【導(dǎo)讀】溫度的測(cè)量與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)是用半導(dǎo)體溫度傳感器做測(cè)溫器，用單片機(jī)?？刂茰囟绕胶猓罱K達(dá)到恒溫的目的。明；同時(shí)對(duì)測(cè)量溫度在-55℃～+150℃之間的集成型恒流測(cè)溫元件AD590做了介紹。繪制了電路原理圖，并進(jìn)行了電路的焊接，完成了系統(tǒng)的硬件調(diào)試。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析------------------------------------------------------------------------------------------------4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案確定----------------------------------------------------------------------------------5. 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------------------------7. 溫度采集電路的設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------------------------9. AD的選擇及接口電路-----------------------------------------------------------------------------11. AT89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------12. 強(qiáng)電控制及過(guò)零檢測(cè)電路-----------------------------------------------------------------------16

　　

【正文】 D590作為檢測(cè)元件，其檢測(cè)速度較快，本系統(tǒng)用到的 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543 對(duì)電壓的轉(zhuǎn)換是滯后的，所以在檢測(cè)的過(guò)程中，溫度的測(cè)量是前一時(shí)刻的瞬時(shí)值，但因?yàn)闇? 度的變相比之下非常緩慢，所以這種系統(tǒng)可以滿(mǎn)足對(duì)溫度的測(cè)量速度要求。 溫度的控制是工業(yè)過(guò)程控制中最難控制的變量之一，它的慣性大，調(diào)節(jié)效果不是很明顯，所以在大多數(shù)的控制系統(tǒng)中，溫度的控制大多采用 PID控 制，但是針對(duì)不同的系統(tǒng)，又有不同的 PID 控制方案，單純的 PID 是很少用的，一般用的較多的有位置式 PID、增量式 PID 等，這些都是因?yàn)閱渭兊?PID不能很好的完成溫度的控制，進(jìn)而衍生出來(lái)了一些好的控制方法。 在溫度的控制中，還要考慮到過(guò)零檢測(cè)信號(hào)的輸入，所以本系統(tǒng)中溫度的控制是一個(gè)難點(diǎn)，再有就是 PID 處理后的輸出量的處理，在數(shù)學(xué)公式中這些都是十分好算的，但是在編程的實(shí)現(xiàn)中，這些沒(méi)有實(shí)際所想象的那樣容易。這就要我們來(lái)分析一下溫度控制的軟件過(guò)程：假設(shè)我們要求溫度上升 1℃ ，當(dāng)前的晶閘管的導(dǎo)通角是 30176。導(dǎo)通角每增加 1℃ 定時(shí)器時(shí)間延長(zhǎng) 100μ S。這時(shí)的控制流程是：我們首先計(jì)算定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度，如果要溫度上升，導(dǎo)通角要減小 1176。，延時(shí)減少100μ S。先將定時(shí)器的初值增加 100μ S，當(dāng)單片機(jī)接到一個(gè)過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，啟動(dòng)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，發(fā)送一個(gè)晶閘管的導(dǎo)通控制信號(hào)。此時(shí)系統(tǒng)完成一個(gè)周期的溫度控制過(guò)程。控制框圖如圖 43 所示。 計(jì) 算 偏 差P I D 調(diào) 節(jié)NY開(kāi) 關(guān) 式 調(diào) 節(jié)報(bào) 警是 否超 限 圖 43 溫度控制框圖 顯示程序介紹 恒溫箱智能控制系統(tǒng)用 TM240128A 液晶顯示器作為顯示部分，本液晶內(nèi)部有數(shù)字和英文字 母以及符號(hào)的字庫(kù)，在刷新數(shù)據(jù)時(shí)，要用到數(shù)字的字庫(kù)，但是在顯 示數(shù)據(jù)時(shí)，不可以直接傳送一個(gè)幾位的整數(shù)，更不能寫(xiě)入帶浮點(diǎn)的小數(shù)，因?yàn)槠鋬?nèi)部只有單個(gè)的數(shù)字的字模，系統(tǒng)只能將一個(gè)整數(shù)拆開(kāi)，比如： 1234，系統(tǒng)要拆成“ 1”、“ 2”、“ 3”、“ 4”然后分別送入液晶顯示器才能顯示出來(lái)，浮點(diǎn)數(shù)還要把浮點(diǎn)傳送進(jìn)去才行。這是一個(gè)時(shí)間相對(duì)很長(zhǎng)的過(guò)程，漢字的傳送時(shí)間更長(zhǎng)，所以本系統(tǒng)將漢字在初始化時(shí)就寫(xiě)入，這樣處理不影響后續(xù)溫度控制時(shí)的掃描速度。