【正文】 互 進行的，但通常是先排除明顯的硬件故障。 分段式 PID在傳統(tǒng) PID算法的基礎(chǔ)上有效的克服積分飽和的問題 解決了系統(tǒng)運行一段時間后可能會會突然急劇升溫的問題，同時也能按每部分加熱的不同要求而靈活的調(diào)整達到較好的調(diào)溫效果。主要是通過對 測量的溫度 進 行顯示，給操作者提供提示。主要是通過按鍵的 輸入 控制來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的手動和自動控制。 開 始初 始 化處 理 按 鍵 及 顯 示 設(shè) 定啟 動 A / D 轉(zhuǎn) 換數(shù) 值 處 理顯 示 實 際 溫 度P I D 分 段 增 量 式 控 制是 否 大 于加 熱停 止 加 熱是否輸 出 D / A 給 控 制 比 較 電 路 圖 主程序流程圖 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １８ 中斷子程序流程圖 圖 。其原理圖如下 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １６ 12 46MOC3041VCC10KR739ΩR9360ΩR8360ΩR1012JP2HEADER 2Q1BTA08103C412JP1HEADER 2接 AC 220V接加熱裝置A_1A_2U77404PWM 圖 調(diào)節(jié)執(zhí)行電路原理圖 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １７ 第 4 章 軟件設(shè)計 主程序流程圖 系統(tǒng)的軟件部分由主程序、中斷子程序、按鍵 子程序 、 顯示 子程序 和 PID控制算法子程序 圖組成。溫度采樣電路原理圖如下： VDD3I/O2GND1U2DS18B20GNDVCC1KR2DS_I/O 圖 溫度采樣電路 設(shè)置加 1右移確定GND1KR3Res21KR4Res21KR5Res21KR6Res2VCC濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １５ 顯示電路 本設(shè)計使用串行的方式顯示數(shù)據(jù)，可節(jié)省大量的 I/O 占用。其原理圖如下。 圖 基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計的整體原理圖 EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U1AT89C51LED_SS1LED_DADALED_CLKLED_MRLED_SS2LED_SS3LED_SS4顯示PWM調(diào)節(jié)執(zhí)行設(shè)置加 1右移確定按鍵輸入DS_IO溫度檢測濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １４ 單片機控制單元 單片機控制電路包含 4 個按鍵實現(xiàn)溫度和系統(tǒng)設(shè)定與控制。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １３ 第 3 章 硬件電路設(shè)計 本設(shè)計采用按鍵作為輸入，通過 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器采集溫度值，送到主機 AT89C51，由主機進行處理并將實際溫度的值顯示在 LED 數(shù)碼管上，然后控制加熱設(shè)備實現(xiàn)溫度的恒溫控制 。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的固定脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1 的值從預(yù)置值減到 0 時溫度寄存器的值加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的固定脈沖信號進行減法計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 減到 0時，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度值。圖中隱含了計數(shù)門，當計數(shù)被門打開時，DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計。 DS18B20 測溫原理 預(yù) 置 比 較 計 數(shù) 器斜 率 累 加 器減 法 計 數(shù) 器 1低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器減 到 0 溫 度 寄 存 器預(yù) 置減 到 0減 法 計 數(shù) 器 2高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 圖 DS18B20 的內(nèi)部測溫電路框圖 低溫度系數(shù)的晶振的振蕩頻率在溫度變化時受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號，為減法計數(shù)器 1 提供頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。 6． DS18S20 的測量結(jié)果直接輸出 的是 數(shù)字溫度信號， 通過“單總線” 串行傳送給 CPU，同時還可以 自動生成及發(fā)送 CRC數(shù)據(jù) 校驗碼，它具有極強的抗干擾和 糾錯的能力。C 。C 溫度范圍內(nèi)精度為 177。C 的工作溫度范圍，在 10176。 4． DS18S20 具有 55176。總線與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線 (或地線 )。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １１ 2． DS18S20 提供了 9 位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編程的報警功能。模塊功能電路的集成化，使總體硬件電路的設(shè)計更加簡潔，有的效地降低了成本，使得搭建電路和焊接電路時更容易，調(diào)試也更加容易，使得開發(fā)的周期大大縮短。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)熱敏電阻所不同的是，集成在單個芯片，采用單了總線技術(shù)，這樣能夠有效的減小外界的干擾，提高溫度測量的精度。 