【正文】 41CLR 。CLR 。SETB 。SETB 。開外部中斷，鍵盤使用CLR IT0。MOV KP,03H。 PID 中一些數(shù)值初始化MOV UK1,00H。 MAIN: 。鍵盤輸入的標(biāo)志位,為 0 說明鍵盤正在輸入，為 1 說明鍵盤輸入退出SIGN EQU 。綠燈輸出LED_RED EQU 。超低報(bào)警水位標(biāo)志位SHUIWEI_CONTROL EQU 。39HIGH_LEVEL_ALARM EQU 。Q0 DATA 53H。E(K1)ERR2 DATA 49H。U（K）UK1 DATA 45H。TEMP_S DATA 40H。數(shù)碼管小數(shù)位 BufferDIS_BUF_G DATA 36H 。計(jì)算后十位和個(gè)位 HEX 碼的存放 BUFFERKEY_BUF_G DATA 39H 。DS18B20 低 8 位 BufferTEMPERATURE_H DATA 30H 。值此論文完成之際，謹(jǐn)向魯老師致以衷心感謝和崇高敬意。論文中存在的這些不足之處，敬請(qǐng)?jiān)u審老師批評(píng)指正。 在軟件部分，有以下一些特點(diǎn)：（1） 溫度控制部分采用了經(jīng)典的 PID 算法，方法簡(jiǎn)單，且控制效果良好；（2） 同時(shí)采用過零觸發(fā)直接使用 PID 的控制輸出去控制加熱的時(shí)間，免去了一級(jí) D/A 轉(zhuǎn)換器，減小了成本，且簡(jiǎn)單易行；（3） 采用定時(shí)器中斷對(duì)采樣時(shí)間進(jìn)行控制，使每一次的采樣時(shí)間基本相同。（2） 對(duì)于溫度利用溫度傳感 DS18B20，將采樣到的溫度信號(hào)直接輸入到單片機(jī)中，再由單片機(jī)根據(jù)測(cè)量溫度與設(shè)定溫度的差值和 PID 算法生成控制信號(hào)，控制電爐的通電與斷電。32 SimLink中搭建的系統(tǒng)模型圖假設(shè)當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度的溫差為50℃。3）選擇控制度，求得T、Kp、Ti、Td。2）用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。這些方法計(jì)算簡(jiǎn)便，易于掌握。整定PID參數(shù)的有很多，歸納起來可分為兩大類，即理論計(jì)算整定法和簡(jiǎn)易工程整定法。一般情況下，電熱鍋爐的近似數(shù)學(xué)模型可以描述為一個(gè)一階的、無振蕩、純時(shí)間滯后的慣性環(huán)節(jié)。PID運(yùn)算的輸出是一個(gè)0255的值，這里我們假設(shè)每個(gè)單位輸出對(duì)應(yīng)半個(gè)周期正弦波的導(dǎo)通，即10對(duì)應(yīng)5個(gè)周期正弦波，而每個(gè)正弦波的周期為20ms。整數(shù)部分的值經(jīng)過移位，存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，用于后面數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行 PID 運(yùn)算；同時(shí)將其轉(zhuǎn)換為 BCD 碼，用于顯示。溫度高字節(jié)（MS Byte）高 5 位是用來保存溫度的正負(fù)（標(biāo)志為 S 的 bit11~bit15） ，高字節(jié)（MS Byte）低 3 位和低字節(jié)來保存溫度值（ bit0 ~ bit10） 。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。地址增 1DJNZ R1,LOOPDIS。NOT2:MOV A,24H。CJNE A,2,NOT2。移入顯示數(shù)據(jù)的地址LOOPDIS:MOV A,R0。串口方式 0MOV R1,04H。 其他子程序介紹 顯示子程序由于采用單片機(jī)的串口外接串入并出移位寄存器驅(qū)動(dòng)顯示，越早寫入串口的數(shù)據(jù)移到離單片機(jī)越遠(yuǎn)的顯示器。本系統(tǒng)選用整型變量來實(shí)現(xiàn)PID算法，由于是用整型變量來做，所以不是很精確，但對(duì)于本系統(tǒng)所要求的電熱鍋爐來說，這個(gè)精度足夠了。雖然計(jì)算機(jī)控制是離散的，但對(duì)于時(shí)間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，其近似于連續(xù)變化。2) 易被人們熟悉和掌握。PID調(diào)節(jié)之所以不衰，而且在數(shù)字化計(jì)算機(jī)時(shí)代仍能得到廣泛應(yīng)用，主要有以下幾方面的有點(diǎn)：1) 技術(shù)成熟。隨著計(jì)算機(jī)特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PID數(shù)字控制算法已能用微機(jī)和單片機(jī)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。特別是在工業(yè)過程控制中由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費(fèi)很大代價(jià)進(jìn)行模型辨識(shí)。而在數(shù)字控制系統(tǒng)中，則使用數(shù)字調(diào)節(jié)器來代替模擬調(diào)節(jié)器。EXIT:POP PSW。CLR 。溫度為基準(zhǔn)，進(jìn)行加減的MOV KEY_BUF_S,DIS_BUF_SMOV KEY_BUF_B,DIS_BUF_BJB ENTER_FLAG,EXIT 。如果有 Enter 鍵入，則開始鍵盤輸入JB ,EXIT。定時(shí)初值為TH0=3CH，TL0=B0H，即X=15536，這樣可得到定時(shí)時(shí)間為 ，)(05.*1)536(*)(2616 sTXNt ?????