【導(dǎo)讀】為適應(yīng)這一需要有必要設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好、操作方便的溫度控制系統(tǒng)。課題主要設(shè)計(jì)一個(gè)水溫測(cè)控系統(tǒng)，控制鍋爐中水的溫度，選擇合適的控制規(guī)律，使鍋爐中水的溫度按預(yù)定規(guī)律變化，并且能夠進(jìn)行越限報(bào)警?？赏ㄟ^(guò)鍵盤(pán)，顯示。電路設(shè)定目標(biāo)溫度和參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)按功能分主要包括溫度傳感器模塊、溫度顯。而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。另外通過(guò)單片機(jī)的串口與上位。系統(tǒng)的可讀性更強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能[2]。

　　

【正文】 腳號(hào) 符號(hào) 方向 功能 1 DCD 輸入 載波檢測(cè) 2 RXD 輸入 接收數(shù)據(jù) 3 TXD 輸出 發(fā)送數(shù)據(jù) 4 DTR 輸出 數(shù)據(jù)終端 就緒 5 GND 信號(hào)地 6 DSR 輸入 數(shù)據(jù)裝置就緒 7 RTS 輸出 請(qǐng)求發(fā)送 8 CTS 輸入 清除發(fā)送 9 RI 輸入 振鈴指示 123456789...河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 是指?jìng)鬏斁嚯x小于 15 米的通訊，可以用 RS232 電纜直接連接。 15 米以上的長(zhǎng)距離通訊，需要采用調(diào)制調(diào)解器 [12~13]。 當(dāng)計(jì)算機(jī)與終端之間利用 RS232 作近程連接時(shí)，有幾根線實(shí)現(xiàn)交 換連接。本設(shè)計(jì) 不需要檢測(cè)數(shù)據(jù)等信號(hào)狀態(tài)的通訊程序 。 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線 ： 發(fā)送數(shù)據(jù) (Transmitted dataTxD)——通過(guò) TxD 終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM， (DTE→ DCE)。 接收數(shù)據(jù) (Received dataRxD)——通過(guò) RxD 線終端接收從 MODEM 發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù) ， (DCE→ DTE)。 MAX232 芯片介紹 MAX232 芯片是美信（ MAXIM）公司專為 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用 +5v 單電源供電。電容器應(yīng)選擇 1μ F 的 電容。由于 RS232 電平較高，在 接通時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電涌非常高，很有可能擊毀 max232，所以在使用中應(yīng)盡量避免熱插拔。 ① 符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 。 ② 只需要單一 +5V電源供電 。 ③ 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V和 10V電壓 V+、V。 ④ 功耗低，典型供電電流 5mA。 ⑤ 內(nèi)部集成 2 個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 。 ⑥ 高集成度，片外最低只需 4 個(gè)電容即可工作。 串口硬件連接圖 串口硬件連接圖如 314 所示 : 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 圖 314 串口硬件連接 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 設(shè)計(jì) 固態(tài)繼電器的分類與工作原理 固態(tài)繼電器 (Solid State Relays,縮寫(xiě) SSR)是一種無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來(lái)實(shí)現(xiàn)控制回路 (輸入電路 )與負(fù)載回路 (輸出電路 )的電隔離及信號(hào)耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無(wú)任何可動(dòng)部件。盡管市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)規(guī)格繁 多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入 (控制 )電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出 (負(fù)載 )電路三部分組成。 固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個(gè)別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時(shí)，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓范圍。 固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦 合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光 三極管、光 雙向可控硅、光 二極管陣列 (光 伏 )等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約 10MHz 的自激振蕩，通過(guò)變壓器磁芯將高頻信號(hào)傳遞到變壓器次級(jí)。功能電路可包括檢波整流、過(guò)零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號(hào)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件 (芯片 )和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時(shí)還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)繼電器使 用的輸出器件主要有晶體三極管 (Transistor)、單向可控硅 (Thyristor 或 SCR)、雙向可控硅 (Triac)、 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管 (IGBT)等。 固態(tài)繼電器原理 固態(tài)繼電器 (Solidstate Relay, SSR)是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，利用電子組件 (如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體組件 )的開(kāi)關(guān)特性，達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、而能接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱為 “無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) ”。相對(duì)于以往的 “線圈 —簧片觸點(diǎn)式 ”繼電器 (Electromechanical Relay, EMR)， SSR 沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械零件，工作中也沒(méi)有任何機(jī)械動(dòng)作，具有超越 EMR的優(yōu)勢(shì)，如反應(yīng)快、可靠度高、壽命長(zhǎng) (SSR 的開(kāi)關(guān)次數(shù)可達(dá) 108109 次，比一般EMR 的 106 高出百倍 )、無(wú)動(dòng)作噪聲、耐震、耐機(jī)械沖擊、具有良好的防潮防霉防腐特性。這些特點(diǎn)使 SSR 在軍事、化工、和各種工業(yè)民用電控設(shè)備中均有廣泛應(yīng)用。固態(tài)繼電器的控制信號(hào)所需的功率極低，因此可以用弱信號(hào)控制強(qiáng)電流。同時(shí)交流型的 SSR 采用過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，使 SSR 可以安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口，不會(huì)像 EMR 那樣產(chǎn)生一系列對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾， 甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重當(dāng)機(jī)。比較常用的是DIP 封裝的型式?？刂齐妷汉拓?fù)載電壓按使用場(chǎng)合可以分成交流和直流兩大類，因此會(huì)有 DCAC、 DCDC、 ACAC、 ACDC 四種型式，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開(kāi)關(guān)，不能混用 .按負(fù)載電源的類型不同可將 SSR 分為交流固態(tài)繼電器 (AC—SSR)和直流固態(tài)繼電器 (DC—SSR)。 AC—SSR 是以雙向晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，用來(lái)接通或斷開(kāi)交流負(fù)載電源的固態(tài)繼電器。 