【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 立式鍵盤，用來(lái)改變單片機(jī)設(shè)定溫度值的上下限，在我的電路中有三個(gè)按鍵，第一個(gè)按鍵用來(lái)控制溫度的增減，第二個(gè)按鍵用來(lái)控制上限的溫度。第三個(gè)按鍵用來(lái)控制下限溫度。這樣制作簡(jiǎn)單實(shí)用溫度增減的單位是10℃，及首先確定是要增加溫度還是降低溫度，按下第一個(gè)鍵。然后確定是要改變上限還是下限的溫度，在選擇不同的鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，每按一下溫度增加或降低10℃，直到達(dá)到要求為止設(shè)定完畢。 （2）自檢子程序設(shè)計(jì)自檢就是系統(tǒng)開(kāi)始工作前，對(duì)系統(tǒng)所有的硬件進(jìn)行檢測(cè)，只有當(dāng)所有硬件準(zhǔn)備就緒才能進(jìn)行系統(tǒng)工作。自檢的內(nèi)容有：CPU、鍵盤、顯示、。其工作原理：首先寫CPU個(gè)指令（例mov、inc、dptr、rrc、等）是否正常，如正常跳過(guò)檢查，否則繼續(xù)檢查CPU直到正常；在檢查鍵盤的方法是寫一段鍵盤掃描程序，掃描一次如果沒(méi)有鍵按下正常跳過(guò)到顯示檢測(cè)，否則繼續(xù)檢查鍵盤直到正常；在檢查顯示的方法是分別點(diǎn)亮2個(gè)數(shù)碼管以0、9如正常則自檢完畢。其流程圖如圖2 所示：圖2開(kāi) 始CPU檢測(cè)鍵盤檢測(cè)顯示檢測(cè)電源檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)輸出信號(hào)檢測(cè)指示燈亮結(jié) 束（3）理論算法1． PID控制算法 比例+積分+微分調(diào)節(jié)（Propor tional+Integral+Deviative即PID）是工業(yè)控制中常用的調(diào)節(jié)方法，無(wú)論是速度、位置等快過(guò)程，還是溫度、化工合成等慢過(guò)程，都能得到滿意的控制效果。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。比例、積分、微分三者結(jié)合起來(lái)可以消除靜差，微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。比例、積分、微分三者結(jié)合起來(lái)可以滿足不同的控制要求。PID調(diào)節(jié)之所以在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用，是因其具有三方面的特點(diǎn)： （1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可根據(jù)不同的要求組成比例、積分、微分控制系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。 （2）參數(shù)調(diào)整方便，易于達(dá)到滿意的控制效果。 （3）程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有繁瑣的數(shù)字運(yùn)算，工程上易于實(shí)現(xiàn)。 可編程控制器PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，然后將其數(shù)字化，寫成離散形式的控制方程，根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。 連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的微分方程可表示為： (4—1)其中：u(t)：PID調(diào)節(jié)器的輸出量； Kp：比例系數(shù)； Ti：積分時(shí)間常數(shù)；Td：微分時(shí)間常數(shù)； e(t)：誤差。PID調(diào)節(jié)器的方框圖如圖4—1所示。Kp(1+1 TiS+TDS)R(S)E(S)(LS)V(S)+—圖4—1 PID調(diào)節(jié)器方框圖如果選擇采樣周期為Ts，初始時(shí)刻為零，將式4—1離散化為：改寫成： （4—2）其中，△e(n) =e(n)—e(n—1) e(n)：第n次采樣時(shí)的偏差值 Kp：比例系數(shù) Ki：積分系數(shù) Ki=Kp*Ts/Ti Kd：微分系數(shù) Kd=Kp*Td/Ts當(dāng)用可編程控制器實(shí)現(xiàn)上述算法時(shí)，由于它的周期掃描機(jī)制的限制，每個(gè)掃描周期的時(shí)間不盡相同，并且在每個(gè)周期內(nèi)各回路的處理時(shí)間也不盡相同，因而影響到采樣時(shí)間間隔Ts(n)或多或少地不同?？紤]到采樣時(shí)間Ts對(duì)輸出控制量的影響，故將式4—2的控制算法改為： （4—3）其中，Bs為系統(tǒng)偏移量。2。 PID控制參數(shù)的確定（1）采樣周期Ts的確定根據(jù)采樣定理亦稱香農(nóng)（Shanon）定理可知，采樣頻率應(yīng)大于或等于被采樣信號(hào)所含最高頻率的兩倍，才能還原出原信號(hào)，即： ωs≥2ωmax其中：ωs——采樣頻率； ωmax——被采樣信號(hào)中最高頻率。 