【導(dǎo)讀】進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制具有控制方便、簡單和靈活性大、作上位機接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)處理,向單片機發(fā)送控制命令。與單片機采甪串行通信,可實現(xiàn)遠距離溫度檢測和控制。本設(shè)計充分利用PC機。軟件強大的數(shù)據(jù)處理功能和友好的人機界面,對溫度進行實時曲線顯示。本設(shè)計由硬件和軟件二部分組成,本文主要進行硬件部分設(shè)計。證明本設(shè)計性能穩(wěn)定可靠,各項性能指標(biāo)高,可用于實際工程。師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。究所取得的研究成果。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。

　　

【正文】 下，低位在前，高位在后，從 TXD 端（方式 0 除外）一位位地向外發(fā)送。 串行口的接收與否受制于允許接收位 REN 的狀態(tài)，當(dāng) REN 被軟件置“ 1”后，允許接收器接收。接收端 RXD 一位位地接收數(shù)據(jù)，直到收到一個完整的字符數(shù)據(jù)后，控制電路進行最后一次移位，自動去掉啟始位，使接收中斷標(biāo)志 RI 置“ 1”，并向 CPU 申請中斷。 CPU響應(yīng)中斷，用一條指令（ MOV A， SBUF）把接收緩沖器 SBUF（收）的內(nèi)容讀入累加器。 TI和 RI 是由硬件置位的，但需要用軟件復(fù)位。 二、相關(guān)的寄存器 SBUF 是兩個在物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。兩個緩沖器只用一個字節(jié)地址 99H，可通過指令對 SBUF 的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對 發(fā)送緩沖器的操作。串行口對外有兩條獨立的收發(fā)信號線 RXD（ ）、 TXD（ ），因此可以同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全雙工。 SCON 寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，可按位尋址，其字節(jié)地址為 98H。 PCON 中的 SMOD 用來控制波特率加倍。 TMOD 設(shè)置定時器 1 的工作方式，用來產(chǎn)生波特率 如果用到中斷，則還需要用到中斷相關(guān)的寄存器 IE,IP 等 三、四種工作方式： 方式 0： 同步移位寄存器方式，其波特率是固定為振蕩頻率 fosc 的 1/12。在這種工作方式下，發(fā) 送和接收串行數(shù)據(jù)都通過 RXD（ ）進行，從 TXD（ ）輸出移位脈沖，控制外部的移位寄存器移位。 1幀信息為 8位，沒有起始位，停止位。 方式 1： 8位 UART， 1幀信息為 10位，其中一位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）和一個停止位“ 1”，波特率可變，根據(jù)定時器 1的溢出率計算。 方式 2： 9位 UART， 1幀信息為 11位，其中一位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個停止位“ 1”。波特率為振蕩頻率的 1/64 或 1/32。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 方式 3： 9位 UART，幀信息為 11 位，其中一 位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個停止位“ 1”。波特率可變，根據(jù)定時器 1的溢出率計算。 附加的第 9 位數(shù)據(jù)為 SCON 中的 TB8 的值，它由軟件置位或清零，可作為多機通信中地址 /數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，也可作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗位。 四、連接 由于串口用的是 TTL 電平，和 RS232 電平不同，因此，單片機和 PC通信時需要進行電平轉(zhuǎn)換，常用的 IC 是 MAX232,連接圖如圖 211 所示，其中 MAX232 供電腳為＋ 5V，中間連接的電解電容取 50V 1UF。 我們采用了三線制連接串口，也就是說和計 算機的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片機的 11 腳連接，第 9 腳和單片機的 10 腳連接，第 15 腳和單片機的 20 腳連接。 圖 211 使用 MAX232 串口通信電路圖（ 9 孔串口接頭） 電源電路 本設(shè)計的供電電路主要變壓器、整流橋、濾波電路和 78L05 芯片組成。 電源供電 電路[10]如圖 212 所示 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 圖 212 系統(tǒng)供電電源總體電路圖 系統(tǒng)特點 基于上述功能要求及智能儀表應(yīng)具有的體積小、成本低、功能強、抗千擾并盡可能達到更高精度的要求。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計方面具有如下特點： 主機采用 MCS51 系列的 89S52 單片機 價格便宜，有開發(fā)環(huán)境 。 根據(jù)電阻爐測溫范圍的要求，該系統(tǒng)適合采用 DS18B20 作為溫度傳感器， DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。 