【文章內(nèi)容簡介】 的目的。為了簡化輸出通道的硬件結(jié)構(gòu)，考慮到加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性，本設(shè)計采用脈沖寬度調(diào)制的控制方法，即 PWM 波控制。 主要器件的選擇 傳感器 根據(jù)上節(jié)結(jié)論，本設(shè)計采用溫度傳感器 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、強易配處理器等優(yōu)點，溫度測量范圍－ 55～＋ 125℃ ，可直接 將 溫度 值 轉(zhuǎn) 換 成數(shù)字 量。 DS18B20 遵循嚴(yán)格的單線串行通信 協(xié)議，每一個 DS18B20 在出產(chǎn)時都用激光進(jìn)行了調(diào)校，并具有唯一的 64位序列號，多個 DS18B20 可以共存于同一條線上。 DS18B20 的內(nèi)部使用了主板（ ONBOARD）專利技術(shù)，封裝為 TO92的 DS18B20 將全部的傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，如圖 23。其外圍電路簡單，可廣泛應(yīng)用于溫度控制、溫度測量，工作系統(tǒng)以及任何熱敏感系統(tǒng)中。 圖 23 DS18B20引腳 引腳說明： 1 號引腳接地， 2號引腳接數(shù)據(jù)端， 3號引腳接電源。 DS18B20 的內(nèi)部主要包 括寄生電源、溫度傳感器、 64位串行 ROM 單線接口、存儲中河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 7 間數(shù)據(jù)的高速暫存器 (內(nèi)含便箋式 RAM)、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余檢驗碼 (CRC)發(fā)生器等七部分 ,如圖 24。 存 儲 器 與 控 制 器溫 度 靈 敏 元 件低 溫 觸 發(fā) 器 T L高 溫 觸 發(fā) 器 T H配 置 寄 存 器高 速 緩 存存 儲 器8 位 C R C 生 成 器6 4位ROM和單線接口電源檢測 圖 24 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號 fO,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信 號 f。當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 對 fO計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以補償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下，溫度應(yīng)為有 9位（符號占 1位），但因符號位擴展成高八位，故以 16 位補碼形式讀出，輸出的數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系如下表所示： 表 21 DS18B20輸出數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系 溫度 /℃ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出 (十六進(jìn)制 ) +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0001 1010 0010 00A2H 0000 0001 1010 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0101 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 DS18B20 的測溫原理圖如圖 25 所示： 斜 坡 累 加 器計 數(shù) 器 1預(yù) 置 計 數(shù) 比 較 器低 溫 度 系 數(shù) 晶 振= 0預(yù) 置溫 度 寄 存 器加 1計 數(shù) 器 2= 0高 溫 度 系 數(shù) 晶 振停 止置 位 / 清 除 圖 25 DS18B20的測溫原理圖 其原理為用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前達(dá)到 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測量的溫度大于 55℃。同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定， 斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。 這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器得值和每一度的計數(shù)值。 主控元件 AT89 系列單片機的核心是 8031，在硬件和軟件方面與 MCS51系列完全兼容， AT89系列的指令與有關(guān)定義和 MCS51 系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。 AT89系列的引腳排列、定義與 CS51 完全一致，可以直接替換。由于該單片機內(nèi)部有 Flash ROM，所以編寫的程序燒錄方便，易于擦除，可以反復(fù)使用，非常方便用于對程序并進(jìn)行修改，縮短研制周期，降低了研制成本。 AT89S52 是 AT89C52的升級產(chǎn)品，性能上較 AT89C52有很大提升，在價格上卻與之差不多，甚至更低。 AT89S52 顯著的特點是加入了在系統(tǒng)編程（ ISP）功能，不再依靠專河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 用的編程工具，改寫單片機存儲器內(nèi)的程序也再不需要把芯片從電路板上拆下。基于性價比、低功耗及設(shè)計實現(xiàn)上考慮，選用了 AT89S52 來 實現(xiàn)設(shè)計要求。 顯示器件 顯示是微控系統(tǒng)的重要組成部分，主要顯示各種參數(shù)值，以便使現(xiàn)場工作人員能夠及時掌握生產(chǎn)過程。常用的顯示有 CTR、 LED、 LCD 等。 CTR 不僅可以進(jìn)行字符顯示，還可以進(jìn)行畫面顯示，和計算機配合使用，可十分方便的進(jìn)行生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)視。但由于體積大、價格貴，所以只適用于大型系統(tǒng)。在小型生產(chǎn)過程中常選用 LED、 LCD 作為顯示器件。他們都具有體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，可靠性高和壽命長等優(yōu)點。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是 一種較好的選擇。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。本設(shè)計只要求顯示所測溫度數(shù)據(jù)，所以可用 LED 顯示。 控制模塊 本設(shè)計采用固態(tài)繼電器，其典型應(yīng)用電路如下： （ 1）輸入端的驅(qū)動 ①觸點控制。它是一種最基本的驅(qū)動方式，如圖 26。 +－~~S S RR mV cR pC pR mR lA C 圖 26 觸點控制 ② TTL 驅(qū)動 SSR，如圖 27。 +－~~S S RV cR pC pR mA CT T L 圖 27 TTL驅(qū)動 SSR 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 ③ CMOS 驅(qū)動 SSR，見圖 28。 +－~~S S RR 2V cR pC pR mR lA CC M O SR 1R 3N P N 圖 28 CMOS驅(qū)動 SSR （ 2）輸出端驅(qū)動負(fù)載 ① DCSSR 驅(qū)動大功率負(fù)載，見圖 29。 ② DCSSR 驅(qū)動大功率高壓負(fù)載，見圖 210。 R 2R lR 1+ +－ －D CS S RR 2R 1+ +－ －D CS S R （ a） (b) 圖 29 DCSSR驅(qū)動大功率負(fù)載 V 1 +R 2R 1+ +－ －D CS S RR lV 2 + 圖 210 DCSSR驅(qū)動大功率高壓負(fù)載 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 本設(shè)計中 固態(tài) 繼電器是由單片機控制的 ， 所以它的供電電壓選擇 5V 直流電。繼電器所帶的負(fù)載為一個額定功率 600W，接 220V 交流電的電 烤箱 。所以繼電器的要選用交流型（ ACSSR），耐壓在 220V 以上，電流為 以上。 即 本設(shè)計選用的是 5V 供電， 2A 250VAC 的固態(tài)繼電器。 由于固態(tài)繼電器的輸出采用的光電耦合器對信號進(jìn)行了隔離，本設(shè)計無需再接光電耦合器了。接口驅(qū)動本設(shè)計采用的是反相緩沖器 74LS06，具體鏈接電路如圖 211所示。 +－~~S S RB S Y+ 5 V~ 2 2 0 V加 熱 器F U8 9 S 5 2P 1 . 6 圖 211 固態(tài)繼電器驅(qū)動電路 通信模塊 要使上位機能對 系統(tǒng) 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置， 實時 顯示 溫度曲線及相關(guān)參數(shù) 等操作，就離不開和上位機的通信。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線成本。本設(shè)計采用RS232C 串行通信方式。 RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線?，F(xiàn)在，計算機上的串行通信端口（ RS232C）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計算機上一般都有 1～ 2個標(biāo)準(zhǔn) RS232C 串口，即通道 COM1 和 COM2。 RS232C規(guī)定最大 的負(fù)載電容為 2500pF，這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于 RS232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號地（ GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會耦合到信號中。在不使用調(diào)制解調(diào)器（ MODEM）時， RS232C 能夠可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為 15米。因此不適合做遠(yuǎn)距離通信，但是對于 實驗室烤箱的溫度控制來說 ， 15米的通信距離已經(jīng)足夠。 RS232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機的邏輯電平是不同的，邏輯 1(MARK) ＝ 3V～ 15V，邏輯 0(SPACE) ＝ ＋ 3～＋ 15V。因此，單片機系統(tǒng)要和電腦的 RS232C接口進(jìn)行通信，就必須把單片機的信號電平（ TTL 電平）轉(zhuǎn)換成計算機的 RS232C 電平，或者把計算機的 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成單片機的 TTL 電平，通信時候必須對兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用 RS232C 電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如 MAX23 MC148 MC1489 等。 本系統(tǒng)通過 MAX232E 芯片實現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平的轉(zhuǎn)換。 MAX232 是單電源雙RS232C 發(fā)送 /接收芯片。它符合所有的 RS232C 技術(shù)規(guī)范，只要單一 +5V 電源供電；河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、 V ；低功耗，典型供電電流 5mA；內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器，內(nèi)部集成 2 個 RS232C 接收器。采用單一 +5V電源供電，外接只需 4個電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛運用。 MAX232 的引腳排列 如圖 212。 M A X 2 3 2V +C 2 +C 2 C 1 +C 1 V 2451361 291 3871 41 01 11 61 5V C C1 0 u f1 0 u f1 0 u f1 0 u f++++ 圖 212 MAX232引腳 上位機組態(tài)監(jiān)控 組態(tài)“ Configuration” 就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件出現(xiàn)后，給人們帶來了福音。組態(tài)軟件的功能有工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)可視化控制；生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；生產(chǎn)過程監(jiān)控報警；報表功能；基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上傳和相應(yīng)控制等。 組態(tài)王 是北京亞控科技出品的優(yōu)秀組態(tài)軟件，使用方便，功能強大。 而且組態(tài)王 有組態(tài)王新增加的很多功能 ,并且內(nèi)設(shè)有溫控曲線和 PID控件 ,讓 我們使用起來更方便。組態(tài)王 的工程手冊內(nèi)容也詳細(xì)豐富，組態(tài)王中每個控件都有詳細(xì)的使用說明及應(yīng)用實例演示分析，對初學(xué)者有很大幫助。因此，本設(shè)計就采用該版本。在本設(shè)計中，上位機利用組態(tài)王 ，通過 建立 好的 用戶圖形界面 來實現(xiàn) 對下位機 溫度控制系統(tǒng)的 實時監(jiān)控。 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 綜上所述，本次設(shè)計將以 DS18B20 為傳感器，單片機 AT89S52 為主控器件， PC 機為上位機，并以組態(tài)王 KingView 為組態(tài)軟件，完成對小型電烤箱的三點溫度控制系統(tǒng)的實時 監(jiān)控，系統(tǒng)總體框圖如圖 213。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 P C 機（ 安 裝 有 組 態(tài) 王 ）以 A T 8 9 S 5 2 為 核 心 的控 制 電 路 板D S 1 8 B 2 0 溫度 采 集 模 塊固 態(tài) 繼 電 器 溫度 控 制 模 塊現(xiàn) 場 設(shè) 備（ 電 烤 箱 ） 圖 213 系統(tǒng)總體框圖