【導(dǎo)讀】進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大、作上位機(jī)接收單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,向單片機(jī)發(fā)送控制命令。與單片機(jī)采甪串行通信,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)和控制。本設(shè)計(jì)充分利用PC機(jī)。軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和友好的人機(jī)界面,對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示。本設(shè)計(jì)由硬件和軟件二部分組成,本文主要進(jìn)行硬件部分設(shè)計(jì)。證明本設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定可靠,各項(xiàng)性能指標(biāo)高,可用于實(shí)際工程。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。而使用過(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。究所取得的研究成果。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)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(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)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(gè)完整的字符數(shù)據(jù)后，控制電路進(jìn)行最后一次移位，自動(dòng)去掉啟始位，使接收中斷標(biāo)志 RI 置“ 1”，并向 CPU 申請(qǐng)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(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖器只用一個(gè)字節(jié)地址 99H，可通過(guò)指令對(duì) SBUF 的讀寫(xiě)來(lái)區(qū)別是對(duì)接收緩沖器的操作還是對(duì) 發(fā)送緩沖器的操作。串行口對(duì)外有兩條獨(dú)立的收發(fā)信號(hào)線(xiàn) RXD（ ）、 TXD（ ），因此可以同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全雙工。 SCON 寄存器用來(lái)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(lái)控制波特率加倍。 TMOD 設(shè)置定時(shí)器 1 的工作方式，用來(lái)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(guò) RXD（ ）進(jìn)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(méi)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(gè)停止位“ 1”，波特率可變，根據(jù)定時(shí)器 1的溢出率計(jì)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(gè)停止位“ 1”。波特率為振蕩頻率的 1/64 或 1/32。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(gè)停止位“ 1”。波特率可變，根據(jù)定時(shí)器 1的溢出率計(jì)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(jī)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(yàn)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(jī)和 PC通信時(shí)需要進(jìn)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(xiàn)制連接串口，也就是說(shuō)和計(jì) 算機(jī)的 9 針串口只連接其中的 3 根線(xiàn)：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我們來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片機(jī)的 11 腳連接，第 9 腳和單片機(jī)的 10 腳連接，第 15 腳和單片機(jī)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(jì)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(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 圖 212 系統(tǒng)供電電源總體電路圖 系統(tǒng)特點(diǎn) 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(qiáng)、抗千擾并盡可能達(dá)到更高精度的要求。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)方面具有如下特點(diǎn)： 主機(jī)采用 MCS51 系列的 89S52 單片機(jī) 價(jià)格便宜，有開(kāi)發(fā)環(huán)境 。 根據(jù)電阻爐測(cè)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(xiàn)總線(xiàn)”接口，測(cè)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(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”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(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 由于系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)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(duì)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(hào)占空比的大小，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)輸出量的控制。 整個(gè)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(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)擴(kuò)展和 配置在滿(mǎn)足功能要求的基礎(chǔ)上留有適當(dāng)裕量，以利于擴(kuò)充和修改。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 第三章 系統(tǒng) 軟件 簡(jiǎn)介 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具介紹 本系統(tǒng)中單片機(jī)的開(kāi)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(shí)為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供 C 語(yǔ)言環(huán)境。 C51 集成到 uVision2開(kāi)發(fā)環(huán)境，這個(gè)環(huán)境包括：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，調(diào)試器。 主體程序是圍繞 PID運(yùn)算和 PWM 調(diào)功 [11]輸出來(lái)進(jìn)行的，其中比例增益、積分增益、微分增益為節(jié)約機(jī)時(shí)從而不須經(jīng)常運(yùn)算，只需在有沒(méi)定 參數(shù)改動(dòng)時(shí)才進(jìn)行運(yùn)算。 主程序流程圖如下圖 31， 下位機(jī)通信程序流程圖 如下圖 32 圖 31 主程序流程圖 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25 圖 32 下位機(jī)通信程序流程圖 軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介及界面 VB是微軟公司出品的一個(gè)快速可視化程序開(kāi)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(qiáng)大的軟件，主要表現(xiàn)在：所見(jiàn)即所得的界面設(shè)計(jì)，基于對(duì)象的設(shè)計(jì)方法，極短的軟件開(kāi)發(fā)周期，較易維護(hù)的生成代碼。 美國(guó)微軟公司在 1991 年推出 至今已經(jīng)經(jīng)歷了 6 個(gè)版本， 運(yùn)行在 win9x 或winme， win20xx， winxp， windowsNT 等操作系統(tǒng)下，是一個(gè) 32 位的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。它主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) [9]： （ 1）成功地簡(jiǎn)化了界面的設(shè)計(jì)過(guò)程。它在 windows 平臺(tái)上提供了圖形用戶(hù)界面（ GUI）的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ IDE）。 （ 2）采用簡(jiǎn)單易學(xué)的 Basic 語(yǔ)言。它既適用于沒(méi)有任何編程經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)者學(xué)習(xí)，也適合于開(kāi)發(fā)各種復(fù)雜的底層應(yīng)用程序。 （ 3）具有強(qiáng)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(kuò)充。