由于采樣周期為4s，所以需要對(duì)溢出進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)溢出80次時(shí)才執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，這樣就實(shí)現(xiàn)了采樣周期為4s。在AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)中，高級(jí)中斷能夠打斷低級(jí)中斷以形成中斷嵌套；同級(jí)中斷之間，或低級(jí)對(duì)高級(jí)中斷則不能形成中斷嵌套。PT0：T0中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT1：T1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。EX0：外部中斷0允許位。EX1：外部中斷1允許位。ES：串行口中斷允許位。此外，在TCON中另有4位用于選擇引起外部中斷的條件并作為標(biāo)志位。T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷，由T0的溢出引起。電磁閥開通，加水SJMP SHUIWEI。電磁閥關(guān)斷，停止加水SJMP SHUIWEI。低水位，跳轉(zhuǎn)SJMP SHUIWEI。高水位，跳轉(zhuǎn)JNB 。采樣周期 4SSHUIWEI:JNB ,L1。MOV KD,00H。MOV ERR1,00H。初始化堆棧MOV KEY_BUF_G,00H 。LJMP MAIN。由于水位控制的程序相對(duì)簡(jiǎn)單，所以主程序中循環(huán)執(zhí)行。鍵盤中斷服務(wù)程序?qū)︽I盤中斷進(jìn)行響應(yīng)，然后掃描鍵盤，轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的鍵值程序。193 軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件總體概述根據(jù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的軟件程序，實(shí)際上就是對(duì)系統(tǒng)的管理程序和控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上＋12V 的編程電壓 Vpp。EA/VPP：外部訪問允許。該位禁位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活。復(fù)位電路如圖 （1）所示。 P3口的第二功能端口功能 第二功能 端口引腳 第二功能RXD（） 串行輸入口 T0（） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入TXD（） 串行輸出口 T1（） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入INT0（） 外中斷 0 WR（） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通INT1（） 外中斷 1 RD（） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通RST：復(fù)位輸入。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。在訪問外程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受17低8位地址。在Flash編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805和7812解決了電源穩(wěn)壓?jiǎn)栴}。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。 電源電路 電源電路控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，電磁閥也需要24V直流電。由于單片機(jī)輸出的控制信號(hào)無法直接控制電磁閥的通斷，所以使用一個(gè)繼電器對(duì)電磁閥進(jìn)行控制。電路接法如圖 所示。因此通過水面的上升與下降來控制電信號(hào)的接通與斷開：當(dāng)水位上升到電極位置時(shí)接通電信號(hào)；水位低于電極位置時(shí)斷開電信號(hào)。當(dāng) 口輸出高電平時(shí)，SSR 才能夠過零觸發(fā)導(dǎo)通。固態(tài)繼電器選用歐姆龍公司的 G3NB240B型。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。SSR 具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1） 高壽命，高可靠:SSR 沒有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高（2） 靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。具體的電路如圖 所示。電路圖如圖 所示， 。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU 不再響應(yīng)鍵輸入的要求。識(shí)別具體按鍵的方法（掃描法）是：逐行置低電平，其余各行置高電平，檢查各列線電平的變化，如果某列電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，則可以確定此行此列的交叉點(diǎn)處的按鍵被按下。當(dāng)列線通過上拉電阻接+5V 時(shí)，被定位在高電平狀態(tài)。矩陣鍵盤中行、列線為多線共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。本設(shè)計(jì)中要應(yīng)用 16 位按鍵，故采用此方法。