【正文】

控制原理
PID 控制器根據(jù)給定值
r(t) 與實際輸出值c(t) 構(gòu)成的控制偏差:
()()().............................................................(11)
etrtct (51)
將偏差的比例(P)、積分( I) 和微分 (D ) 通過線性組合構(gòu)成控制量, 對受控
對象進(jìn)行控制。單片機將檢測到
的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較如果不相符數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測得值的
差值按PID控制算法設(shè)計控制量觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。 =
上限
比較程序

=上限
上限報警
控制降溫

上限報警
控制升溫
Y
N
延時
延時
Y
N
開 始

返 回本頁完 第 36 頁 共 53 頁
圖4
6
本設(shè)計的源程序代碼
見附錄Ⅱ









本頁完 第 37 頁 共 53 頁 5單片機控制溫度的說明及PID控制
溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號后將電壓信號放大到單片機可
以處理的范圍內(nèi)經(jīng)過低通濾波濾掉干擾信號送入單片機。當(dāng)采集溫度達(dá)到設(shè)定的上限值并超過時子程序執(zhí)行報警當(dāng)采集的溫度未達(dá)
到設(shè)定的上限值時子程序就執(zhí)行加熱具體的加熱報警流程圖如圖45所示。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵提高按鍵處理的可
靠性應(yīng)在程序中做按鍵消抖處理。
按鍵的抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定一般為5~10ms這是一個很重
要的參數(shù)。
圖43是整數(shù)處理的流程圖具體如下圖



初始化
DS18B20
發(fā)送跳過ROM命令
發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令
延時等待溫度轉(zhuǎn)
換完畢
發(fā)送復(fù)位指令
發(fā)送指定64
序列碼
發(fā)送讀取RAM指
令
讀取匹配的
DS18B20溫度值
全部DS18B20
都訪問完
結(jié)束
發(fā)送匹配ROM命
令
本頁完 第 33 頁 共 53 頁













圖43
鍵盤模塊

當(dāng)按鍵被按下時I/O口電平為低松開時I/O口電平為高。在設(shè)計中取
四位小數(shù)這樣的數(shù)據(jù)比較精確。首先取出整數(shù)部分進(jìn)行
處理求出數(shù)據(jù)十進(jìn)制表示時的百位、十位及個位再求小數(shù)部分?jǐn)?shù)據(jù)計算流程圖
如圖45所示。
溫度采集子程序流程圖如圖42所示 數(shù)據(jù)處理子
程序
加熱報警子
程序
溫度采集
子程序
控制執(zhí)行
子程序本頁完 第 32 頁 共 53 頁









no


yes


圖4
2

DS18B20完成溫度信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換并把數(shù)據(jù)傳遞給單片機并保存
起來。從機設(shè)備可以支持5 種ROM 命令。
ROM命令主機檢測到應(yīng)答脈沖后發(fā)出ROM 命令這些命令與一個從機設(shè)備
的唯一64 位ROM 代碼相關(guān)允許主機在單總線上連接多個從機設(shè)備指定操作一
個從機設(shè)備。
初始化基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的初始化過程由主
機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成應(yīng)答脈沖使主機知道總線上有從機
設(shè)備且準(zhǔn)備就緒。溫度信號采集子程序主要包括傳感器初始化、單片機給傳
感器寫命令、單片機給傳感器寫數(shù)據(jù)、單片機從傳感器讀數(shù)據(jù)等部分。

本系統(tǒng)要完成溫度信號的采集與控制需要實現(xiàn)溫度信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換、
數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ?。目?biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件也可以與
庫文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。
開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。另外重要的一點Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高多數(shù)語句生成
的匯編代碼很緊湊容易理解。見附錄Ⅰ













本頁完 第 30 頁 共 53 頁
4軟件設(shè)計 C51軟件的介紹
本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國Keil Software公司出品的Keil C51是51
系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)與匯編相比C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可
讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢
對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解僅要求對8051的存儲器結(jié)構(gòu)有初步
了解

寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管
程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)可分為不同的函數(shù)這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化
具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力改善了程序的可讀性
關(guān)鍵字與運算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用
編程及程序調(diào)試時間顯著縮短從而提高效率
7
、提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序具有較高的數(shù)據(jù)處理能力
已編好程序可容易地移植入新程序因為它具有方便的模塊化編程技術(shù)[22]。配合
系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀\示波器等Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境[21]。
仿真處理器及其外圍電路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。在編譯方面它也
支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[20]。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿
真軟件
)從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真一鍵切換到PCB
設(shè)計真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工
具。
它在Proteus中的元件圖如下
圖310 光電耦合元件
Proteus軟件的介紹
Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件該軟
件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司。每一個發(fā)送器TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F
電平。7SEGMPX4CA的元件圖如下

