【正文】 在此，我首先向梅老師致以深深的敬意和衷心的感謝!在課題完成過程中，還得到了徐老師的指導和幫助，徐老師給我提供了很多思路與經(jīng)驗，對我深入理解課題的有關知識與方法起到了重要作用。[22]Bentley，John P. Principle of Measurement Systems，Longman，London and New York，1983[23], and H. Gao: Key Engineering Materials[J],—203（2001），249—252[24]AT89C51 Datasheets（中文資料），深圳市中源單片機發(fā)展有限公司，2004，5106。由于輸入端與輸出端有光電隔離，能夠有效地抑制干擾；(2) 在溫度控制系統(tǒng)中采用常規(guī)的PID控制方法，這需要知道被控對象的數(shù)學模型，以及對PID控制器的參數(shù)進行整定。本文完成了基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)。去掉所有斷點，再一次運行程序，查看可控硅狀態(tài)，從而判斷程序流程正確，反之，若程序流程不正確，做相應的修改后，重新調(diào)試；(3)功能程序與算法程序的通調(diào)在完成整個程序流程的調(diào)試后，將PID等算法子程序加入，在算法子程序前或后設置斷點，運行整個程序。通調(diào)時，也是假定一些數(shù)據(jù)、參數(shù)和初始條件，然后運行程序。軟件調(diào)試主要分以下幾個步驟進行：(1)功能子程序的調(diào)試功能子程序的調(diào)試包括運算、采樣、數(shù)字濾波以及PID運算等子程序的調(diào)試。根據(jù)理論計算和軟件仿真的預期結(jié)果，再通過對響應的信號進行測試。按照測試性質(zhì)的不同可分為電壓測試和信號測試兩種。 系統(tǒng)硬件調(diào)試系統(tǒng)軟硬件調(diào)試的目的是通過控制程序和硬件電路的配合工作，進行一些操作，以驗證系統(tǒng)的軟、硬件是否能夠完成設計的功能。圖4—1和圖4—2分別是Vision2較為全面的操作界面與調(diào)試界面。絕對地址目標文件可以用于：(a) 編程EPROM或其它存儲器設備；(b) 由Vision2 IDE調(diào)試器對目標進行調(diào)試和模擬；(c) 使用在線仿真器進行程序測試。使用vision2創(chuàng)建源文件并組成應用工程加以管理。 集成開發(fā)環(huán)境KEILKEIL IDE Vision2集成開發(fā)環(huán)境是德國KEIL Software Inc/KEIL Elektronik Gmb開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺?？梢詫崟r在線仿真PHILIPS半導體公司的80C51系列單片機，同時還能夠?qū)崟r在線仿真ATMEL和Winbond等公司的兼容MCS—51內(nèi)核的標準80C51單片機。在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，程序的設計是最為重要的但也是難度最大的工作，一種最簡單和原始的開發(fā)流程是：編寫程序，燒寫芯片并驗證功能，這種方法對于功能簡單的小系統(tǒng)是可以對付的，但在比較大的系統(tǒng)中使用這種方法則是完全不可能的。(l)軟件仿真這種方法主要是使用計算機軟件來模擬實際的單片機運行，因此仿真與硬件無關的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點。本系統(tǒng)中與可控硅配套使用的是MOC3041光電藕合雙向可控硅驅(qū)動器，與一般的光藕器件不同之處是MOC3041輸出部分是硅光敏雙向可控硅，還帶有過零觸發(fā)檢測器，以保證電壓接近零時觸發(fā)可控硅。雙向可控硅相當于兩個單向可控硅反向并聯(lián)。本系統(tǒng)采用分配式零位控制的模式，控制溫控箱的加熱電阻的平均加熱功率，進而控制溫控箱的溫度。采用相位控制模式的可控硅控制器可以叫做調(diào)壓器，它可以方便的調(diào)節(jié)電壓有效值，可用于電爐溫度控制、燈光調(diào)節(jié)、異步電機降壓軟啟動和調(diào)壓調(diào)速等。 輸出通道設計 溫控箱的功率調(diào)節(jié)方式目前多數(shù)溫控系統(tǒng)均采用可控硅來實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。晶體/諧振器可以接在MCLKIN和MCLKOUT兩引腳之間，時鐘頻率的范圍為500kHz—5MHZ；(3)MCLKOUT，當主時鐘為晶體/諧振器時，晶體/諧振器被接在MCLKIN和MCLKOUT之間，如果在MCLKIN引腳處接上一個外部時鐘，MCLKOUT將提供一個反向時鐘；(4)CS片選信號，低電平有效；(5)RESET復位輸入，低電平有效；(6)AIN2(+)差分模擬輸入通道2的正輸入端；(7)AIN1(+)差分模擬輸入通道1的正輸入端；(8)AIN1()差分模擬輸入通道1的負輸入端；(9)AIN2()差分模擬輸入通道2的負輸入端；(10)REFIN(+)差分基準輸入的正輸入端，基準輸入是差分的，并規(guī)定REFIN(+)必須大于REFIN()，REFIN(+)可以取VDD和GND之間的任何值；(11)DRDY邏輯輸出，這個輸出端上的邏輯低電平表示可以從AD7705的數(shù)據(jù)寄存器獲取新的輸出字。工作電壓3V或5V，在3V工作電壓時，器件的最大功耗僅為1mW。AD7705是AD公司生產(chǎn)的16位∑△型A/D轉(zhuǎn)換器。目前有很多類型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它們在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，其中大多數(shù)積分型或逐次比較型的A/D轉(zhuǎn)換器對于高精度測量，其轉(zhuǎn)換效果不夠理想。完成A/D轉(zhuǎn)換的器件即為A/D轉(zhuǎn)換器。它是迄今為止同類產(chǎn)品中溫度系數(shù)最低的器件，內(nèi)部有恒溫電路，保證了器件的長期穩(wěn)定性。