C~+125176。 C， 在 10~+85176。 C 范圍內(nèi) ,精度為177。176。 C。 DS18B20 的精度較差為177。 2176。 C 。 現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。 由于系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)是電阻爐，其功率調(diào)節(jié)可以采用相控調(diào)壓法和通斷調(diào)功法兩種方式，但考慮到相控調(diào)壓法對電網(wǎng)性能的破壞較大，因此按脈沖寬度調(diào)制法控制輸出信號占空比的大小，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對輸出量的控制。 整個系統(tǒng)遵循了冗余原則及以軟代硬的原則，并盡可能選用典型、常用、易于替換的芯片和電路，為系統(tǒng)的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)擴展和 配置在滿足功能要求的基礎(chǔ)上留有適當(dāng)裕量，以利于擴充和修改。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 24 第三章 系統(tǒng) 軟件 簡介 系統(tǒng)開發(fā)工具介紹 本系統(tǒng)中單片機的開發(fā)工具采用 。標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器 KEIL C51,在保留匯編代碼高效、快速性的同時為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供 C 語言環(huán)境。 C51 集成到 uVision2開發(fā)環(huán)境，這個環(huán)境包括：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，調(diào)試器。 主體程序是圍繞 PID運算和 PWM 調(diào)功 [11]輸出來進行的，其中比例增益、積分增益、微分增益為節(jié)約機時從而不須經(jīng)常運算，只需在有沒定 參數(shù)改動時才進行運算。 主程序流程圖如下圖 31， 下位機通信程序流程圖 如下圖 32 圖 31 主程序流程圖 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 25 圖 32 下位機通信程序流程圖 軟件系統(tǒng)簡介及界面 VB是微軟公司出品的一個快速可視化程序開發(fā)工具軟件，借助微軟在操作系統(tǒng)和辦公軟件的壟斷地位， VB 在短短的幾年內(nèi)風(fēng)靡全球。 VB 是極有和功能強大的軟件，主要表現(xiàn)在：所見即所得的界面設(shè)計，基于對象的設(shè)計方法，極短的軟件開發(fā)周期，較易維護的生成代碼。 美國微軟公司在 1991 年推出 至今已經(jīng)經(jīng)歷了 6 個版本， 運行在 win9x 或winme， win20xx， winxp， windowsNT 等操作系統(tǒng)下，是一個 32 位的應(yīng)用程序開發(fā)工具。它主要有以下幾個特點 [9]： （ 1）成功地簡化了界面的設(shè)計過程。它在 windows 平臺上提供了圖形用戶界面（ GUI）的集成開發(fā)環(huán)境（ IDE）。 （ 2）采用簡單易學(xué)的 Basic 語言。它既適用于沒有任何編程經(jīng)驗的開發(fā)者學(xué)習(xí)，也適合于開發(fā)各種復(fù)雜的底層應(yīng)用程序。 （ 3）具有強大的數(shù)據(jù)和字符串處理功能。 Visual Basic 提供了許多現(xiàn)成的字符串處理函數(shù)。 （ 4）易于擴充。除了簡單易學(xué)的特點以外， Visual Basic 還是一種易于擴充功能的基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 26 開發(fā)系統(tǒng)。 （ 5）提供了 IntelliSense 技術(shù)。當(dāng)你在 Visual Basic 的代碼窗口敲進對象名稱的時候 IntelliSense 技術(shù)會自動向你顯示一些相關(guān)的信息，例如對象的屬性和方法等。 （ 6）提供了多種向?qū)?。利用這些向?qū)?，你可以快速地完成一般性的任?wù)，例如生成其控件不綁定到數(shù)據(jù)控件上的純代碼窗體，建立查詢，添加工具，制作圖表，以及發(fā)布創(chuàng)建的應(yīng)用程序等。 完成后的界面如圖 33 所示 圖 33 單片機與 PC 的溫度控制系統(tǒng)的 VB 界面 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 27 第四章 系統(tǒng)調(diào) 試 硬件調(diào)試首先檢查電路的焊接是否正確，然后 可 用萬用表測試或通電檢測。 硬件調(diào)試主要是針對主控板中單片機模塊和外部輸入、輸出模塊進行調(diào)試。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的調(diào)試和上電后的調(diào)試。 在電路安裝焊接前，首先是對元器件的檢測。對 AT89S5 DS18B20 和 SSR 固態(tài)繼電器 這三個器件在未接電路時是不能檢測其好壞的。對于其他器件則可利用萬用表進行測量。 電阻的測量，用萬用表的歐姆檔測量。二極管、三極管也是根據(jù)其特性用萬用表的歐姆檔測量即可。按鈕的測量也是用歐姆檔測量，只要將表筆兩端接按鈕的兩個引 腳，按下按鈕可以看到指針偏轉(zhuǎn)到 0 刻度。 繼電器的檢測，給繼電器的線圈兩端加一合適的電壓，可以 看到指示燈亮 ?；蛴萌f用表接其管腳，看指針是否偏轉(zhuǎn)為 0 刻度線。 （ 1）上電前的調(diào)試 在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。只要將一個表筆固定在電源端或接地端，另儀表筆接其他連接點，指針偏轉(zhuǎn)到 0 刻度就是通路的。通過萬用表的檢測 ,沒有發(fā)現(xiàn)短路和斷路的地方了，電路基本正常后再進行 下一步調(diào)試。 （ 2）上電后的調(diào)試 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確。 在本設(shè)計中，上電調(diào)試主要是檢測單片機部分與外部輸入、輸出電路是否接對。本次調(diào)試需要通過軟硬件聯(lián)調(diào)來實現(xiàn)。 由于 DS18B20 與單片機采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對DS18B20 進行讀 /寫編程時必須嚴(yán)格地保證讀 /寫時序，否則將無法讀取測量結(jié)果。本程序采用單片機 C語言編寫，用 Keil C51 編譯器編程調(diào)試。 ① 加熱控制調(diào)試 編寫控制語句，使加熱控制動作。加熱控制口為 口 ,要使加熱電路動作 ,可以直接給 ,即程序直接將 1,這樣就使三極管導(dǎo)通 ,繼電器線圈動作 ,觸電吸合 ,加熱器進行加熱。 ② 溫度傳感器 DS18B20 的調(diào)試 在 VB 編寫的顯示界面 調(diào)試到能 成功 顯示溫度值 和顯示溫度曲線 的基礎(chǔ)上，編寫溫度測量子程序以及顯示子程序?qū)Υ瞬糠钟布娐愤M行測試。 在有溫度改變時 （例如用手去接觸），顯示溫度能改變就基本完成本設(shè)計。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 28 總 結(jié) 首先，通過這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業(yè)知識，也深刻了解寫一篇應(yīng)用系統(tǒng)的 步驟和格式，有過這樣的一次訓(xùn)練，相信在接下來的日子我們都會了，而且會做得更好。 我所寫的系統(tǒng)主要根據(jù)目前節(jié)省能源的發(fā)展趨勢和國內(nèi)實際的應(yīng)用特點和要求，采用了自動化的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)對水溫的自動檢測和控制。 系統(tǒng)以單片機 AT89C52為核心部件，單片機系統(tǒng)完成對水溫信號的采集、處理、顯示等功能 。用 Protel軟件繪制電路原理圖和 PCB電路印刷板圖，并在電路板廠制作控制主板 。利用 C語言編制 ,運行程序該系統(tǒng)的主要特點是 : 1)適用性強， 利用 VB友好的人機界面， 用戶只需對界面參數(shù)進行設(shè)置并啟動系統(tǒng)正常運行便可滿足不 同用戶水溫的要求，實現(xiàn)對水溫的實時監(jiān)控。避免了電力力資源的浪費，節(jié)省了能源。 2)將單片機以及溫度傳感器引入對水溫的分析和處理中，單片機控制決策無需建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的魯棒性強，適合對非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制，對水溫控制系統(tǒng)采用單片機控制非常適合。 3)系統(tǒng)成本低廉，操作非常簡單，可擴展性強，只要稍加改變，即可增加其他使用功能。 本系統(tǒng)對現(xiàn)代化的發(fā)展具有十分重要的意義： 首先，節(jié)省了能源，特別是最近幾年，我國東部沿海地區(qū)電力資源缺口十分巨大，可以緩解部分電力資源壓力。 其次，由于我過大部分 電力資源是火力發(fā)電，因而從一定程度上節(jié)省了自然資源，以及保護了環(huán)境。 通過對本設(shè)計的思考，更加加深了對單片機的認(rèn)識，熟練了單片機的編程，更對當(dāng)前的溫度傳感器有了更深刻的認(rèn)識與了解，但是由于此系統(tǒng)依賴溫度傳感器，因而對溫度傳感器的穩(wěn)定性，線性等諸多方面有著嚴(yán)格的要求，但是傳感器的性能越好，相對而言其價格也就越高，因而在此設(shè)計中，溫度傳感器我個人覺的還是存在遺憾，其次，由于采用了C語言，所以其編程 過程復(fù)雜不易查錯。最后由于時間緊迫，本設(shè)計還有諸多地方需要改進，比如改用 RS485串行接口 或是網(wǎng)線，實現(xiàn)遠距離操 作。 由于本設(shè)計是從保溫部分節(jié)能為出發(fā)點而設(shè)計，因而在其加熱部分還是存在很大能源浪費，因而在日后的開發(fā)應(yīng)用中因當(dāng)注意要，對其加熱部分的選材的改進。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 29 參考文獻 [1] 童詩白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M](第三版 ).北京：高等教育出版社， 20xx [2] 毛義敏 .一種 PID 參數(shù)模糊自整定控制器的設(shè)計與仿真 [J].自動化與儀表，20xx,16(3):3638 [3] AT89系列單片機技術(shù)手冊 [S].北京 :北京威立電子技術(shù)有限公司 .1423 [4] 樓然苗 ,李光飛 .單片機課程設(shè)計指導(dǎo) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx [5] 金偉正 ．單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用 [J]．電子技術(shù)應(yīng)用， 20xx(6)： 6668 [6] 沙占友 .智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用 [M].北京 :機械