【導(dǎo)讀】生產(chǎn)發(fā)展都具有重要的意義。很多生產(chǎn)領(lǐng)域中都需大量的加熱設(shè)備來進(jìn)行生。用單片機(jī)對不同溫度控制箱進(jìn)行控制在很大程度上為設(shè)備控。度參數(shù)的精確程度，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)步進(jìn)行，增加了生產(chǎn)的效率。能化溫度控制技術(shù)的研究有較大的研究意義。單片機(jī)利用檢測到。行半導(dǎo)體制冷器指令以控制設(shè)備。工作狀況，增加了系統(tǒng)的靈活性和完整性。Keyword：Temperature；AT80C52；SCM；Control；Simulation

　　

【正文】 比例積分環(huán)節(jié)一樣，對系統(tǒng)的抗擾能力差。容易受到干擾。 微分環(huán)節(jié)能夠根據(jù)系統(tǒng)輸入量的變化趨勢，做出相應(yīng)判斷。及早地加入修正信號，使得系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)。準(zhǔn)確的根據(jù)給定值調(diào)節(jié)出需要的參數(shù)， 但是本系統(tǒng)為溫度控制，是針對花房或者是糧倉的溫度控制，其溫度變化過程相對緩慢，人為干擾可能性比較小，因此我們不需要將系統(tǒng)加入微分控制。只需要比例積分環(huán)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)控制 [30]。 對于本系統(tǒng)，用戶設(shè)置的溫度作為給定值 r（ t）用來作為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際溫度作為輸出值 c（ t） ，控制對象為半導(dǎo)體制冷器作為電壓控制變量 u（ t），而由DS18B20 檢測的溫度作為反饋值返回給系統(tǒng)。 由于系統(tǒng)不會因?yàn)槟撤N原因使得溫度急劇變化使系統(tǒng)快速反應(yīng)，因此本系統(tǒng)只需要比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)就可以完成溫度變化的控制。本文中使用了運(yùn)算放大器 和分立式元件構(gòu)成了比例積分控制系統(tǒng)。比例控制的實(shí)現(xiàn)由兩種方法，一種是串聯(lián)負(fù)反饋法，一種是并聯(lián)負(fù)反饋法。我們采用了并聯(lián)反饋的方法，反饋信號為電流量。電路由比例、積分電路組合而成，見圖 38。這種組合方式避免了誤差級間放大，保證了溫控系統(tǒng)的精度。 圖 38 比例積分電路圖 12J1R1R E S 2R4R E S 2R2R E S 2R3R E S 212348U 1 AA D 8 0 7 256784U 1 BA D 8 0 7 2C1C A P∑ 12J2沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 比例運(yùn)算電路由電阻 R1， R2 和運(yùn)算放大器組成，理想情況下，輸入輸出關(guān)系可由下式表示： （ 34） 其傳遞函數(shù)關(guān)系為 （ 35） 在實(shí)際的電路中， R1 是由連續(xù)可調(diào)電阻加上固定電阻構(gòu)成，因此可以實(shí)現(xiàn)Kp 能夠在一定范圍內(nèi)連續(xù)可 調(diào)。 積分運(yùn)算電路由電阻 R R4，電容 C1 和運(yùn)算放大器組成，在理想情況下，輸入輸出關(guān)系可由下式表示 （ 36） 其傳遞函數(shù)關(guān)系為 （ 37） 其中 TI = R3C1，實(shí)際電路中 R3 由一個(gè)固定電阻和可調(diào)電阻組成，可以實(shí)現(xiàn)積分時(shí)間的任意調(diào)節(jié)。 比例積分控制電路總的傳遞函數(shù)等于各組成環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)之和，即 (38) 在本系統(tǒng)的溫度控制環(huán)節(jié)我使用的是用粗調(diào)的比例環(huán)節(jié)加上細(xì)調(diào)的積分環(huán)節(jié)進(jìn)行組合控制，由于溫度控制相對是變化緩慢的，因此沒有加入微分調(diào)節(jié)。比例積分能夠使系統(tǒng)快速響應(yīng)，當(dāng)輸入量給 定時(shí)，系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)達(dá)到要求。而積分環(huán)節(jié)是消除誤差，使溫度控制能夠快速溫度的得到調(diào)節(jié)。 pKRRsGp ???? 