除了簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)以外， Visual Basic 還是一種易于擴(kuò)充功能的基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 26 開(kāi)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(jìn)對(duì)象名稱(chēng)的時(shí)候 IntelliSense 技術(shù)會(huì)自動(dòng)向你顯示一些相關(guān)的信息，例如對(duì)象的屬性和方法等。 （ 6）提供了多種向?qū)?。利用這些向?qū)В憧梢钥焖俚赝瓿梢话阈缘娜蝿?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(xún)，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(jī)與 PC 的溫度控制系統(tǒng)的 VB 界面 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(wàn)用表測(cè)試或通電檢測(cè)。 硬件調(diào)試主要是針對(duì)主控板中單片機(jī)模塊和外部輸入、輸出模塊進(jìn)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(duì)元器件的檢測(cè)。對(duì) AT89S5 DS18B20 和 SSR 固態(tài)繼電器 這三個(gè)器件在未接電路時(shí)是不能檢測(cè)其好壞的。對(duì)于其他器件則可利用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量。 電阻的測(cè)量，用萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)量。二極管、三極管也是根據(jù)其特性用萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)量即可。按鈕的測(cè)量也是用歐姆檔測(cè)量，只要將表筆兩端接按鈕的兩個(gè)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(cè)，給繼電器的線(xiàn)圈兩端加一合適的電壓，可以 看到指示燈亮 ?；蛴萌f(wàn)用表接其管腳，看指針是否偏轉(zhuǎn)為 0 刻度線(xiàn)。 （ 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(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。只要將一個(gè)表筆固定在電源端或接地端，另儀表筆接其他連接點(diǎn)，指針偏轉(zhuǎn)到 0 刻度就是通路的。通過(guò)萬(wàn)用表的檢測(cè) ,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)短路和斷路的地方了，電路基本正常后再進(jìn)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(wú)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(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確。 在本設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要是檢測(cè)單片機(jī)部分與外部輸入、輸出電路是否接對(duì)。本次調(diào)試需要通過(guò)軟硬件聯(lián)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于 DS18B20 與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對(duì)DS18B20 進(jìn)行讀 /寫(xiě)編程時(shí)必須嚴(yán)格地保證讀 /寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)量結(jié)果。本程序采用單片機(jī) C語(yǔ)言編寫(xiě)，用 Keil C51 編譯器編程調(diào)試。 ① 加熱控制調(diào)試 編寫(xiě)控制語(yǔ)句，使加熱控制動(dòng)作。加熱控制口為 口 ,要使加熱電路動(dòng)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(xiàn)圈動(dòng)作 ,觸電吸合 ,加熱器進(jìn)行加熱。 ② 溫度傳感器 DS18B20 的調(diào)試 在 VB 編寫(xiě)的顯示界面 調(diào)試到能 成功 顯示溫度值 和顯示溫度曲線(xiàn) 的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)溫度測(cè)量子程序以及顯示子程序?qū)Υ瞬糠钟布娐愤M(jìn)行測(cè)試。 在有溫度改變時(shí) （例如用手去接觸），顯示溫度能改變就基本完成本設(shè)計(jì)。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 28 總 結(jié) 首先，通過(guò)這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在很大程度上提高了自己的獨(dú)立思考能力和單片機(jī)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也深刻了解寫(xiě)一篇應(yīng)用系統(tǒng)的 步驟和格式，有過(guò)這樣的一次訓(xùn)練，相信在接下來(lái)的日子我們都會(huì)了，而且會(huì)做得更好。 我所寫(xiě)的系統(tǒng)主要根據(jù)目前節(jié)省能源的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)實(shí)際的應(yīng)用特點(diǎn)和要求，采用了自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)檢測(cè)和控制。 系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C52為核心部件，單片機(jī)系統(tǒng)完成對(duì)水溫信號(hào)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(yǔ)言編制 ,運(yùn)行程序該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是 : 1)適用性強(qiáng)， 利用 VB友好的人機(jī)界面， 用戶(hù)只需對(duì)界面參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并啟動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行便可滿(mǎn)足不 同用戶(hù)水溫的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控。避免了電力力資源的浪費(fèi)，節(jié)省了能源。 2)將單片機(jī)以及溫度傳感器引入對(duì)水溫的分析和處理中，單片機(jī)控制決策無(wú)需建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適合對(duì)非線(xiàn)性、時(shí)變、滯后系統(tǒng)的控制，對(duì)水溫控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制非常適合。 3)系統(tǒng)成本低廉，操作非常簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，只要稍加改變，即可增加其他使用功能。 本系統(tǒng)對(duì)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(guó)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(guò)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(hù)了環(huán)境。 通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)的思考，更加加深了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，熟練了單片機(jī)的編程，更對(duì)當(dāng)前的溫度傳感器有了更深刻的認(rèn)識(shí)與了解，但是由于此系統(tǒng)依賴(lài)溫度傳感器，因而對(duì)溫度傳感器的穩(wěn)定性，線(xiàn)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(duì)而言其價(jià)格也就越高，因而在此設(shè)計(jì)中，溫度傳感器我個(gè)人覺(jué)的還是存在遺憾，其次，由于采用了C語(yǔ)言，所以其編程 過(guò)程復(fù)雜不易查錯(cuò)。最后由于時(shí)間緊迫，本設(shè)計(jì)還有諸多地方需要改進(jìn)，比如改用 RS485串行接口 或是網(wǎng)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操 作。 由于本設(shè)計(jì)是從保溫部分節(jié)能為出發(fā)點(diǎn)而設(shè)計(jì)，因而在其加熱部分還是存在很大能源浪費(fèi)，因而在日后的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中因當(dāng)注意要，對(duì)其加熱部分的選材的改進(jìn)。 基于單片機(jī)與 PC 機(jī)的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 29 參考文獻(xiàn) [1] 童詩(shī)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(jì)與仿真 [J].自動(dòng)化與儀表，20xx,16(3):3638 [3] AT89系列單片機(jī)技術(shù)手冊(cè) [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(jī)課程設(shè)計(jì)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(xiàn)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(jī)械