圖 串入并出顯示電路 鍵盤模塊設(shè)計(jì)鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶，借助鍵盤可以向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入程序、置數(shù)、送操作命令、控制程序的執(zhí)行走向等，所以應(yīng)用極為廣泛 [7]。利用該方法設(shè)計(jì)的顯示系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，價(jià)格低廉的特點(diǎn)。在一般情況下，單片機(jī)使用并行驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行 LED 的顯示。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)時(shí)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致為被測(cè)溫度值。器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié)1TL 用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRC TM R1 R0 1 1 1 1 18變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸出。低 5 位一直為 1，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。圖 DS18B20 字節(jié)定義圖中，前 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝，是易失的每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的唯一序號(hào)，共48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。這樣既節(jié)省了材料也可以很大程度上減少硬件電路的結(jié)構(gòu)。很顯然，該方案較其它相比無論在經(jīng)濟(jì)上和實(shí)現(xiàn)容易程度上都要好。溫度信號(hào)送入單片機(jī)，經(jīng)過處理后，對(duì)固態(tài)繼電器進(jìn)行控制，通過 I/O 口控制固態(tài)繼電器的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱電阻的控制。然后根據(jù)課題任務(wù)的要求設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的硬件原理圖和軟件，并進(jìn)行仿真調(diào)試。而這正符合 PID 控制使用的條件，因而 PID 控制被廣泛用于電熱鍋爐的控制中，用來取代傳統(tǒng)的控制方法 [6]，并獲得良好的控制效果。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。與燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t相比，操作運(yùn)行更加方便、簡(jiǎn)單。（4） 體積小，重量輕，占地面積小。（2） 能量轉(zhuǎn)化效率高。因此在人口密集的居民區(qū)、旅館、醫(yī)院和學(xué)校，電加熱鍋爐完全能替代燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t。軟件主要分三個(gè)部分：主程序、鍵盤中斷及按鍵處理程序、T0 中斷程序。本文介紹了以 AT89S51 單片機(jī)為核心的溫度和液位控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。目 錄中文摘要 ...............................................................1英文摘 要 ...............................................................21 緒論 ................................................................3 電熱鍋爐的應(yīng)用背景及其控制理論的發(fā)展 ............................3 本文的設(shè)計(jì)指標(biāo) ..................................................42 硬件電路設(shè)計(jì) ........................................................5 系統(tǒng)方案概述 ....................................................5 溫度檢測(cè)元件 DS18B20.............................................6 顯示模塊設(shè)計(jì) ....................................................8 鍵盤模塊設(shè)計(jì) ....................................................9 鍵盤工作原理 ..............................................9 鍵盤識(shí)別方法 .............................................10 鍵盤工作方式 .............................................10 指示及報(bào)警電路 .................................................11 功率驅(qū)動(dòng)電路 ..............................