12)(INOUT URRU 12????? dtUCRU O U T 1131sTsCRsG 1131 11)( ???????????? ????? sTKsGsGsG ppp 111 1)()()(沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)溫度報(bào)警裝置時(shí)，由于報(bào)警裝置只是起到警示作用，所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)相對簡單，如圖，由揚(yáng)聲器與三級管串聯(lián)接到 5 伏電壓源上，由單片機(jī)控制三極管導(dǎo)通，當(dāng)單片機(jī)給低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，揚(yáng)聲器報(bào)警。 +5Q?P N PR?1KR?10KL S ?S P E A K E RP 2 .4 圖 39 報(bào)警電路 收發(fā)電路設(shè)計(jì) X C 11V D D2V S S3F I L T 14V C O 15V C O 26V S S7V D D8D I N9D O U T R F10P W R11CS12X C 220V D D13V S S14A N T 215A N T 116V S S17P W R U P18T X E N19U2R F 4 01Y2R61MC722pC522pT X E NP E R _U PC910 0 pC 10C 11C810 0 pCSR722KT X DR X DL122nC610 0 0pV C CC4C3C156 0 pC20. 01 uR5 圖 310 收發(fā)電路 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 如圖 310 所示， 1 腳和 20 腳之間連接的是震蕩電路，采用 4MHz 的晶震；9 腳是數(shù)據(jù)的輸入引腳， 10 腳是數(shù)據(jù)的輸出引腳 ， 11 腳可以通過選擇不同的R7 值調(diào)整發(fā)射功率，當(dāng) R7＝ 22kΩ時(shí)，有最大發(fā)射功率＋ 10dBm； 15 腳和 16腳是環(huán)形天線的連接引腳； 18 腳可控制工作和待機(jī)模式； 19 腳可以控制發(fā)射和接收模式。 本章小結(jié) 在選擇完器件后，我對硬件的各個(gè)部分進(jìn)行繪制，根據(jù)相應(yīng)功能完成硬件電路圖的繪制。其中有地方在出現(xiàn)問題的時(shí)候?qū)熂皶r(shí)的更正，讓我少走了很多的彎路。才得以在計(jì)劃的時(shí)間內(nèi)完成硬件電路圖。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 在如今微控制器越來越功能強(qiáng)大的今天，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)不但需要設(shè)計(jì)完善的硬 件電路，還需要設(shè)計(jì)合理的和可行的軟件程序。只有在這樣的情況下，應(yīng)用系統(tǒng)才可以完滿地完成設(shè)計(jì)要求完成的任務(wù)?？梢院敛豢鋸埖恼f，微控制器在今天系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是必不可缺的。隨著微控制器的功能越來越完善，有許多在以前只能通過設(shè)計(jì)復(fù)雜電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的工作都可以通過對微控制器的軟件編程來實(shí)現(xiàn)。因此，現(xiàn)在的我們在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該充分享受微控制器為我們帶來的方便。因此在本次設(shè)計(jì)中，微控制器采用擁有豐富的硬、軟件資源的 S51系列單片機(jī)。 在程序設(shè)計(jì)中，程序語言分為 3 種：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。其中，機(jī)器語言是機(jī)器（微控制 器）唯一識別的一種語言，其他語言它不識別。而匯編語言和高級語言是我們用來編寫程序的，在我們編寫程序完成后，必須將編寫的程序語言編譯后翻譯為機(jī)器語言燒進(jìn)微控制器，微控制器才能識別、執(zhí)行。 高級語言的對象是面向問題和計(jì)算過程，它適用于各種各樣的微控制器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)用戶在使用高級語言編程時(shí)可以不用熟練地掌握它的各項(xiàng)性能和指令。