【正文】 主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。 通過實驗測試和分析，發(fā)現(xiàn)雖然傳感器的溫度采集精度最高可得到 ℃ ，但測試得到的數(shù)據(jù)最小間隔為 ℃ 。 測試結(jié)果 設(shè)定溫度由 0攝氏度到 40 攝氏度 標定溫差 =1 攝氏度 調(diào)節(jié)時間 15s（具體視現(xiàn)場情況） 靜態(tài)誤差 = 攝氏度 最大超調(diào)量 1 攝氏度 通過 測試分析，對于實際 室 內(nèi)的溫度控制，可以再提出以下 2 點方法 ： Ⅰ 增加傳感器個數(shù)，對各個溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進行求算術(shù)平均，可得到較為準確的溫度值。繼電器動作后，程序回到顯示當前程序，并開始循環(huán) 。有按鍵按下的時候進入按鍵處理程序。按下 F1 進入溫度控制點 1 的程序、按下 F2 進入溫度控制點 2的程序。 圖 71 程序結(jié)構(gòu)圖 17 程序開始的時候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當前溫度。 數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 鍵盤掃描電路及按鍵處理程序：實現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識別及進入相應(yīng)的程序。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片 7805解決了電源穩(wěn)壓問題。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。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。其主要原理是把單相交流電經(jīng) 過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。 在本設(shè)計中 采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的 9 針串口只連接其中的 3根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。30V 輸入電平 低電源電流：典型值是 8mA 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E 及 ITU推薦標準 ESD 保護大于 MILSTD883（方 法 3015）標準的 2021V 5 1單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。由于電腦串口rs232 電平是 10v +10v，而一般的單片機 應(yīng)用 系統(tǒng)的信號電壓是 ttl 電平 0 +5v,max232就是用來進行電 平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F 電平。當 A、 B 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上 升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài) ， 邏輯封裝圖如圖 53： 圖 53邏輯封裝圖 引出端符號： CLOCK 時鐘輸入端 ； CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） ； A， B 串 13 行數(shù)據(jù)輸入端 ； QA－ QH 輸出端 。 串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。 具體見實際連線圖如圖 53。由于單片機的時鐘頻率達到 12M，移位寄存器的移位速度相當快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)摹? 七段數(shù)碼管顯示單元 本部分電路主要使用七段數(shù)碼管和移位寄存器芯片 74LS164。 12 圖 52 單片機控制信號 其原理是：當繼電器突然斷電時，繼電器產(chǎn)生很大的反向電流。 繼電器電路中有一個三極管 8050 的保護電路，即將一個二極管反向接到三機管的兩端。溫度慢慢升高。 溫度控制器件電路 單片機通過三極管控制繼電器的通斷，最后達到控制電熱器的目的。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 F1 F2 清除 開啟 關(guān)閉 確定 11 圖 51具體電路連接 圖 采用溫度芯片 DS18B20。當由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導致在一段時間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時候，單片機通過三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出警笛聲。 鍵盤共有 16 個按鍵，用于方便設(shè)定溫度。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。方法是：向行線輸出全掃描字 00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器 A中。 對照圖示的 4*4 鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)法工作原理。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。 引腳圖詳見圖 44 圖 44 AT89S51單片機引腳圖 5 各單元的設(shè)計 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中除了復位 按鍵有專門的復位電路 ,以及專一的復位功能外 ,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 看門狗定時器（ WDT）： WDT是為了解決 CPU程序運行時可能進入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它由一個 14bit計數(shù)器和看狗復位 SFR（ WDTRST）構(gòu)成。在 AT89S51,假如接至 Vcc（電源＋），程序首先執(zhí)行從地址 0000H－ 0FFFH（ 4KB）內(nèi)部程序存儲器，再執(zhí)行地址為 1000H－ FFFFH（ 60KB）的外部程序存儲器。 存儲器結(jié)構(gòu)： MCS51單片機內(nèi)核采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間分開的結(jié)構(gòu)，均具有 64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。在使用前初始化 DPS。圖 42為 AUXR輔助寄存器。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。 AT89S51 單片機內(nèi)部構(gòu)造及功能： 特殊 功能寄存器：特殊功能寄存器的片內(nèi)空間分存如下圖 32所示。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。欲使 CPU 公訪問外部程序存儲器（地址 0000H－ FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，高有兩次有效的 PSEN 信號。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE操作。 6 ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 WDT 益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 表 42 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 /計數(shù)器 0外部輸入 TXD（ ） 串行輸出口 T1（ ） 定時 /計數(shù)器 1外部輸入 INT0（ ） 外中 斷 0 WR（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 INT1（ ） 外中斷 1 RD（ ） 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 RST：復位輸入。作輸入端口時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 I。 P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（ 吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。 Flash 編程或校驗時， P2也接收高位地址和其它控制信號。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 I。表 41 為 P1 口第二功能。對端口寫“ 1” ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時 ，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 AT89S51 引角功能說 明 Vcc：電源電壓 GND：地 P0 口： P0口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM， 定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 其 主要功能特性： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 4k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 32個雙向 I/O 口 工作電壓 2個 16位可編程定時 /計數(shù)器 時鐘頻率 033MHz 全雙工 UART 串行中斷口線 128x8 bit 內(nèi)部 RAM 2個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3級加密位 看門狗 （ WDT）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 可以看出 AT89S51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗（ WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘。 由于系統(tǒng)控制方案簡單 ,數(shù)據(jù)量也不大 ,考慮到電路的簡單和成本等因素 ,因此 在本設(shè)計中 選用 A TMEL 公司的 A T89S51 單片機作為主控芯片。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模 4 式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能 直至外中斷激活或硬件復位。 AT89S51 具有如下特點： 40個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件 ，且此元件線形較好。從而可以看出 DS18B20 可以 非常 方便的被 用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng) 。 系統(tǒng)中將通過串口通訊連接 PC 機 存儲 溫度變化時的歷史數(shù)據(jù)，以便觀察整個溫度的控制過程及監(jiān)控溫度的變化全過程 。當采集的溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度的上限時，單片機通過三極管驅(qū)動繼電器開啟降溫設(shè)備 (壓縮制冷器 ) ，當采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時 , 單片機通過三極管驅(qū)動繼電器開啟升溫設(shè)備 (加熱器 ) 。具體要求如下 : 1. 溫度連續(xù)可調(diào)，范圍為 0℃ 40℃ 2. 超調(diào)量σ %≤ 20% 3. 溫度誤差≤177。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進行范圍的溫度檢測。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個引腳即可與單片機進行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對象的模型難以建立 ,并且當擾動因素不明確時 ,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。這類控制對象慣性大 ,滯后現(xiàn)象嚴重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數(shù)學模型 ,從而導致控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、 失控現(xiàn)象。s way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control system39。s Design Abstract This design take at89S51 monolithic integrated circuit as core temperature control system39。文中還著重介紹了軟件設(shè)計部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、 超溫報警程序 。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、 PC 機 與 單片機串口通訊 電路和一些接口電路 。 I 摘 要 本設(shè)計以 AT89S51 單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。 關(guān)鍵詞 ： AT89S51 單片機 DS18B20溫度芯片 溫度控制 串口通訊 II Title Based on at89s51Temperature Control System39。s principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signal39。s hardware part, including: Temperature examination electric circuit, temperaturecontrol circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port munication channel and some interface circuit. The monolithic integrated cir