【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 完全打開。 可采用 比例積分控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。 烘箱溫度與給定的偏差小時(shí)，調(diào)節(jié)閥不動(dòng)作，以減少閥的機(jī)械磨損；偏差較大時(shí)，經(jīng)比例積分算法后，單片機(jī)通過 D/A 輸出控制信號(hào)控制閥門的開度，為了使控制參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)，可采用 3 個(gè)電位器產(chǎn)生 3 路可調(diào)電壓經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì) 模數(shù)轉(zhuǎn)化 ，實(shí)現(xiàn)比例積分算法的 3泰山學(xué)院 本科畢業(yè)論文 6 個(gè)參數(shù)（比例系數(shù) KP、積分系數(shù) KT、控制周期 TC）在線整定、這種方法不僅可使參數(shù)調(diào)節(jié)方便，而且具有掉電保護(hù)功能。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力， D/A 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間驚醒光電隔離，使電動(dòng)閥和單片機(jī)之間不共地。 元器件介紹 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn) 的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力 強(qiáng) 、 易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按 9 位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳 TOT2 小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍 25～ 35℃ ，可編程為 9～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)℃ ，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也 可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到三根或者 兩根線上， CPU只需一根端口線就能與多個(gè) DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性能 很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。在 0~100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。 溫度傳感器 DS18B20 從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī) AT89C51 獲取采集的溫度值，經(jīng) 處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟降溫設(shè)備 (壓縮制冷器 ) ，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下 限 時(shí) , 單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟升溫設(shè)備 (加熱器 ) 。 泰山學(xué)院 本科畢業(yè)論文 7 當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。 系統(tǒng)中將通過串口通訊連接 PC機(jī)存儲(chǔ)溫度變化時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，以便觀察整個(gè)溫度的控制過程及監(jiān)控溫度的變化全過程 。 圖 1 工作原理圖 AT89C51 AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算 機(jī)的 AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51具有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗泰山學(xué)院 本科畢業(yè)論文 8 （ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89C51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工 作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡(jiǎn)單和成本等因素 ,因此在本設(shè)計(jì)中選用 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單片機(jī)最小系統(tǒng)是由于 AT89C51芯片內(nèi)含有 4 kB的 E2PROM ,無需外擴(kuò)存儲(chǔ)器 ,電路簡(jiǎn)單可靠 ,其時(shí)鐘頻率為 0～ 24 MHz ,并且價(jià)格低廉 ,批量?jī)r(jià)在 10 元以內(nèi)。 圖 2 AT89C51結(jié)構(gòu)框圖 泰山學(xué)院 本科畢業(yè)論文 9 AT89C51 的功能： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8 bit 內(nèi)部 RAM 2 個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級(jí)加密位 看門狗（ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 可以看出 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K字節(jié) Flash閃速存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個(gè) I/O口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘。同時(shí) , AT89C51可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個(gè)硬件復(fù)位。 ADC0809 主要特性： ADC0809 的主要特性指標(biāo)： 分辨率： N=8； 時(shí)鐘頻率：小于 64 赫茲； 轉(zhuǎn)換時(shí)間：大于等于 100 毫秒； 不可調(diào)誤差： 1LSB； 電源：?jiǎn)坞娫凑?5V； 模擬輸入量： 8 路； 模擬輸入范圍： 0~5V； 參考電壓： Uref（ +） ==Uref（ ） =5V 泰山學(xué)院 本科畢業(yè)論文 10 A/D轉(zhuǎn)換電路： 圖 3 A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0809的 IN0和變送器輸出端相連，故 IN0上輸入的 0V~+5V范圍的模擬電壓經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后可由 8031通過程序從 P0口輸入到它的內(nèi)部 RAM單元。首先輸入地址選擇信號(hào)，在 ALE信號(hào)作用下，地址信號(hào)被鎖存，產(chǎn)生譯碼信號(hào)，選中一路模擬量輸入。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào) START啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)緩沖鎖存器，同時(shí)發(fā)出 EOC信號(hào)。在允許輸入信號(hào) OE的控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到外部數(shù)據(jù)總線。 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)： 1）轉(zhuǎn)換速度 D/A 轉(zhuǎn)換器從輸入二進(jìn)制數(shù)到轉(zhuǎn)換成模擬量電壓輸出的過程，需要經(jīng)歷一定的時(shí)間，這就是 D/A 轉(zhuǎn)換的速度，不同類型的 D/A 轉(zhuǎn)換的速度是不相同的，但一般在幾十微秒到幾百微秒之間。 2）轉(zhuǎn)換精度 D/A 轉(zhuǎn)換精度主要決定于輸入 D/A 轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)，二進(jìn)制位數(shù)越多，泰山學(xué)院 本科畢業(yè)論文 11 精度越高。 3）分辨率 D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率指滿量程信號(hào)能分成的步數(shù)和解題的階梯的尺寸，對(duì)于 N位的 D/A，其分辨率為 1//2N. 4)線性度 通常用非線性誤差的大小表示 D/A 轉(zhuǎn)換器的線性度，并且理想的輸入 /輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)，定義為非線性誤差。 5)輸出極性及范圍 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出范圍與參考電壓有關(guān)。對(duì)于電流輸出型的 D/A轉(zhuǎn)換器，主要轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成電壓，所以，輸出范圍與轉(zhuǎn)換電路有關(guān)。輸出極性有單極性和雙極性兩種。 光電隔離電路 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下 ,以光為煤介傳送信號(hào) ,對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離 .因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小 耐沖擊等好處，使其在強(qiáng) 弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。 PID 控制算法 前面提到，大多數(shù)的溫度控