在這里，介紹一下數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，系統(tǒng)取到一個(gè)待顯示的數(shù)據(jù)后，第一步將這個(gè)數(shù)除以 1000 取整 （ /1000），得到的值就是千位的值，第二步將這個(gè)數(shù)除以 100（ /100）模 10（％ 10），得到的值就是百位的值，第三步將這個(gè)數(shù)除 10（ /10）模（ 10） ,得到的值就是十位的值，第四步將這個(gè)數(shù)模 10，得到的數(shù)就是個(gè)位的值。但是如果要顯示的數(shù)據(jù)不是四位的數(shù)的話(huà)，如果只做以上處理的話(huà)在最高位就會(huì)出現(xiàn) 0千的效果，怎樣避免這種結(jié)果呢？我們做如下處理，可以判斷一下待顯示的數(shù)據(jù)多大的數(shù)，如果小于 1000，那第一位就不能顯示了依此類(lèi)推。這樣，我們的數(shù)據(jù)就可以十分準(zhǔn)確的顯示在顯示器上面了。 鍵盤(pán)輸入及其程序設(shè)計(jì) 上面介紹了單片機(jī)的輸出設(shè)計(jì)，接下來(lái)就應(yīng)該是輸入部分了，在單片機(jī)的控制系統(tǒng)中，如果沒(méi)有人為的輸入接口，再稱(chēng)之為智能控制系統(tǒng)難免有點(diǎn)說(shuō)不過(guò)去，智能控制的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)輸入的信號(hào)判斷，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，如果沒(méi)有了輸入，系統(tǒng)沒(méi)有了反應(yīng)的依據(jù)，控制也就沒(méi)有了效果，也沒(méi)有了工作的信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)不受人的控制，也就沒(méi)有了智能的成分。 啟 動(dòng) 系 統(tǒng)是 否 有按 鍵 按 下YN數(shù) 據(jù) 選 擇設(shè)定值加設(shè)定值減設(shè) 定 值 調(diào) 整 圖 44 按鍵讀取程序框圖 本系統(tǒng)鍵盤(pán)數(shù)量少，所以在軟件的設(shè)計(jì)中，我們選用查詢(xún)的方式設(shè)計(jì)鍵盤(pán)的程序，可以減少 CPU 的資源的使用，且 能滿(mǎn)足流程的安排，根據(jù)系統(tǒng)需要，設(shè)計(jì)鍵盤(pán)的作用分別為數(shù)據(jù)的選擇、設(shè)定值加和設(shè)定值減，在程序的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的設(shè)定值不是說(shuō)加多少就能加多少的，本系統(tǒng)溫度的最高值在 80℃ ，因此設(shè)定值加鍵只能加到 80℃就不能再加了，同理設(shè)定值減也只能到 30℃。數(shù)據(jù)的選擇鍵是對(duì)設(shè)定溫度、上限報(bào)警溫度和下限報(bào)警溫度之間相互轉(zhuǎn)換的選擇，然后通過(guò)設(shè)定值加和設(shè)定值減來(lái)調(diào)節(jié)溫度值。此三個(gè)按鍵的程序構(gòu)圖如圖 44 所示。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算的設(shè)計(jì) 程序的設(shè)計(jì)沒(méi)有固定的思路，一個(gè)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程可能有很多的方法，但是一定會(huì)有一個(gè)方法是最簡(jiǎn)單得 方法，這就要程序員的思路開(kāi)闊，邏輯思考能為強(qiáng)，比如一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)的乘 2 運(yùn)算，在 C語(yǔ)言中，我們可以用乘法的運(yùn)算，但是，專(zhuān)業(yè)的程序就不會(huì)用這樣的算法，而是把這個(gè)數(shù)向左移一位完成乘 2的運(yùn)算，因?yàn)檫@樣的運(yùn)算 CPU 處理的時(shí)鐘周期要比直接乘 2少，所以我們學(xué)習(xí)編程就要學(xué)習(xí) 怎么樣用最簡(jiǎn)單的方法去處理一個(gè)復(fù)雜的事件，這樣才能編出較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦颉? 本系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)有許多需要考慮的模塊，比如數(shù)據(jù)的顯示處理程序，在液晶的顯示中，沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)整體的顯示功能，它只能對(duì)一個(gè)幾位的數(shù)據(jù)進(jìn)行分位顯示，這就要編程中將數(shù)據(jù)的各個(gè)位的數(shù)提出來(lái)，然后 再把它分別送入液晶中顯示出來(lái)，在現(xiàn)實(shí)的處理中可以很簡(jiǎn)單，但是 CPU在處理乘除運(yùn)算時(shí)是靠移位的處理方法實(shí)現(xiàn)的，所以一個(gè)大數(shù)的乘除對(duì)于單片機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，如果一個(gè)系統(tǒng)要進(jìn)行很多的乘除運(yùn)算，那么 CPU 的運(yùn)算量會(huì)很大，會(huì)大大的降低 CPU 的執(zhí)行速度 在單片機(jī)系統(tǒng)中，還有很多需要處理的信號(hào)，相對(duì)應(yīng)的也都有軟件的設(shè)計(jì)技巧，這就要多學(xué)習(xí)一些別人作的程序，看看他們作的哪個(gè)地方值得我們?nèi)W(xué)習(xí)，那些地方我們可以做的更好，用這種方法使自己的編程思路更開(kāi)闊。 