在實(shí)際中用采樣定理很難確定合適的采樣周期，若已知控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線，根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線可求得系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T和系統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間ｒ；當(dāng)T/ｒ=~10時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式（4—4）求得系統(tǒng)的最大采樣周期： Tsmax= （4—4） 考慮到可編程控制器周期掃描機(jī)制的影響，保證采樣效率，由可編程控制器實(shí)現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器的采樣周期，一般取為： Tsmax= (4—5)（2）參數(shù)Kp、Ki、Kd的確定 比例系數(shù)Kp可以通過(guò)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線求得?，F(xiàn)我采用簡(jiǎn)便且行之有效的測(cè)算Kp、Ki、和Kd的工程方法，其要點(diǎn)是： 1 由系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線確定系統(tǒng)的增益（比例系數(shù)）K,系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)T和死區(qū)時(shí)間τ，并計(jì)算出系統(tǒng)的響應(yīng)率：R= K T—τ(4—6) Kp=1 R*τ（4—7）2如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)，則應(yīng)取：3如果控制系統(tǒng)只采用比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，則應(yīng)?。篕p = R*τ ， Ki = R*τ2（4—8） 4如果控制系統(tǒng)中比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)都采用時(shí)，則應(yīng)?。篕p = (—2)1 R*τ ；Ki = τ ； Kd = *τ（4—9） 控制系統(tǒng)PID參數(shù)的確定也可以采用其他工程方法，如擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法等，在實(shí)際應(yīng)用中也很有效。應(yīng)該指出的是無(wú)論采用何種方法獲得的參數(shù)植，都只是調(diào)試時(shí)的參考值，都要在實(shí)踐中不斷的檢驗(yàn)并加以修正，方能找出最佳值。3。參數(shù)的精整參數(shù)的精整又稱精調(diào)即指控制系統(tǒng)在參數(shù)的參考值下運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際控制狀況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行判斷，修改參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳控制狀況。所謂最佳控制狀況即是最佳響應(yīng)特性和最小誤差。參數(shù)精整的方法也很多，我采用擾動(dòng)曲線法。用擾動(dòng)曲線法精整參數(shù)就是當(dāng)系統(tǒng)按參考參數(shù)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，給系統(tǒng)施加一定的擾動(dòng)，記錄被控制量的擾動(dòng)響應(yīng)曲線，根據(jù)曲線的狀態(tài)來(lái)判斷和修正相應(yīng)的參數(shù)；再加擾動(dòng)，記錄響應(yīng)曲線，修正相應(yīng)參數(shù)，直至最佳。系統(tǒng)的擾動(dòng)響應(yīng)曲線如圖圖中A1 是被控量出現(xiàn)的第一個(gè)峰值，A2是第二個(gè)峰值。一般認(rèn)為當(dāng)擾動(dòng)響應(yīng)曲線的兩個(gè)峰值之比為4時(shí)，參數(shù)最佳，即A1 A2 = 4（4—10） 這個(gè)比例確定的參數(shù)是一個(gè)綜合值，如果系統(tǒng)有特殊要求，可在此基礎(chǔ)上再作修正或采取其他措施，如消除設(shè)定值變化沖擊的PID控制、帶死區(qū)的PID控制以及具有積分分離的PID算法等。在溫度控制系統(tǒng)中采用PID調(diào)節(jié)時(shí)，往往加入積分分離算法，以減小系統(tǒng)的超調(diào)和震蕩。所謂積分分離法就是在系統(tǒng)偏差較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小時(shí)，投入積分作用；為此，設(shè)置一個(gè)誤差積分限A，以判別誤差的大小。積分分離控制算法為： ＞A 取消積分作用 ≤A 投入積分作用 e（n） （4—11） （4）電路的制作 使用Protel 99按事先設(shè)計(jì)好的硬件電路畫電路圖并制作其PCB板，但為了節(jié)約成本，本設(shè)計(jì)中使用萬(wàn)能板制作其硬件電路。