度后進(jìn)行確認(rèn)NO 清除鍵 用戶(hù)設(shè)定溫度錯(cuò)誤或按了 YES 鍵后使用基于單片機(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)12圖34 鍵盤(pán)接口電路原理圖顯示采用4位共陽(yáng)LED 顯示方式 ,顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)后兩位。用P2口作為段控碼輸出，并用74ALS244作驅(qū)動(dòng)。— 輸出，用PNP型三極管做驅(qū)動(dòng)。模塊電路如圖 35所示。圖 35 顯示接口電路原理圖 加熱控制電路的設(shè)計(jì)用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，被控對(duì)象為電熱杯，其功率為400W，采用對(duì)加在電熱杯兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。對(duì)電爐絲通斷的控制采用SSR40DA固態(tài)繼電器。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端TTL 電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)完全可以用NPN 型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)的 點(diǎn)平時(shí)，三極管驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器工作接通加熱器工作，固態(tài)繼電器關(guān)斷，加熱器不工作?？刂齐娐穲D如圖36所示。13圖 36 加熱控制電路原理圖 報(bào)警及指示燈電路的設(shè)計(jì)當(dāng)設(shè)定的目標(biāo)溫度達(dá)到時(shí)需用聲音的形式提醒用戶(hù)，此時(shí)蜂鳴器為三聲斷續(xù)的滴答滴答的叫聲。系統(tǒng)中我們?cè)O(shè)計(jì)了越限報(bào)警，當(dāng)溫度低于設(shè)置的目標(biāo)溫度10度或高于10度時(shí)蜂鳴器為連續(xù)不斷的滴答滴答叫聲。，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作發(fā)出報(bào)警聲。，蜂鳴器不工作。D1為電熱杯加熱指示燈，；D0為檢測(cè)到 DS18B20的指示，高電平有效；D10為降溫指示燈，低電平有效。報(bào)警及指示燈電路如圖37所示。圖 37 報(bào)警及指示燈電路原理圖基于單片機(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)14 時(shí)鐘電路及外部復(fù)位電路單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳 ，輸出端為引腳 。而在芯片外部 和 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體震蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快，但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用震蕩頻率為12MHz 的石英晶體。震蕩電路產(chǎn)生的震蕩脈沖并不直接是使用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用，震蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后才作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，振蕩器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)，以避免干擾。需要注意的是：電路板時(shí)，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機(jī)靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作電路圖如圖38所示。圖38 時(shí)鐘電路原理圖單片機(jī)的復(fù)位電路分上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。A. 上電復(fù)位：在加電之后通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的初始化電路原理圖。RST上的電壓必須保證在斯密特觸發(fā)器的閥值電壓以上足夠長(zhǎng)時(shí)間，滿(mǎn)足復(fù)位操作的要求。B. 按鍵復(fù)位：程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效。按鍵復(fù)位又分按鍵脈沖復(fù)位（圖39）和按鍵電平復(fù)位。電平復(fù)位將復(fù)位端通過(guò)電阻與Vcc相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用RC 分電路產(chǎn)生正脈沖來(lái)達(dá)到復(fù)位的。C. 注意：因?yàn)榘存I脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來(lái)達(dá)到復(fù)位的。所以電平復(fù)位要將復(fù)位端通過(guò)電阻與Vcc 、C的值選擇不當(dāng)，使復(fù)位時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，單片機(jī)將處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。故本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。