【正文】
圖37 按鍵
通信部分
選用芯片MAX232
MAX232該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電
平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F
電平。下面是其管腳圖本頁(yè)完 第 27 頁(yè) 共 53 頁(yè)
圖38 MAX232管腳圖
其主要特點(diǎn)如下
1單5V電源工作
2LinBiCMOSTM工藝技術(shù)
3兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收器
4+30V輸入電平
5低電源電流典型值是8mA
6符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA232E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)

7ESD保護(hù)大于MILSTD883標(biāo)準(zhǔn)2000V

采用光敏三極管和發(fā)光二極管光敏三極管的實(shí)物圖如下
圖39光敏三極管
光敏三極管一般和發(fā)光二極管做在一起構(gòu)成光電耦合器件使用 第 28 頁(yè) 共 53 頁(yè) 電信號(hào)之間會(huì)有干擾通過(guò)光電耦合器電變成光又變成電就不會(huì)受干擾了。
它在Proteus中的元件圖如下
圖310 光電耦合元件
Proteus軟件的介紹
Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件該軟
件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿
真功能還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工
具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、
致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿
真軟件
)從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真一鍵切換到PCB
設(shè)計(jì)真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、
PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)處理器模型支持805HC1
PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等2010年即將增加
Cortex和DSP系列處理器并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面它也
支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[20]。
Proteus軟件具有其它EDA工具軟件例multisim的功能這些功能是
原理布圖
PCB自動(dòng)或人工布線 本頁(yè)完 第 29 頁(yè) 共 53 頁(yè) SPICE電路仿真
革命性的特點(diǎn)
互動(dòng)的電路仿真
用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAMROM鍵盤馬達(dá)LEDLCDAD/DA部分
SPI器件部分IIC器件。
仿真處理器及其外圍電路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原
理圖的虛擬原型上編程再配合顯示及輸出能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合
系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀\示波器等Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境[21]。

根據(jù)系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能使用Proteus進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)。見附錄Ⅰ













本頁(yè)完 第 30 頁(yè) 共 53 頁(yè)
4軟件設(shè)計(jì) C51軟件的介紹
本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó)Keil Software公司出品的Keil C51是51
系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)與匯編相比C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可
讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)
對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解僅要求對(duì)8051的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步
了解

寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管
程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)可分為不同的函數(shù)這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化
具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力改善了程序的可讀性
關(guān)鍵字與運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過(guò)程方式使用
編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短從而提高效率
7
、提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序具有較高的數(shù)據(jù)處理能力
已編好程序可容易地移植入新程序因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)[22]。

Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具全Windows
界面。另外重要的一點(diǎn)Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高多數(shù)語(yǔ)句生成
的匯編代碼很緊湊容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì),C51
工具包的整體結(jié)構(gòu)中μVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的
集成開發(fā)環(huán)境(IDE)可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。
開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51
編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件也可以與
庫(kù)文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)
準(zhǔn)的Hex文件以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試也可由
仿真器使用直接對(duì) 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中[23]。

本系統(tǒng)要完成溫度信號(hào)的采集與控制需要實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集與A/D轉(zhuǎn)換、
數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ堋?第 31 頁(yè) 共 53 頁(yè) 控制執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理、加熱報(bào)警這四大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)框圖如圖41所示

圖41
溫度信號(hào)采集子程序主要完成溫度信號(hào)采集與A/D功能由于數(shù)字溫度傳感
器DS18B20是采用單總線結(jié)構(gòu)所以軟件設(shè)計(jì)需要根據(jù)單總線協(xié)議來(lái)完成溫度數(shù)據(jù)
采集、A/D轉(zhuǎn)換和傳輸。溫度信號(hào)采集子程序主要包括傳感器初始化、單片機(jī)給傳
感器寫命令、單片機(jī)給傳感器寫數(shù)據(jù)、單片機(jī)從傳感器讀數(shù)據(jù)等部分。

根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟
每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位即初始化復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指
令即ROM操作最后發(fā)送RAM指令即功能命令這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操
作。
初始化基于單總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開始的初始化過(guò)程由主
機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道總線上有從機(jī)
設(shè)備且準(zhǔn)備就緒。復(fù)位要求主機(jī)將數(shù)據(jù)線下拉500微秒然后釋放DS18B20收到
信號(hào)后等待1660微秒左右后發(fā)出60240微秒的低脈沖主機(jī)收到此信號(hào)表
示復(fù)位成功。
ROM命令主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后發(fā)出ROM 命令這些命令與一個(gè)從機(jī)設(shè)備
的唯一64 位ROM 代碼相關(guān)允許主機(jī)在單總線上連接多個(gè)從機(jī)設(shè)備指定操作一
個(gè)從機(jī)設(shè)備。這些命令還使主機(jī)能夠檢測(cè)到總線上有多少個(gè)從機(jī)設(shè)備以及類型和有
沒(méi)有設(shè)備處于報(bào)警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備可以支持5 種ROM 命令。每種命令長(zhǎng)度為8 位
主機(jī)在發(fā)出功能命令之前必須送出合適的ROM 命令。
溫度采集子程序流程圖如圖42所示 數(shù)據(jù)處理子
程序
加熱報(bào)警子
程序
溫度采集
子程序
控制執(zhí)行
子程序本頁(yè)完 第 32 頁(yè) 共 53 頁(yè)