圖36 7SEGMPX4CA
按鍵的選擇
選用兩個獨立的按鍵來控制乳化物干燥的默認(rèn)值S1控制默認(rèn)值的十位數(shù)值的增
減S2是控制默認(rèn)值的個位上的數(shù)字的增減。一個數(shù)碼管
用于顯示當(dāng)前環(huán)境溫度另外一個數(shù)碼管用于顯示設(shè)定溫度。本頁完 第 26 頁 共 53 頁 故選用DS18B20是簡潔方便的一種選擇它可以把采集的溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字
信號也可以通過單片機把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換溫度信號被控對象接受而它的采集溫度
在55 ℃至+125 ℃,而乳化物的干燥溫度一般在60℃至120℃之間因而選此芯片
是不錯的選擇。這一點在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)
計時也要給予 一定的重視。因此在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考 慮總線分布電
容和阻抗匹配問題。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電
纜時正常通訊距離可達(dá)150m當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時
正 常通訊距離進(jìn)一步加長。
c)
連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。
b)在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題容易使人誤
認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20在實際應(yīng)用中并非如此。
9DS1820使用中注意事項
DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點
但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題
a)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補償由于DS18B20與微處理器間采用
串行數(shù)據(jù)傳送因此 在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時必須嚴(yán)格的保證讀寫時序
否則將無法讀取測溫結(jié)果。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議主機單片機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必
須經(jīng)過三個步驟每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行 復(fù)位操作復(fù)位成功后發(fā)
送一條ROM指令最后發(fā)送RAM指令這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在
55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小用
于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。
8DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS18B20相同只是得到
的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。16位數(shù)字?jǐn)[放是從低位到高位[16]。
6溫度的讀取DS18B20在出廠時以配置為12位讀取溫度時共讀取16位所以把
還需要判斷正負(fù)。當(dāng)確認(rèn)以后就可以用復(fù)制寄存器的命令來將這些數(shù)字
轉(zhuǎn)移到可電擦除RAM中。
5DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成64位光刻ROM溫度傳感器溫度報警觸
發(fā)器TH和TL,配置寄存器DS18B20的存儲器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM
可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL以及一個配置寄存器。通過緩存器讀寄存器。在片
上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。一個控制功能指揮指示DS18B20的
演出測溫。這些指令操作作用在沒
有一個器件的64位光刻ROM序列號可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件 第 24 頁 共 53 頁 同時總線也可以知道總線上掛有有多少什么樣的設(shè)備。因為一線通信接口必須在先完成ROM設(shè)定否則
記憶和控制功能將無法使用。 DS18B20的電源也可以從外部3V5 .5V的電壓得到。
3DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫
度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。
這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量不需要外接電源。
2描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。華氏相當(dāng)于是67 F到257華氏度 10 ℃
至+85 ℃范圍內(nèi)精度為177。
3 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等?！?
6、可編程 的分辨率為912位℃、℃、℃
和 ℃可實現(xiàn)高精度測溫
7、在9位分辨率時最多在 12位分辨率時最多在
750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字速度更快
8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號以一 線總線串行傳送給CPU 第 23 頁 共 53 頁 送CRC校驗碼具有極強的抗干擾糾錯能力
9、負(fù)壓特性電源極性接反時芯片不會因發(fā)熱而燒毀 但不能正常工作[15]。
溫度采集硬件的選擇
圖35 是DS18B20 數(shù)字溫度傳感器的元件圖本頁完 第 22 頁 共 53 頁
圖35 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器
DS18B20數(shù)字溫度傳感器芯片具有耐磨耐碰體積小使用方便封裝形式多
樣適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。
第10腳GND電源地。
第11~18腳“B”信號輸入輸出端功能與“A”端一樣不再描述。

第2~9腳“A”信號輸入輸出端A1=B、A8=B8A1與B1是一組如果DIR=
“1”O(jiān)E=“0”則A1輸入B1輸出其它類同。
它的實物圖如下

圖33 芯片74HC245實物圖
74HC245的作用信號功率放大它在本設(shè)計中起到信號功率放大的作用
同時也為單片機在大負(fù)荷時能夠增大單片機的驅(qū)動能力 第 21 頁 共 53 頁 處理信號等問題[14]。雙向數(shù)據(jù)8位總線接口加強驅(qū)動能力。
74HC245芯片的選定
74HC245是總線驅(qū)動器典型的TTL型三態(tài)緩沖門電路。當(dāng)然
一定的誤差是可以在使用中被接受的 的晶體振蕩器也會因晶
體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分
之小的可以忽略不計[13]。32)(()/(256TH1))
TH1250
9600(2247。 晶體
是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無誤差的波特率那么為何呢計算一下就知道了。
通常會使用定時器1 工作在定時器工作模式2 下這時定時值中的TL1 做為計數(shù)
TH1 做為自動重裝值 這個定時模式下定時器溢出后TH1 的值會自動裝載到
TL1再次開始計數(shù)這樣可以不用軟件去干預(yù)