【正文】 如圖 71 所示：主程序模塊的程序流程圖，見附錄三。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模 塊等組成。 四、可靠性；是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作 為能夠穩(wěn)定運行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。為了達(dá)到系統(tǒng)的要求，編制軟件時一般要符合以下基本要求： 一、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)計方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是最好的一種設(shè)計方法，這種設(shè)計方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個目標(biāo)分成一個個的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個實現(xiàn)。 26 第 26 頁 共 54 頁 圖 61 系統(tǒng) PCB 圖 在 PCB圖的布局時，根據(jù)電路特點進(jìn)行了原件的合理擺放，原件封裝大小、和焊盤的設(shè)置都進(jìn)行相關(guān)確認(rèn)之后用手動進(jìn)行布線，其中為了節(jié)省空間，將晶振電路放到了單片機(jī)的底座下，這樣既節(jié)省了空間也使電路看起來更加美觀，如圖 62所示。 6 系統(tǒng)原理圖及 PCB 圖 系統(tǒng)原理圖 從功能模 塊上來系統(tǒng)分有：主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路。 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集電路主要由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集水溫的溫度。采用寄生電源供電方式時 VDD 和 GND 端均接地。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 ⑥ 重復(fù)上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 ② 延時確定的時間為 15微秒。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行 等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時控制）。 ② 延時（該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點） ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。有 DS18B20 的操作協(xié)議，根據(jù) DS18B20 的初始化時序、寫時序、讀時序要求，設(shè)計出對操作的通用初始化子程序模塊、寫字節(jié)程序模塊、讀字節(jié)程序模塊。 ROM中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64位序列號均 不相同。 （ 7）支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 4）測溫范圍： 55 ~+125 ℃。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機(jī)開發(fā)的思路。 圖 54 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如圖 1058 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每 一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平 21 第 21 頁 共 54 頁 時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符。高電平表示有效，低電平則無效。 指令說明及時序 (1)控制命令表： 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編 程來實現(xiàn)的。號，當(dāng) RS 為高電平 RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令 寄存器。（ 16 列 2 行） 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中 : 第 1腳： VSS 為地電源。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不 20 第 20 頁 共 54 頁 （ 2）數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。在一個 51單片機(jī)的內(nèi)部包含了這么多的東西。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P3 口的第二功能 : P3 口同時具有 AT89C51 的多種特殊功能，具體如下表 31所示 : 表 51 51 單片機(jī) I/O 口管腳功能 表 51 端口引腳 第二功能 RXD (串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） 0INT (外部中斷 0) 1INT （外部中斷 1） T0（定時器 0） T1（定時器 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器都選通） 18 第 18 頁 共 54 頁 RST：復(fù)位輸入。 P3 口： P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O 端口。 P2 口在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如MOVX ＠ DPTR）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 P2 口： P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O 端口。 P1 口： P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。當(dāng) P0 口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。以下為引腳說明： VCC：供電電壓。 （ 15） T/C：兩個定時 /記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式 。4kbytes 程序存儲器 (ROM) (52 為 8K)； （ 2） 256bytes 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)。