no


yes


圖4
2

DS18B20完成溫度信號(hào)的采集與A/D轉(zhuǎn)換并把數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)并保存
起來(lái)。數(shù)據(jù)處理時(shí)把數(shù)據(jù)取出來(lái)放在一個(gè)整型變量中。首先取出整數(shù)部分進(jìn)行
處理求出數(shù)據(jù)十進(jìn)制表示時(shí)的百位、十位及個(gè)位再求小數(shù)部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算流程圖
如圖45所示。DS18B20采集的數(shù)據(jù)有四位小數(shù)。在設(shè)計(jì)中取
四位小數(shù)這樣的數(shù)據(jù)比較精確。通過(guò)數(shù)據(jù)處理后
把16位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成帶四個(gè)小數(shù)位的十進(jìn)制數(shù)據(jù)。
圖43是整數(shù)處理的流程圖具體如下圖



初始化
DS18B20
發(fā)送跳過(guò)ROM命令
發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令
延時(shí)等待溫度轉(zhuǎn)
換完畢
發(fā)送復(fù)位指令
發(fā)送指定64
序列碼
發(fā)送讀取RAM指
令
讀取匹配的
DS18B20溫度值
全部DS18B20
都訪問(wèn)完
結(jié)束
發(fā)送匹配ROM命
令
本頁(yè)完 第 33 頁(yè) 共 53 頁(yè)













圖43
鍵盤模塊

當(dāng)按鍵被按下時(shí)I/O口電平為低松開時(shí)I/O口電平為高。按鍵掃描程序通
過(guò)讀取I/O口的電平即可知道對(duì)應(yīng)按鍵的狀態(tài)。
按鍵的抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定一般為5~10ms這是一個(gè)很重
要的參數(shù)。抖動(dòng)過(guò)程引起電平信號(hào)的波動(dòng)有可能令CPU誤解為多次按鍵操作從
而引起誤處理。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵提高按鍵處理的可
靠性應(yīng)在程序中做按鍵消抖處理。
使用按鍵設(shè)置溫度限定值流程圖如圖44所示 開始

整數(shù)寄存器
除以100
商存入百位
寄存器
余數(shù)存入整數(shù)
寄存器
整數(shù)寄存器器
器
除以10
商存入十位
寄存器
商存入個(gè)位寄
存器
返回本頁(yè)完 第 34 頁(yè) 共 53 頁(yè)
圖44
加熱報(bào)警模塊
通過(guò)單片機(jī)P/O口輸出的高電平或者低電平經(jīng)過(guò)光電耦合器形成報(bào)警和加
熱。當(dāng)采集溫度達(dá)到設(shè)定的上限值并超過(guò)時(shí)子程序執(zhí)行報(bào)警當(dāng)采集的溫度未達(dá)
到設(shè)定的上限值時(shí)子程序就執(zhí)行加熱具體的加熱報(bào)警流程圖如圖45所示。
溫度限值初
值
LED顯
示初值
鍵按下
Y
N
N
Y
開始
返 回

加一鍵

減一鍵
設(shè)置鍵
加一顯示
減一顯示
Y
N
顯 示
N
Y本頁(yè)完 第 35 頁(yè) 共 53 頁(yè)
圖45

根據(jù)需要編寫程序代碼必須要流程圖上面所寫的都是各個(gè)模塊的單獨(dú)流程
圖編寫匯編語(yǔ)言時(shí)需要一個(gè)總的流程圖下面圖46就是所需要的總的流程圖。 =
上限
比較程序

=上限
上限報(bào)警
控制降溫

上限報(bào)警
控制升溫
Y
N
延時(shí)
延時(shí)
Y
N
開 始

返 回本頁(yè)完 第 36 頁(yè) 共 53 頁(yè)
圖4
6
本設(shè)計(jì)的源程序代碼
見附錄Ⅱ









本頁(yè)完 第 37 頁(yè) 共 53 頁(yè) 5單片機(jī)控制溫度的說(shuō)明及PID控制
溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號(hào)后將電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可
以處理的范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)低通濾波濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)
行采樣為進(jìn)一步提高測(cè)量精度采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波。單片機(jī)將檢測(cè)到
的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較如果不相符數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測(cè)得值的
差值按PID控制算法設(shè)計(jì)控制量觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果檢測(cè)值
高于設(shè)定值則啟動(dòng)制冷系統(tǒng)降低環(huán)境溫度如果檢測(cè)值低于設(shè)定值則啟動(dòng)加
熱系統(tǒng)提高環(huán)境溫度達(dá)到控制溫度的目的。

控制原理
PID 控制器根據(jù)給定值
r(t) 與實(shí)際輸出值c(t) 構(gòu)成的控制偏差:
()()().............................................................(11)
etrtct (51)
將偏差的比例(P)、積分( I) 和微分 (D ) 通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量, 對(duì)受控
對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為:
0
11()
()[()()].............................(12)t
p
Ddet
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Tdt
 (52)