【導讀】隨著生產(chǎn)生活的需要，自動化控制越來越起到至關(guān)重要的作用。等鍋爐中溫度進行測量與控制。特別是冶金，化工、建材、食品、機械、石油等。向性、時滯性、大慣性和時變性的特征，同時要實現(xiàn)溫度控制的快速性和準確性，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的意義。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文采用單片機來實現(xiàn)對溫。它的主要組成部分有：STC89C52單片機、溫度傳感器、鍵盤與顯示電。制溫度的技術(shù)指標。

　　

【正文】 顏色的 LED 燈，則共有 8個 LED 燈，當超過上限的時一種顏色的 LED 燈發(fā)亮，超過下限的時候則另一種顏色的 LED 發(fā)亮，此方案在遇到上述的問題時，則不會分不清楚是哪 路超過上限還是下限，例如當?shù)谝宦泛偷诙返臏囟榷汲^下限設(shè)定的溫度時候，則第一路和第二路設(shè)定下限的 LED 燈會亮起，并且 4 路上下限的 LED 燈和每一路上下限的是通過并聯(lián)聯(lián)起來的，不會造成分不清，故，采用此方案。 加熱控制電路 當測出的溫度與設(shè)定的溫度范圍不符時，低于設(shè)定溫度，將由加熱控制電路（即溫度控制電路）進行調(diào)整， 溫度控制電路由以下兩種方案： 方案一：可控硅調(diào)功方法 溫度的控制電路可以采用可控硅調(diào)整功的方法來實現(xiàn)。雙向可控硅它就相當于兩個反相而且并聯(lián)的普通的可控硅，具有正反相都能控制導通的特性 ，可用作調(diào)溫器。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 21 圖 217 可控硅調(diào)功器輸出功率與通斷電 T 關(guān)系 對于這樣的執(zhí)行機構(gòu)，單片機只要輸出能控制可控硅通斷時間的脈沖作為信號就可以了，這可用一條功線通過程序輸出控制脈沖。 為了達到過零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測電路，此電路輸出對應于 50HZ 交流電壓過零時刻的脈沖作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖，是可控硅在交流電壓過零時刻觸發(fā)導通，電路如下圖： 圖 218 過零觸發(fā)電路 方案二：采用 4N25 和繼電器等構(gòu)成一 個開關(guān)器件 其原理如圖 219 所示電路。該電路適用驅(qū)動氣動元件中的電氣轉(zhuǎn)換閥，從而實現(xiàn)微機對氣動開關(guān)的控制。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 22 圖 219 加熱控制電路原理圖 方案比較： 方案一控制較為復雜，系統(tǒng)安全與穩(wěn)定性不高。因此選用方案二，簡單易實現(xiàn)的繼電器控制電路。 溫度采集電路結(jié)構(gòu) 溫度采集電路結(jié)構(gòu)如圖 220 所示。圖中給出了 4 路溫度采集電路， 4 只智能溫度傳感器 DS18B20 的信號輸出端都連接到單片機的 端，電阻 R6 作為上拉電阻。如果需要增加，可以在 端再連接更多的智能溫度傳感器 DS18B20。 工作時，由程序控制讀取某智能溫度傳感器 DS18B20 采集的溫度數(shù)據(jù)，送單片機處理。 圖 220 多點溫度采集電路 硬件的的選擇以及設(shè)計可以稱之為本設(shè)計的核心內(nèi)容。本章就是將設(shè)計中的六大模塊的實質(zhì)性內(nèi)容的設(shè)計方法表達出來，同時利用對比的方法將本設(shè)計中的六大模塊所使用用的元器件選擇出來。在接下來則會詳細介紹一下軟件的一些相關(guān)設(shè)計。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件采用 C 語言編寫，在 Windows XP 的環(huán)境下 Keil uVision3 進行編寫，對STC89C52 進行編程以實現(xiàn)各 項功能。在整個軟件的設(shè)計過程中，使用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想這使得設(shè)計出來的程序變的更加的具有靈活性和可變性的特點，同時這樣設(shè)計出來的程序也會變的更加的具有較強的可移植性，這樣就會為系統(tǒng)的二次開發(fā)或者開發(fā)此類系統(tǒng)程序的時候提供了極大的方便。 系統(tǒng)子程序分析 系統(tǒng)子程序是根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計要求結(jié)合著硬件電路的原理，嚴格的按照硬件的連接和各個模塊芯片的特性以及如何實現(xiàn)功能的要求，本系統(tǒng)的主要流程包括四個步驟：系統(tǒng)初始化， DS18B LCD 顯示。 