由于一句高級語言可以頂多條計(jì)算機(jī)指令使用，所以他的使用功能十分強(qiáng)大，不過高級語言的編程也由此變得更加復(fù)雜了。由于本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件程序語句較少、規(guī)模也比較小，所以本次設(shè)計(jì)語言不使用高級語言 ，選用單片機(jī)匯編語言。匯編語言不向高級語言那樣復(fù)雜，不過它具有編程簡單、方便優(yōu)點(diǎn)，在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中完全滿足設(shè)計(jì)要求。因此，在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件編寫語言使用匯編語言。 由于 MCS51 指令系統(tǒng)的指令周期和高級語言相比長度短，這樣使其指令在空間存儲方面占用的空間小，同時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)時(shí)間短效率高，十分適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)， MCS51 具有豐富、完整的操作指令，可以使用戶編程過程中方便、快速的完成程序的編寫，提高用戶編程的效率。 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件部分程序設(shè)計(jì)主要包括主程序、測溫子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、 寫入子程序、 DS18B20 程序 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 系統(tǒng)程序流圖 系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)主要包括主程序流程圖設(shè)計(jì)，測溫程序流程圖設(shè)計(jì)， 復(fù)位應(yīng)答子程序流程圖設(shè)、寫入子程序流程圖設(shè)計(jì)等。 上位機(jī) 主程序 上位機(jī)主程序開始后先進(jìn)行初始化設(shè)置。初始化的內(nèi)容包括給相應(yīng)的字符名稱賦值， 80C52 單片機(jī)的初始化，設(shè)置串口通信參數(shù)，打開 CPU 中斷，打開串口中斷，設(shè)置定時(shí)器 T0 中斷。沒有中斷的時(shí)候，上位機(jī)子系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，直到有中斷需要響應(yīng)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，向下位機(jī)發(fā)送溫度測試指令，等下位機(jī)接收到完整數(shù) 據(jù)后，將上位機(jī)置接收方式，準(zhǔn)備接收測得的數(shù)據(jù)，在上位機(jī)接收完下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)后，根據(jù)中斷指令進(jìn)行顯示，并保持狀態(tài)，直到響應(yīng)新的中斷為止。由鍵盤輸入溫度數(shù)據(jù)后，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送經(jīng) PID 算法得出的控制信號，下位機(jī)接受到完整數(shù)據(jù)后，控制半導(dǎo)體制冷器加熱或制冷，使溫度達(dá)到設(shè)定值。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 系 統(tǒng) 初 始 化初 始 化 n R F 4 0 1有 中 斷溫 度 測 試 子 程 序無 線 發(fā) 射 子 程 序鍵 盤 輸 入P I D 子 程 序無 線 發(fā) 射 子 程 序無 線 接 收 子 程 序顯 示 子 程 序返 回N oY e sN oY e s 圖 41 系統(tǒng)上位機(jī)流程圖 下位機(jī)主程序 下位機(jī)主程序開始后首先進(jìn)行初始化設(shè)置。初始化的內(nèi)容包括給相應(yīng)的字符名稱賦值，設(shè)置串口通信參數(shù)。下位機(jī)然后向 DS18B20 發(fā)初 始化脈沖。然后發(fā)送 Skip ROM 命令。接著循環(huán)查詢 nRF401 子系統(tǒng)是否置接收方式，直到有接收數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，執(zhí)行溫度的檢測或溫度的控制。然后，將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，復(fù)位返回，準(zhǔn)備進(jìn)行新的測試。