采用恒流四線制接法的測溫電路中需要用到一個穩(wěn)定的基準電壓源。按照接線方式的不同又可以分為二線制、三線制和四線制幾種。在測量精度方面，工業(yè)鉑電阻的測量穩(wěn)定性和復現(xiàn)性一般不如標準鉑電阻，這主要有兩個方面的原因，其一是高溫下金屬鉑與周圍材料之間的擴散使其純度受到污染，從而降低了鉑電阻測溫的復現(xiàn)性能，其二是因為高溫條件下的應力退火影響了其復現(xiàn)性能。與熱電偶、熱敏電阻相比較，鉑的物理、化學性能都非常穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強，離散性很小，精度最高，靈敏度也較好。輸入通道由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換等電路組成。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和快閃存儲器，ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051是一強勁的微型計算機，它對許多嵌入式控制的應用，提供了一種高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051芯片的主要性能芯片AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的帶ZK字節(jié)快閃存儲器的8位單片機。單片機的主要特點有：1)具有優(yōu)異的性能價格比。 單片機的選擇 單片機的概述單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。 DS18B20的控制方法在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法。(10)適配各種單片機或系統(tǒng)。(8)負壓特性，即具有電源反接保護電路。當在10℃—+85℃范圍內(nèi)，℃，在55—+125℃范圍內(nèi)，測量誤差也不超過2℃。(2)在使用中不需要任何外圍元件。因此，數(shù)字化單總線器件DS18B20適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構更趨簡單，可靠性更高。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測量裝置己廣泛應用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是目前在國內(nèi)外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD59TMP1LM135等。 溫度傳感器的選擇測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個階段：(含敏感元件)：；。圖3—2中每個與單總線直接相連的測控對象的機構芯片內(nèi)均有一個64位(bit)的ROM，其中存有48位(hit)二進制編碼的序列號，稱之為身份證，以確保芯片掛接在總線上可以被識別出來，這是在單總線上實現(xiàn)定位和尋址通信的關鍵所在。DS2405是DALLAS公司提供了一種可尋址的開關器件，其主要特性為：其具體的溫度越限自動控制過程如圖3—3所示。圖3—2中只畫出了一個監(jiān)控現(xiàn)場的配置，其布線接頭與通常電話線路使用的一樣，插入和拔出都很方便。單片機通過RS485總線與PC機通訊。由于從大棚到計算機的距離較長，因此，在本課題設計中，需要在PC機側(cè)配置RS485轉(zhuǎn)換器，以達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。雖然RS232是串行通訊中目前最常用的接口，且在PC機系列中，每臺微機均配有標準的RS232，但是這種共地傳輸，由于受距離與環(huán)境的影響，極易受到干擾。由于該溫度計采用數(shù)字輸出形式，故不需要A/D轉(zhuǎn)換器。該傳感器是利用在板專利技術來測量溫度的。 系統(tǒng)硬件電路構成本系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集溫度的采集、處理、顯示、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖3—1所示。在整個系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術，如智能溫度傳感器DS1820的單總線技術，存儲擴展的I2C總線技術，MMC的模擬SPI總線技術，單片機和計算機連接的RS232協(xié)議技術等。選用的主要器件有：溫度傳感器DS1820，濕度傳感器HSll01，At89S51，A/D轉(zhuǎn)換器TLCO834，數(shù)據(jù)存儲器AT24C04，MMC存儲卡，4數(shù)碼管顯示模塊，語音報警芯片ISD2560，MAX232，集成定時器555芯片等。一個單片機應用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關鍵因素。操作維護方便在系統(tǒng)的軟硬件設計時，應從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣?！舯O(jiān)控計算機軟件設計管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應具有功能強大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點。◆現(xiàn)場監(jiān)測設備應具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲、遠程通信功能。◆單片機的設計提高了系統(tǒng)的監(jiān)測速度，系統(tǒng)的可靠性、實時性都有很大提高◆對模擬設備采集到的數(shù)據(jù)，為防止失真，采用了數(shù)據(jù)插值算法。本文將信息采集技術、信息傳輸技術、信息存儲技術及信息處理技術等相互融合，將溫室環(huán)