在設(shè)計需要以下說明：入口地址 0000H，外部 0 中斷入口地 址 0003H，定時器 T0中斷入口地址 000BH,由于整個程序的編寫采用 C 語言，針對各個內(nèi)存單元的定義就不會有匯編程序那樣的嚴格的要求與繁瑣的思路， C 語言也有了較強的可移植性。 軟件整體設(shè)計思路 由于本次設(shè)計所需要的程序量較大，因此采用模塊式的程序編寫思路會使整個程序的編寫過程更加清晰，同時也會讓后期的修改工作更加便捷，程序的閱讀更加容易理解。軟件總體由三個模塊組成：溫度模塊，顯示模塊，溫度數(shù)據(jù)分析各個模塊。讓程序的結(jié)構(gòu)變的更加的簡單，同時提高程序的實用性。 另外由于本次課題是一個軟硬結(jié)合的課題，許多程 序的編寫都需要在充分了解硬件整體制作的情況下編寫，例如芯片管腳等，都會影響到程序中的代碼編寫。而在控制部分，由于硬件部分的制作臨時發(fā)生了改變，因此在編寫控制部分的程序時思路也發(fā)生了變化。 中斷服務程序設(shè)計 首先保護現(xiàn)場，再重新設(shè)置定時 /記數(shù)器，然后進行計數(shù)。讓標志自加，當計時 2s時進行數(shù)據(jù)采集和刷新顯示。其具體的程序流程圖如圖 31 所示。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 圖 31 中斷服務框圖 溫度采集子程序 DS18B20 的工作遵循嚴格的單總線協(xié)議。工作中系統(tǒng)對 DS18B20 的操作以 ROM 的 命令和存儲器 命令形式出現(xiàn)。其中 ROM操作命令均為 8位長，命令代碼分別為：讀 ROM（ 33H）、匹配 ROM（ 55H）、跳過 ROM（ CCH）、搜索 ROM（ F0H）和告警搜索（ ECH）命令。主機控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復位脈沖（最短為 480ms 的低電平），接著主機釋放總線進入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后，等待 15~60ms 然后發(fā)出存在脈沖（ 60~240ms 的低電平）。 DS18B20 子程序 分 為： DS18B20 初始化程序、讀 DS18B20 子程序、寫 DS18B20 子程 序 。由三個基本子程序組合得到 DS18B20 的工作流程圖。如下圖 32 所示 DS18B20 的工作流程圖。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 圖 32 DS18B20 的工作流程圖 開始 初始化 DS18B20 發(fā)搜索 ROM 命令 讀并存儲當前 DS18B20 存在一個 DS1820? 初始化 DS18B20 跳過 ROM 命令 溫度轉(zhuǎn)換命令 等待 1ms 轉(zhuǎn)換結(jié)束 初始化 DS1820 匹配 ROM 命令 發(fā)一個 DS18B20 序列號 讀當前 DS18B20 溫度 所有 18B20 都訪問完畢 返回 Y N Y N 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 26 LCD 顯示模塊 一般市場上的 1602 液晶使用的驅(qū)動器為 HD44780U 或 HD44780S 市場上大部分液晶用的是后者。 HD44780S 的供電電壓為 5V177。 10%而 HD44780U 的供電電壓為。也就是說絕大部分 1602 液晶只能工作在 5V 電壓下其供電電壓必須為 5V。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn) 1602 液晶的供電雖然必須為 5V但其控制總線和數(shù)據(jù)總線可以用 電平因為對于 TTL電平一般大于 MCU 的 IO 配置為漏極開路方式用上拉電阻拉到 5V 電平實在不能配置為漏極開路方式時請查閱 MCU 的電氣參數(shù)在允許的條件下直接使用電阻弱上拉也可以。 LCD1602 的顯示程序模塊，首先將 LCD1602 進行初始化，寫控制命令，然后對LCD1602 進行讀寫命令的操作。 寫指令源碼： void write_(uchar )//lcd1602 液晶寫指令 { lcdrs=0。 P0=。 delay(5)。 lcden=1。 delay(5)。 lcden=0。 } 寫數(shù)據(jù)源碼： void write_data(uchar date)//lcd1602 液晶寫數(shù)據(jù) { lcdrs=1。 P0=date。 delay(5)。 lcden=1。 delay(5)。 lcden=0。 } 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 27 圖 33 LCD 顯示模塊流程圖 本章小結(jié) 本章主要的是介紹本設(shè)計的另外一個重點內(nèi)容，程序的設(shè)計，主要是通過一些流程圖來介紹軟件設(shè)計的大概思路。