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 初 始 化 D S 1 8 B 2 0返 回n R F 4 0 1 置 R X ？無 線 接 收 子 程 序測 溫 度 ？ 溫 度 控 制 ？D S 1 8 B 2 0 測 溫 子 程 序無 線 發(fā) 射 子 程 序溫 度 控 制 子 程 序N oY e sY e sY e sN oN o 圖 42 下位機(jī)流程圖 收發(fā)控制子程序 發(fā)送控制子程序 其主要完成單片機(jī)對單片機(jī)發(fā)送信號的接收工作，以確?？刂葡到y(tǒng)能夠遠(yuǎn)距離無線控制。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 開 始n R F 4 0 1 初 始 化 為 接 收 狀 態(tài)是 否 接 到 傳 數(shù)命 令將 一 幀 數(shù) 據(jù) 打 包 同 時(shí) 做一 備 份 錯(cuò) 誤 重 傳 使 用接 收 到 的 命 令 是 0 X a a 、0 X 2 0 、 0 X e e接 收 端 沒 有 正 確 接 收 上 一 幀 數(shù)據(jù) ， 將 上 一 幀 數(shù) 據(jù) 再 次 發(fā) 出N oY e s0 x a a0 x 2 00 x e e 圖 43 發(fā)送端程 序流程圖 接收控制子程序 開 始n R F 4 0 1 初始 化 為 發(fā) 送開 始 通 信 ?轉(zhuǎn) 為 接 收 狀 態(tài)接 收 到 數(shù) 據(jù) ？等 待 3 9 m s ， 發(fā) 出 重傳 命 令 ， 轉(zhuǎn) 為 接 收向 發(fā) 送 端 發(fā) 出 確 認(rèn) 碼轉(zhuǎn) 為 接 收 狀 態(tài)N o正 確 嗎 ？能 否 糾 正 ？發(fā) 出 重 傳 命 令 ，轉(zhuǎn) 為 接 收 狀 態(tài)繼 續(xù) 傳 數(shù) 嗎 ？發(fā) 出 停 止 傳 數(shù) 命令N oY e sY e sY e sN oN oY e sN oY e s 圖 44 接收端程序流程圖 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 溫度控制模塊的設(shè)計(jì) 溫度測量子程序 初 始 化讀 D S18B 20序 列初 始 化轉(zhuǎn) 換 溫 度匹 配 R O M存 測 溫 點(diǎn) 數(shù) 據(jù)讀 溫 度 數(shù) 據(jù)輸 出 數(shù) 據(jù)返 回 圖 45 溫度測量子程序流程框圖 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 PID控制子程序 其主要完成對溫度控制，是系統(tǒng)中最核心的控制環(huán)節(jié)，所有的硬件軟件都是為了能夠?qū)崿F(xiàn)溫度控制環(huán)節(jié)。其 PID 溫度控制流程圖如圖 46。 取 當(dāng) 前 溫 度取 設(shè) 定 溫計(jì) 算 e （ k k 1 ） = u i （ k ） u r計(jì) 算 △ pp（ k ） = kp* （ e （ k ） e （ k 1 ） ）計(jì) 算 △ p i （ k ） = k i * e （ k ）計(jì) 算 △ p d （ k ） = k d * [ e ( k ) 2 * e ( k 1 ) + e ( k 2 ) ]計(jì) 算 △ p ( k ) = △ pp( k ) + △ p i ( k ) + △ p d ( k )p ( k ) = △ p ( k ) + p ( k 1 )e ( k 2 ) ← e ( k 1 )e ( k 1 ) ← e ( k )返 回 圖 46 PID 控制程序流程框圖 讀出溫度子程序 讀溫度控制子程序主要是讀出溫度檢測器 DS18B20 檢測的溫度，這是溫度控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，能否讓整個(gè)系統(tǒng)處在理想情況下運(yùn)行，主要就是要看DS18B20 溫度傳感器的檢測出的溫度準(zhǔn)確性及其精度是否滿足要求，并且單片沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 機(jī)在處理溫度傳感器反饋回來的溫度是否得當(dāng)，因此這部分軟件程序一定不能出現(xiàn)錯(cuò)誤。 D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位 、 應(yīng) 答 子 程 序跳 過 R O M 匹 配 命 寫 入 子 程 序 溫 度 轉(zhuǎn) 換 命 令 寫 入 子 程 序 顯 示 子 程 序 (延 時(shí) )