所以本設(shè)計的穩(wěn)壓電路主要采用了 78L05 穩(wěn)壓管作為穩(wěn)壓電路，它可以是電路的輸出電壓穩(wěn)定在 5V，這樣剛好滿足單片機(jī)電路對電源電 16 第 16 頁 共 54 頁 壓的要求， 78L05 的管腳主要由三個，如圖 49所示，從左往右分別為 3管腳， 1管腳接的是輸入的高電平， 2 管腳接系統(tǒng)的地電路， 3 管腳為輸出電路，其輸出的電源電壓將溫度的控制的 5V。而為了更方便多樣的控制不同的溫控對象，設(shè)計上只是簡單的使用插針引出了控制線，這樣就可以針對不同的控制對象進(jìn)行連接。三極管的 基極上接有個 1K 的偏置電阻，用以提供相應(yīng)的偏置電壓，控制三極管的工作狀態(tài)。設(shè)計中采用 PNP 三級管作為驅(qū)動電路的組成，其發(fā)射極接上高電平，集電極對接上蜂鳴器的正極，通過對基極電流和電壓的輸出，來控制三級管的截止、放大、飽和狀態(tài)。此時調(diào)控按鍵不能對溫度限的值進(jìn)行修改。如表 41為鍵盤功能表。單片機(jī)的復(fù)位條件：必須使其 RST 引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個（或以上）機(jī)器周期的高電平。而本設(shè)計采用 12MHZ 晶振和 30PF 的電路。根據(jù) 51 系列單片機(jī)的芯片說明，在單片機(jī) XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接上一個 13 第 13 頁 共 54 頁 晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。因此， LCD1602 的引腳 7 到引腳 14直接接到單片機(jī)的 P0 口用于并行數(shù)據(jù)傳輸， 電位器用于液晶屏對比度的設(shè)置。因此，按照理論值通過外部電源供電時，可輸入引腳最大電壓為 36V。其中一種供電方式為外部電源供電方式，一種為電源線供電方式。晶振電路選用的晶振頻率是 ，因為系統(tǒng)電路需要進(jìn)行串口通信，選用 的晶振在串口通信中產(chǎn)生波特率的誤差為零，因此適合進(jìn)行串口通信。其內(nèi)部具有 128 字節(jié) RAM，而且內(nèi)部含有 4KB 的 EPROM 不需要外擴(kuò)展存儲器，也有數(shù)據(jù)通信接口，通過 TXD、 RXD 與 PC機(jī)連接，可以進(jìn)行人機(jī)操作，使得操作更加簡單、方便。完成對被測物體的溫度控制。 根據(jù)以上所述可知，選用 DS18B20 數(shù)字測溫傳感器作為測溫器件具有眾多的優(yōu)點。 方案二：使用 DS18B20 數(shù)字測溫傳感器作為測溫器件。由于熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。使用該液晶可以構(gòu)成全中文的人機(jī)交互圖形界面。使用其作為小規(guī)模系統(tǒng)的顯示模塊式可行的。因此本課題方案二單片機(jī) STC12C5A60S2 單片機(jī)作為主機(jī)主控制芯片，而從機(jī)控制芯片則選擇成本更低的 AT89S52 單片機(jī)作為控制芯片。目前應(yīng)用廣泛的單片機(jī)類型有 51 單片機(jī)、 AVR 單片機(jī)、 430 超低功耗單片機(jī) PIC 單片機(jī)等。 9 第 9 頁 共 54 頁 方案論證 主機(jī)模塊 方案一： ARM 處理器為 RISC 芯片，是 32 位的微處理器。如果實際測得的溫度值超過， 或低于系統(tǒng)給定的極限安全溫度，保護(hù)電路會做出反應(yīng)，同時報警電路報警響起，從而保護(hù)被測對象。由結(jié)構(gòu)框圖可見，溫度控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制的主機(jī)，主控模塊由擴(kuò)展外部存儲器構(gòu)成。 3 設(shè)計構(gòu)思及理論 設(shè)計思路 由于本課題主要要求的是，完成一種基于 51 單片機(jī)和 DS18B20 為核心的溫度自動控制系統(tǒng)，具有溫度檢測、溫度顯示、溫度范圍設(shè)置、溫控控制信號輸出功能。 （ 4）加入鍵盤控制模塊，用對溫度控制通道的選擇和對溫度上下限的數(shù)值控 制。 并且具備按預(yù)設(shè)程序控制運行功能。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強(qiáng)，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度 ， 在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。 光纖測溫技術(shù)：黑體空腔式光纖高溫計是由黑體空腔與被測介質(zhì)達(dá)到溫度平衡 ,通過光纖將黑體腔的輻射能量傳輸給光電探測器件 ,從而實現(xiàn)溫度測量。(3)工作波段多樣化 , 可根據(jù)被測對象的特性選擇 。近年來發(fā)展的陶瓷薄膜熱電偶 ,可以測量更高的溫度 ,克服了金屬薄膜熱電偶的一些催化效應(yīng)和冶金效應(yīng)等缺點 ,在高溫表面溫度測量領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。但它的缺點是，測量誤差較大，測溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴等缺點。 1 緒論 溫度測量與控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 近些年來，自動溫度控制系統(tǒng)中，溫度的測量與控制在理論上的發(fā)展比較成熟，但在實際應(yīng)用中，為了保證能快速實時地對溫度進(jìn)行采樣，確保采集的數(shù)據(jù)傳輸更可靠，并對溫度場進(jìn)行精確的溫度控制，仍然是 我們目前需要解決的問題。道理同樣，對于只有冷卻，沒有加熱環(huán)節(jié)的應(yīng)用中，目標(biāo)溫度高于實際溫度，對控制效果的影響也 是非常大的。另外，在大多數(shù)的實際環(huán)境中，溫度增加要比使溫度降低方便得多。在我們實際的生活環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部與外界的熱交換是很難控制的，而且其他熱源的干擾也是難以精確的計算，因此溫度量的變化，容易受到難以預(yù)測的外界環(huán)境擾動的影響。 temperature control 4 第 4 頁 共 54 頁 引言 ......................................................... 6 1 緒論 ...................................................... 6 溫度測量與控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 ........................................ 6 2 設(shè)計任務(wù) .................................