5 整體系統(tǒng)調(diào)試 在完成了系統(tǒng)的硬件后，根據(jù)系統(tǒng)將要完成的功能，設(shè) 計(jì)好整體系統(tǒng)的軟件流程后，就要對(duì)每個(gè)模塊的程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試的過(guò)程是個(gè)反復(fù)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，調(diào)試的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題，可能是硬件電路的問(wèn)題，也可能是編程中出現(xiàn)的差錯(cuò)，所以調(diào)試中要注意思路，不要只是認(rèn)為是某方面的問(wèn)題，這樣會(huì)擾亂思路，使自己處理問(wèn)題片面到某點(diǎn)上。 硬件電路的調(diào)試 在硬件電路的調(diào)試中，最值得注意的是電源的部分，因?yàn)殡娐返脑O(shè)計(jì)時(shí)不可能都做成 PCB 電路板再做調(diào)試，一般為了調(diào)試的速度，都是只做個(gè)草草的電路只是用來(lái)測(cè)試一下電路的效果是不是令人滿(mǎn)意，如果達(dá)到了我們想要的效果，這個(gè)電路就是對(duì)的了， 然后再用各種方法測(cè)試它的穩(wěn)定性，如完全成功，再焊接好電路，或是制作成 PCB 電路板，電路的調(diào)試不是把所有的電路都做到一起再調(diào)試效果，一般都是把一個(gè)復(fù)雜的電路分成幾個(gè)小的模塊，分別對(duì)每個(gè)模塊做調(diào)試，從最基本的模塊做起，測(cè)試成功后就做與其相聯(lián)系的模塊，另一個(gè)模塊做好調(diào)試成功后再將兩個(gè)模塊連接到一起，連起來(lái)才能較好的完成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。如果把所有的電路都做完就連到一起，不去測(cè)試這些模塊的可行性，出現(xiàn)問(wèn)題后會(huì)無(wú)從 下手，不知道是哪里出了問(wèn)題，使電路檢查起來(lái)非常麻煩。 軟件程序調(diào)試 軟件程序的調(diào)試對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)就比 較容易，程序的調(diào)試只要改一下代碼就可以了，不像硬件那樣需要改電路， 51 單片機(jī)的仿真可以用仿真器，所以在改變程序的代碼后，只要執(zhí)行一下，就可以看到改變程序后的效果，但是調(diào)試程序要有很好的邏輯思路，程序執(zhí)行到哪里都要知道硬件電路的效果，比如用示波器看看波形對(duì)不對(duì)、用萬(wàn)用表測(cè)一下電壓等，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，軟件和硬件是不能單獨(dú)調(diào)試的，還要結(jié)合起來(lái)一起考慮。有按鍵或外部觸發(fā)程序系統(tǒng)，要對(duì)每個(gè)觸發(fā)的電路進(jìn)行嚴(yán)密的調(diào)試，這樣在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)才不會(huì)出現(xiàn)意想不到的效果。 結(jié) 論 恒溫箱智能控制系統(tǒng) 采用 半導(dǎo)體 集成溫度傳感器 作為 測(cè)溫器 ， 將 溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流 信號(hào)。我們利用 轉(zhuǎn)換 電路將電流信號(hào)輪換為 電壓信號(hào)， 再 通過(guò)放大電路和 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 將模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ，交由 單片機(jī)處理 后，將測(cè)量得到的溫度值 顯示于 液晶顯示器上 。 由鍵盤(pán)來(lái)控制數(shù)據(jù)之間的選擇，并通過(guò)鍵盤(pán)增加和減少設(shè)定值。 該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)溫度顯示和溫度設(shè)定功能， 還具有超溫 、欠溫 報(bào)警和自動(dòng)控制功能 。該系統(tǒng)采用模糊 PID 控制實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)， 當(dāng)溫度 高于或低于 設(shè)定值一定程度 時(shí)， 發(fā)出報(bào)警。 經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，恒溫箱控制系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但也存在缺點(diǎn)和不足。如對(duì)于溫度的檢測(cè)過(guò)程中 ，信號(hào)的放大和讀入不夠準(zhǔn)確，在模擬電路的處理方面，對(duì)于模擬信號(hào)處理經(jīng)驗(yàn)不足，信號(hào)的準(zhǔn)確度不夠高，導(dǎo)致了溫度的檢測(cè)不夠真實(shí)，所以控制的效果不是很好。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，我學(xué)到了更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并 培養(yǎng) 了我 獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。 對(duì)工程的設(shè)計(jì)過(guò)程也有了初步的了 解，開(kāi)發(fā)流程的每個(gè)環(huán)節(jié)都做了很好的學(xué)習(xí)，這對(duì)以后工作非常有幫助。 參考文獻(xiàn) [1] 黃望軍 .用一種簡(jiǎn)易數(shù)顯數(shù)控儀控制老式恒溫箱 [B].湖南湘潭：湖南工程學(xué)院 ,1004 289X(2020)03 0022 – . 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