AC—SSR 的控制觸發(fā)方式不同，又可分為過(guò)零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種。過(guò)零觸發(fā)型 AC—SSR 是當(dāng)控制信號(hào)輸入后，在交流 電源經(jīng)過(guò)零電壓附近時(shí)導(dǎo)通，故干擾很小。隨機(jī)導(dǎo)通型 AC—SSR則是在交流電源的任一相位上導(dǎo)通或關(guān)斷，因此在導(dǎo)通瞬間可能產(chǎn)生較大的干擾。 固態(tài)繼電器 的硬件連接圖 這里使用 交流固態(tài)繼電器 (AC—SSR)，單片機(jī)高電平驅(qū) 動(dòng)三極管 9014 的基極 ，固態(tài)繼電器的一端接在三極管的發(fā)射極。電路連接圖如 315 所示 ： 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 圖 315 串口硬件連接 圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化功能，硬件設(shè)計(jì)只是完成了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分，整個(gè)功能的智能化實(shí)現(xiàn)還是要靠軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。在智能測(cè)控系統(tǒng)中軟件的重要性與硬件同樣重要。硬件是設(shè)計(jì)的軀體，軟件是設(shè)計(jì)的靈魂，當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路確定之后，系統(tǒng)的主要功能還要靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上就決定了產(chǎn)品的性能。為了滿足系統(tǒng)的要求，編制軟件時(shí)一般要符合以下基本要求： ① 易理解性、易維護(hù)性。要達(dá)到易理解和易維護(hù)等指標(biāo)，在軟件的設(shè)計(jì)方法中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是最好的一種設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法時(shí)由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能。確定整體目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)的任務(wù)，任務(wù)中可以分成 若干個(gè)子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)。 ② 實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)性是電子測(cè)量系統(tǒng)的普遍要求，即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。近年來(lái)，由于硬件的集成度與速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性比較容易滿足設(shè)計(jì)的要求。 ③ 準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的運(yùn)算。算法的正確性和準(zhǔn)確性對(duì)結(jié)果有著直接的影響，因此再算法的選擇、計(jì)算的精度等方面都要附和設(shè)計(jì)的要求。 主程序的設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)上電復(fù) 位后，即進(jìn)入歡迎界面顯示程序，顯示“ dian zu lu wen kong zhi xi tong” ,按切換鍵可以進(jìn)行溫控 溫控 1 時(shí)間、溫控 溫控 2 時(shí)間及報(bào)警溫度的設(shè)置，按運(yùn)行鍵啟動(dòng)溫控。主程序的作用是完成溫度的檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果通過(guò) LCD1602 顯示出來(lái)。主程序首先要做初始化，包括 DS18B20 測(cè)量開(kāi)始命令的初始化， LCD1602 顯示初始化，串口通信初始化等等。主程序的流程 圖如圖 41 所示。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2 圖 41 系統(tǒng)流程圖 開(kāi)始 界面初始化 溫度讀取，顯示及控制 按鍵掃描，設(shè)置溫度及時(shí)間 當(dāng)前溫度 報(bào)警溫度？ 聲光報(bào)警 當(dāng)前溫度 +10預(yù)設(shè)溫度一？ Y N要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] Y Y要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] Y 常加熱 N要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] 當(dāng)前溫度 預(yù)設(shè)溫度一？ 停止加熱 PID 加熱 N要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)Y要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] 檢測(cè)當(dāng)前溫度 =預(yù)設(shè)溫度一？ N要。您可將文本框放置在文檔中開(kāi)始計(jì)時(shí) 當(dāng)前計(jì)時(shí) =預(yù)設(shè)時(shí)間一？ 當(dāng)前溫度 +10預(yù)設(shè)溫度二？一？ Y要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] 常加熱 N要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] 當(dāng)前溫度 預(yù)設(shè)溫度二？ 停止加熱 N要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”Y要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] PID 加熱 檢測(cè)當(dāng)前溫度 =預(yù)設(shè)溫度二？ N要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖Y要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] Y要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請(qǐng)使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。] 開(kāi)始計(jì)時(shí) 當(dāng)前計(jì)時(shí) =預(yù)設(shè)時(shí)間二？ 跳出溫控 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 液晶顯示模塊 液晶顯示模塊主要完成人機(jī)交互界面的顯示及系統(tǒng)相關(guān)的操作指示。具 體能顯示預(yù)設(shè)溫度值、預(yù)設(shè)溫控時(shí)間、當(dāng)前的溫度值。液晶工作流程如 圖 42： 圖 42 液晶顯示流程圖 溫度模塊軟件設(shè)計(jì) DS18B20 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取程序設(shè)計(jì) 液晶驅(qū)動(dòng)函數(shù) 寫(xiě)命令函數(shù) 寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù) 液晶管腳定義 溫度讀取顯示子函數(shù) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 28 對(duì)爐內(nèi)溫度的檢測(cè)通過(guò)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)的，在溫度模塊硬件電路的設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)的硬件電路做了設(shè)計(jì)，現(xiàn)在設(shè)計(jì) DS18B20 的軟件部分。 ① .DS18B20 的內(nèi)部數(shù)據(jù)部件 1)光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的 , 它可以看作是 DS18B20的地址序列碼。 64 位光刻的 ROM 排列是 :開(kāi)始 8 位 (24H)是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào) , 接著的48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào) , 最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同 , 這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上 掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 2)DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量 , 以 12 位轉(zhuǎn)化為例用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供 , 以 ℃ /LSB 的形式表達(dá)