在電路原理圖設(shè)計(jì)好之后，就可以開(kāi)始制作實(shí)物了。具體步驟如下：1 選擇元件。 選擇元件時(shí)應(yīng)從其性能價(jià)格比考慮，在保證性能要求的前提下，盡量減少成本。如在選擇電容時(shí)，同一功率、容量的電容常用的有瓷片式、滌綸式等等，但由于瓷片式電容誤差太大，且不穩(wěn)定，所以我選用滌綸式的電容。溫度傳感器的信號(hào)放大線路中所使用的運(yùn)算放大器其型號(hào)也有很多，但由于741型的運(yùn)算放大器可以通過(guò)調(diào)節(jié)其5號(hào)管腳和4號(hào)管腳間的電位器，使得輸入端為零時(shí)，輸出也為零，從而提高了精度，而常用的LM324型運(yùn)算放大器雖然其價(jià)格較低，但其“零漂”現(xiàn)象較嚴(yán)重，不穩(wěn)定，所以選用741型的運(yùn)算放大器。在對(duì)LM741調(diào)零時(shí)，對(duì)電位器的靈敏度要求非常高，普通的電位器是不能滿足要求的，需要采用可多圈調(diào)節(jié)的電位器。2 元件的固定及焊接。在固定元件時(shí)，由于使用的是萬(wàn)能板，在插元件時(shí)要注意管腳之間不能短接。元件的固定要按原理圖呈模塊化固定，盡量避免線路的交叉。元件固定好之后就可以焊接了，焊接時(shí)要注意不能虛焊，注意美觀。（二）、電路的調(diào)試 根據(jù)原理圖，可將整個(gè)電路分成溫度傳感器及其信號(hào)放大電路和A/D、D/A變換電路兩大模塊。在調(diào)試時(shí)可以按模塊分別調(diào)試?！?首先， 對(duì)溫度傳感器及其信號(hào)放大電路進(jìn)行調(diào)試：A 對(duì)運(yùn)算放大器LM741進(jìn)行調(diào)零。將圖3—4中的A，B端短接，也即使運(yùn)算放大器的輸入為零，然后調(diào)節(jié)電位器R0，使輸出端 UOUT = 0V 即可。 B 調(diào)節(jié)LM741的增益。方法：將熱電阻置于50℃的水中，理論上要求放大線路的輸出電壓UOUT = 0V 若不滿足，則可調(diào)節(jié)RL電位器。 ■ 再次，對(duì)A/D、D/A部分調(diào)試輸入一定的變化數(shù)值看其輸出的情況如果偏差較大則從新調(diào)整參數(shù)，直到符合要求則完畢。2．元件明細(xì)表見(jiàn)附錄2；PCB板電路見(jiàn)附錄1。三．功能說(shuō)明（一）、采集部分■ 利用AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。■ 第一步先調(diào)AD590的可變電阻器VR1，如以0℃。 如以25℃為參考值，■ 第二步設(shè)VR2使0℃時(shí)，=0V,而25℃時(shí)，=(零位調(diào)整)■ 第三步：調(diào)VR3使OPA3放大5倍，■ 各OPA的功能：OPA1：阻抗匹配；OPA2；，并反相；OPA3：放大5 倍 并反相。■ 各溫度與3個(gè)OPA及ADC0804DE 輸入與輸出關(guān)系如下表溫度值OPA1OPA2OPA3ADC VINAD輸出值0℃0V0V0V00H10℃19H20℃1V1V32H30℃4BH40℃2V2V64H50℃7DH60℃3V3V96H70℃AFH80℃4V4VC8H90℃E1H100℃5V5VFAH （二）、控制部分AD590采集到的溫度模擬量經(jīng)放大后，輸入到ADC0804的VIN端則轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后由DB0―DB7輸出八位數(shù)字量，此數(shù)字信號(hào)送入AT89C51的P0口，單片機(jī)89C51得到傳來(lái)的信號(hào)量與其設(shè)定的溫度值相比較，如果此溫度值高于設(shè)定值的上限,則高溫報(bào)警指示燈亮，同時(shí)單片機(jī)經(jīng)P0口輸出上限值給DAC0832，DAC0832經(jīng)過(guò)數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過(guò)運(yùn)算放大器LM741輸出電平信號(hào)來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，使溫度逐步降低下來(lái)。如果次溫度值低于設(shè)定的下限值，則低溫報(bào)警指示燈亮，同時(shí)單片機(jī)經(jīng)P0口輸出下限值給DAC0832，DAC0832經(jīng)過(guò)數(shù)摸轉(zhuǎn)換在通過(guò)運(yùn)算放大器LM741輸出一個(gè)電平信號(hào)來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，使溫度逐步升高。當(dāng)溫度值在給定的溫度值范圍之內(nèi)則輸出不便，及晶閘管的導(dǎo)通角不發(fā)生變化。為了實(shí)際應(yīng)用的方便我們還加做了鍵盤輸入功能，及可以改變?cè)O(shè)定溫度的上下限，以達(dá)到實(shí)際使用的要求。為了更直觀的顯示溫度，我制作了兩位的LED顯示，正常情況下讓它顯示當(dāng)前的電爐溫度，當(dāng)要改變?cè)O(shè)定溫度上下限值時(shí)讓它顯示改變的溫度值。