下邊是介紹了一下關(guān)于仿真以及調(diào)試的部分。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 28 5 系統(tǒng) PCB 板制作和系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)的調(diào)試 在完成系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件編程后，就進入了設(shè)計的重點部分 — 系統(tǒng)調(diào)試階段。此階 段的任務是排除硬件電路故障，糾正軟件設(shè)計錯誤，從而達到軟硬件之間的協(xié)調(diào)，使其很好的工作，完成系統(tǒng)功能。這個階段包含硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩部分。硬件 調(diào)試可分成以下幾個部分單獨調(diào)試：單片機系統(tǒng)調(diào)試， A/D 采集模塊調(diào)試，運算放大模塊，顯示電路調(diào)試。 單片機系統(tǒng)調(diào)試 最小系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心，必須保證它的正常工作。首先得保證電路中線路的連接必須是正確的和每一個線路必須是導通，接著還要看看單片機的晶振電路中的晶振有沒有起振， 還有確認 單片機的 EA 端是否懸空未接。還有就是接在晶振電路中的電容，電容的大小對晶振的穩(wěn)定有很大 的關(guān)系，電容大則有利于晶振在起振時的穩(wěn)定，但是電容大又不容易使晶振起振，反之電容小的話晶振起振就容易，但起振后的穩(wěn)定性差，有時系統(tǒng)板工作不正?；蚴窍到y(tǒng)不穩(wěn)定往往就是由于晶振電路的這兩個電容選擇不當而引起的。對于內(nèi)部有 8K字節(jié)程序存儲器，若 EA 引腳接 VCC（＋ 5V），則程序計數(shù)器 PC 的值在 0至 1FFFH 之間時， CPU 取指令時訪問內(nèi)部的程序存儲器； PC 值大于 1FFFH 時，則訪問外部的程序存儲器。如果 EA 接 VSS（地），則內(nèi)部的程序存儲器被忽略， CPU 總是從外部的程序存儲器中取指令。若 EA 腳懸空，則 CPU 不訪問內(nèi) 部的程序存儲器，寫入它的程序就不能正常運行。當把 EA 腳接 VCC 后，系統(tǒng)才能工作正常。 DS18B20 采溫調(diào)試 由于 DS18B20 是集成的數(shù)字溫度傳感器，其硬件電路十分簡單。在硬件調(diào)試時只需檢查接線是否正確即可，一般 DS18B20 沒有燒壞及連線正確的話，硬件就沒有問題了。此部分的調(diào)試主要是利用軟件來實現(xiàn)，所以其調(diào)試可在其它部分調(diào)試完畢后進行。如果其它部分調(diào)試都完成，從機可先不接 DS18B20，直接在軟件中給定一確定的溫度值，看數(shù)據(jù)能否在主機上正確顯示，能的話說明系統(tǒng)的無線收發(fā)以及顯示都已實現(xiàn)，再接上數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，輸入編出的軟件后看主機是否顯示正確的溫度值。經(jīng)過反復的調(diào)試實現(xiàn)了 DS18B20 的正確采溫。 溫度控制電路的調(diào)試 溫度控制電路的控制是通過單片機輸出開關(guān)量來實現(xiàn)的，所以調(diào)試時可以順著信號流向逐步測量它的高低電平。首先檢查電路中是否有虛焊、假焊或短路。然后可以直接將電路的前端信號輸入端置 0 然后沿著光耦測量它的高低電平，發(fā)現(xiàn)無誤之后，將前端輸入連續(xù)置 0 置 1 可以聽到繼電器連續(xù)的噠噠聲。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 29 系統(tǒng)程序仿真調(diào)試 軟件的調(diào)試我們主要在 Proteus7 的環(huán)境下進行仿真，讓程序能 實現(xiàn)設(shè)定方案要求。雙擊單片機會彈出一個對話框如圖 ，把程序?qū)?。就好比我們把程序下載到單片機里面是一樣的。在點擊仿真窗口下面的一個運行。 圖 程序?qū)雽υ捒? 點擊運行后，我們能看到一個運行的畫面。引腳上的紅藍表示的是管腳的高低點位狀態(tài)。對應設(shè)計要求我們可以看到仿真溫度的顯示是正常的。液晶也能正常顯示。所以程序調(diào)試通過。本設(shè)計中的溫度下限值為 55℃，上限值為 +125℃。圖 所示的仿真程序正常的結(jié)果。 北京理工大學珠海學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 30