15圖 39 外部復(fù)位電路原理圖 電源電路控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖 310所示，把頻率為50Hz、有效值為 220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng) 過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來(lái)起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會(huì)影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。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。電路使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805解決了電源穩(wěn)壓?jiǎn)栴}?；趩纹瑱C(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)16圖 310 電源部分連線原理圖 原理圖的設(shè)計(jì)A. 使用Protel進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)原理圖，步驟如圖311所示。17開(kāi)始添加元件庫(kù) A d d /R e m o v e L i b r a r y調(diào)出元件 F i n d P l a c e元件布局連線設(shè)置元件屬性結(jié)束新建原理圖 N e w S C H存盤(pán) S a v e圖 311 protel 設(shè)計(jì)的流程圖B. 在完成原理圖的基礎(chǔ)上生成PCB，其步驟如圖312所示?；趩纹瑱C(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)18開(kāi)始結(jié)束規(guī)劃電路板添加元件庫(kù)A d d / R e m o v e更新 P C B元件布局走線設(shè)置絲印字新建印制板圖 N e w P C B存盤(pán) S a v e圖 312 制作 PCB 板的流程194．軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、溫度采集模塊、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊、中斷模塊和運(yùn)算控制模塊。. 主程序模塊主程序主要完成加熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和實(shí)現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實(shí)際測(cè)量中各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)在無(wú)外部中斷申請(qǐng)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)循環(huán)對(duì)外部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷0，以便能對(duì)數(shù)字按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。主程序流程圖如圖41所示。開(kāi)始系統(tǒng)初始化讀取溫度溫度顯示調(diào)比較程序是否有鍵按下 ？ 按鍵處理報(bào)警越限 ？繼電器控制YYNN圖 41 主程序流程圖. 溫度采集模塊溫度測(cè)量通過(guò)DS18B20數(shù)字溫度傳感器測(cè)量將測(cè)得量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量接入AT89S52單片機(jī)中。在通過(guò)與控制溫度比較對(duì)固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。溫度采集流程圖如圖42所示。基于單片機(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)20開(kāi)始D S 1 8 B 2 0 初始化跳過(guò) R O M溫度轉(zhuǎn)換指令延時(shí)等待D S 1 8 B 2 0 初始化匹配 R O M讀出溫度指令讀出溫度值結(jié)束圖 42 溫度采集流程圖 鍵盤(pán)模塊系統(tǒng)設(shè)置了14鍵的鍵盤(pán)用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)直接設(shè)置和查詢(xún)考勤機(jī)的相關(guān)參數(shù)。14個(gè)按鍵分為4排，在 P1口高4位和低4位的邏輯控制下輪流掃描。對(duì)應(yīng)代表 0～9 十個(gè)數(shù)字鍵及“Set”等4 個(gè)功能鍵。鍵盤(pán)掃描流程圖如圖43所示。21 開(kāi)始返回鍵盤(pán)掃描建立有效標(biāo)志計(jì)算鍵值建立無(wú)效標(biāo)志掃描鍵盤(pán)延時(shí)去鍵抖動(dòng)有鍵閉合 ？找到閉合鍵 ？閉合鍵釋放 ？NYYYNN圖 43 鍵盤(pán)掃描流程圖 顯示模塊4位LED數(shù)碼管顯示，采用的是動(dòng)態(tài)掃描，其中不同位顯示時(shí)間間隔可以通過(guò)調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長(zhǎng)短來(lái)完成。數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔也能確定數(shù)碼管顯示時(shí)的亮度，若顯示的時(shí)間間隔長(zhǎng)，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將亮些。若顯示時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)顯示時(shí)間間隔時(shí)要考慮到數(shù)碼管的亮度和不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，其流程圖如圖44所示?