四、結(jié)束語(yǔ) 該基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、價(jià)格低廉、測(cè)量值精確和易于操作等許多優(yōu)點(diǎn)，但由于實(shí)驗(yàn)室條件所限，暫時(shí)只做兩點(diǎn)的溫度測(cè)量,并且控制端暫時(shí)只對(duì)一個(gè)DS18B20傳感器周圍環(huán)境進(jìn)行控制，與另一個(gè)傳感器作參考比較。但在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體情況進(jìn)行更多點(diǎn)的擴(kuò)展和對(duì)多點(diǎn)分別進(jìn)行控制。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，基于DS18B20的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制、化工等諸多領(lǐng)域?？傊敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)順利完成，基本達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。本文在深入分析多點(diǎn)智能測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理基礎(chǔ)上，完成了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試任務(wù)，并且系統(tǒng)的性能誤差達(dá)到了任務(wù)書的要求，使之能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行水平?？偨Y(jié)一個(gè)學(xué)期的論文工作，得到以下結(jié)論: ，提出了一套應(yīng)用數(shù)字式溫度傳感器DS81B20組建溫度測(cè)控網(wǎng)絡(luò)新型方案，該方案的突出特點(diǎn)是系統(tǒng)的數(shù)字化、快速化及其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。 ，采用ATMEL公司的 AT89S51單片機(jī)為總線命令，實(shí)現(xiàn)與DSl8B20的總線接口，并提供具體電路設(shè)計(jì)。 ，以MAX232芯片作為TTL電平與232電平的轉(zhuǎn)換單元，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC的RS232通信硬件線路，并設(shè)計(jì)了一套可行的通信協(xié)議和通信軟件。 、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，易于修改和維護(hù)。 由于時(shí)間和精力的限制，對(duì)后續(xù)的研究還應(yīng)在以下方面逐步完善: 。溫度采集方面，一次命令全部單總線上的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，減少系統(tǒng)所需時(shí)間。 。由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的欠缺，設(shè)計(jì)上難免有考慮不周之處。當(dāng)某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，雖然系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)該測(cè)溫點(diǎn)故障，但是更換傳感器時(shí)涉及到其序列號(hào)的修改和應(yīng)用程序的修改，這些還需要在今后應(yīng)用時(shí)加以完善。 ，以后可以在該部分進(jìn)行PID算法控制，以提高控制精度?？傊?，本論文在新型數(shù)字溫度測(cè)控系統(tǒng)方面做了一定的研究工作。該系統(tǒng)初步完成了溫度測(cè)控方案的預(yù)定目標(biāo)，為今后實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的溫度測(cè)控系統(tǒng)工程提供了一種新的參考。五．致謝詞本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在陳東淼老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此特表示感謝。在設(shè)計(jì)的初期，陳東淼老師對(duì)我的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了深刻的指導(dǎo)，讓我在設(shè)計(jì)的開(kāi)始就明確了設(shè)計(jì)方向，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)觀念。尤其在參考資料查閱方面給予我提供了很多的參考資料和幫助，使我能夠很快的了解和掌握設(shè)計(jì)內(nèi)容，而不至于在沒(méi)有必要的方面浪費(fèi)時(shí)間和精力，而是全力投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中來(lái)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的中期，陳東淼老師常常