；趩纹瑱C(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)22開(kāi)始置七段碼首地址調(diào)延時(shí) 1 u s 子程序?qū)⑵叨未a送顯示端口送位掃描信號(hào)四個(gè)端口的數(shù)據(jù)全送完否 ？四位掃描完否 ？置下一組七段碼起始位置YNYN圖 44 顯示流程圖 中斷模塊圖45為中斷子程序流程圖，程序執(zhí)行過(guò)程中，允許外部或內(nèi)部事件通過(guò)硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向?yàn)樘幚硗獠炕騼?nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)程序后，CPU繼續(xù)原來(lái)被打斷的程序，這個(gè)主要是為了保障整個(gè)軟件程序在運(yùn)行時(shí)可以達(dá)到中斷從而使系統(tǒng)進(jìn)一步達(dá)到完善。23開(kāi)始中斷保護(hù)寄存器內(nèi)容調(diào)顯示子程序調(diào)鍵處理子程序調(diào)溫度處理子程序返回恢復(fù)寄存器內(nèi)容調(diào)鍵掃描子程序調(diào)比較子程序溫度設(shè)定完 ？YN圖 45 中斷流程圖. 運(yùn)算控制模塊系統(tǒng)為一溫度控制系統(tǒng)，由于無(wú)法確切確定電爐的物理模型，因而無(wú)法建立其數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)。加熱器為一慣性系統(tǒng)，采用模糊控制的方法，通過(guò)多次溫度測(cè)量模糊計(jì)算當(dāng)用戶(hù)設(shè)定目標(biāo)溫度時(shí)需提前關(guān)斷加熱器的溫度，利用加熱器自身的熱慣性使溫度上升到其設(shè)定溫度。每隔5 攝氏度我們進(jìn)行一次溫度測(cè)量，并當(dāng)達(dá)到其溫度時(shí)關(guān)斷加熱器記錄下因加熱器的熱慣性而上升的溫度值。從而可以建立熱慣性的溫度差值表，在程序中利用查表法，查出相應(yīng)設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的關(guān)斷溫度。通過(guò)對(duì)設(shè)置的目標(biāo)溫度與溫控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫度進(jìn)行差值處理就可近似的求出單片機(jī)的提前關(guān)斷溫度。程序流程圖如圖44所示。基于單片機(jī)的電加熱恒溫控制器的設(shè)計(jì)24開(kāi)始設(shè)溫 （ 3 8 H ） ≠ 實(shí)溫 （ 2 9 H 單元 ）？設(shè)溫 ＜ 2 5 度 ？ 設(shè)溫 ＜ 5 0 度 ？ 設(shè)溫 ＜ 8 0 度 ？ 設(shè)溫 ＜ 9 0 度 ？設(shè)溫 實(shí)溫 ＞ 3 ？ 設(shè)溫 實(shí)溫 ＞ 3 ？ 設(shè)溫 實(shí)溫 ＞ 3 ？ 設(shè)溫 實(shí)溫 ＞ 3 ？設(shè)溫 ← 設(shè)溫 2 度設(shè)溫 ← 實(shí)溫 + 1 . 4 度設(shè)溫 ← 實(shí)溫 + 1 度設(shè)溫 ← 設(shè)溫 1 度設(shè)溫 ← 實(shí)溫 + 1 . 2 度設(shè)溫 ← 設(shè)溫 2 度設(shè)溫 ← 實(shí)溫 + 1 . 5 度設(shè)溫 ← 設(shè)溫 2 度返回YYYYYYYYYNN N N NNNNN圖 46 模糊控制算法子程序流程圖25設(shè)計(jì)總結(jié)在剛一拿到這個(gè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，我很茫然，不知道怎么著手去弄，有時(shí)候感覺(jué)自己就快堅(jiān)持不下去了，感覺(jué)很辛苦，還產(chǎn)生了放棄了的念頭，但是我還是堅(jiān)持下來(lái)了，因?yàn)槲抑浪鼘?duì)我來(lái)說(shuō)具有很大的挑戰(zhàn)性，我要去克服我的薄弱環(huán)節(jié)，我選擇了拼搏，后來(lái)就慢慢的進(jìn)入了狀態(tài)，思路也逐漸的清晰了，歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。在感覺(jué)自己做的差不多的時(shí)候，我就將初稿拿給了我的老師，老師對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行了仔細(xì)的研究，一項(xiàng)一項(xiàng)的對(duì)我講解，每一個(gè)部分都講解的很詳細(xì)透徹，對(duì)我提出了寶貴的意見(jiàn)，后來(lái)張老師將初稿修改后及時(shí)反饋給我，看了之后才發(fā)現(xiàn)論文中的論文漏洞很多，老師給了我很好的建議，至此，我發(fā)現(xiàn)，要干好一件事并非那么簡(jiǎn)單，但也不是很難，敷衍了事是萬(wàn)萬(wàn)不可的，對(duì)待任何事情都要認(rèn)真去思考，用思想來(lái)完成任務(wù)。一篇好的畢業(yè)設(shè)計(jì)不是寫(xiě)出來(lái)的，而是修改出來(lái)的，這需要的是耐心，還要用心。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到的問(wèn)題很多，有些是在自己技術(shù)所在范圍之外，每當(dāng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自己的想法或者運(yùn)行不下去的時(shí)候，我就會(huì)出現(xiàn)浮躁的情緒，但是我沒(méi)有放棄，而是適時(shí)地調(diào)節(jié)自己的心態(tài)，在同學(xué)老師的幫助下，完成了初次的設(shè)計(jì)。越是不懂的東西才要去學(xué)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中你會(huì)收獲很多，其中一點(diǎn)就是互相學(xué)習(xí)是最好的學(xué)習(xí)途徑，在學(xué)習(xí)之后你會(huì)感覺(jué)