本設(shè)計采用的是 4 位一體的共陽極數(shù)碼管，數(shù)碼管的原理圖和引腳表示如下圖： M1 M2 M3 M4a b c d efg h 圖 數(shù)碼顯示管 LED 引腳圖 DS18S20 在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離的溫度測量系統(tǒng)中 ， 模擬信號很容易受到干擾 ， 而產(chǎn)生測量誤差，影響測量 的 精度。 LED 數(shù)碼管的使用 方式 與發(fā)光二極管 的使用方式 相同，根據(jù)材料 的 不同正向壓降一般為 15～ 2V，額定電流為 10mA，最大電流為 40mA。 與之類似 ，共陽極LED 數(shù)碼管 的發(fā)光二極管的陽極 連 接在一起，通常此共陽極接正 極的 電壓，當某濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） １０ 個發(fā)光二極管的陰極 被 接 到 低電平時， 電流導(dǎo)通， 發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被 點亮 顯示。共陰極 LED數(shù)碼管 的發(fā)光二極管的陰極 端 連在一起， 一般 此共陰極接地。當其中某個 發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫 就 會 發(fā)亮 ； 控制二極管導(dǎo)通 在不同的組合 ，就能顯示出各種 不同的 字符，常用的 LED數(shù)碼管有 7段和 “ 米 ”字段 兩種 。 LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。 LED LED 顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應(yīng)用上也是被廣泛運用的。 MR 接 +5V，不清除。 多片 74LS164 串聯(lián)，能實現(xiàn)多位 LED靜態(tài)顯示。 本設(shè)計所使用的可控硅為 BTA08，其參數(shù)如下： Tstg—— 貯存溫度 40~125℃ Tj—— 結(jié)溫 40~125℃ PGM—— 峰值門極功耗 5W VDRM—— 重復(fù)峰值斷態(tài)電壓 600V IT（ RMS） —— RMS通態(tài)電流（ Ta=89℃） 8A VGM—— 峰值門極電壓 10V IGM—— 峰值門極電流 ITSM—— 浪涌通態(tài)電流 (一個周期 50/60HZ,峰值 ,不重復(fù) ) 80/88A VISO—— 絕緣擊穿電壓（ RMS，交流 1 分鐘 1500V ） 74LS164 因為數(shù)碼管需要段碼和位碼，這樣就大量的占用了單片機的 I/O 口，為了使I/O 口得到充分 的使用，本設(shè)計采用 74LS164 作為段碼的選擇輸出電路，即節(jié)省了 I/O 引腳也省去了 LED 的驅(qū)動電路，簡化了電路的設(shè)計和程序的編寫，提高個系統(tǒng)的設(shè)計效率。 雙向的可控硅的引腳多數(shù)是按 T T G 的順序從左至右排列 (電極引腳向下 ,面對有字符的一面時 ).加在控制極 G 上的觸發(fā)脈沖的大小或時間改變時 ,就能改變其導(dǎo)通電流的大小 。 單向的可控硅有其獨特的特性為 :當陽極被接反向電壓 ,或者陽極被接正向濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ８ 電壓但控制極不加控制電壓時 ,可控硅都是不導(dǎo)通 ,而陽極與控制極同時被接正上向電壓時 ,可控硅就會變成導(dǎo)通狀態(tài) .可控硅一旦導(dǎo)通 ,控制極的電壓便失去了對可控硅的控制作用 ,這時不論控制極有沒有控制電壓 ,也不論控制極的控制電壓的極性是 如何 ,將會一直保持在導(dǎo)通的狀態(tài)。 MOC3041 芯片內(nèi)部包含過零檢測的電路，在輸入引腳 1 輸入的電流為 15mA的時候，輸出引腳 和輸出引腳 4 之間的電壓剛剛過零時，內(nèi)部的雙向晶閘管開始導(dǎo)通，從而觸發(fā)外部的晶閘管導(dǎo)通，在 MOC3041 輸入引腳的輸入電流為 0時，內(nèi)部的雙向晶閘管被關(guān)斷，從而外部的晶閘管也被關(guān)斷 。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ７ MOC3041 MOC3041 是常用雙向晶閘管輸出的光電耦合器 (固態(tài)繼電器 )，帶過零觸發(fā)電路，輸入端的控制電流為 15mA，輸出端的額定電壓為 400V，輸入輸出端隔離電壓為 7500V。 此時 該芯片內(nèi) RAM的數(shù)據(jù) 和特殊功能寄存器 中的 值保持 原萊來值 不變 , 一直 維持 到掉電模式被終止。 睡眠 狀態(tài)可被任一 一個 中斷所終止或通過 外部 硬件復(fù)位 喚醒 。 AT89C51 具 有間歇、掉電兩種電源控制 工作模式 。另外 ,AT89C51 還具有 MCS51 系列單片機的所 具 有優(yōu)點。 在 5V 的 電壓 下就可以 編程，而且 程序的 寫入時間 也 僅 需要 10毫秒 的時間 , 僅為 8751/87C51單片機 的時間的百分之一，與 87C51 系列的單片機 的 12V的 擦寫電壓相比 , 即保護了 器件 , 也 沒有兩種電源的 不同 要求， 在不拿下芯片的情況先即可進行程序的擦寫 ， 非常 適合嵌入式的 控制領(lǐng)域 的應(yīng)用 。 使用 AT89C51 單片機便 可構(gòu)成的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小 了 系統(tǒng) 的 體積 , 增加 了 系統(tǒng)可 的 靠性 易用性 ，降低了系統(tǒng) 的制作 成本。 AT89C51 系列單片機介紹 AT89C51 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，而且在其片種還有4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存 時間 可以達到 十年。所以，經(jīng)過比較，本次畢業(yè)設(shè)計采用了方案三。 結(jié)論：前兩種方案是 比較 傳統(tǒng)的模擬控制方式，模擬控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律 ，無法 獲取比較高的控制精度 ， 并且 控制方案的修改也較為繁瑣。 該 系統(tǒng)可以用數(shù)碼管來顯示溫 讀 的實際值 和各種狀態(tài) ， 可 用鍵盤輸入設(shè)定值。這種方法仍然還是模擬控制方式，因此也很難能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使的控制的精度做得較高，并且不能用數(shù)碼管顯示溫度值和當前的狀態(tài)，也不能使用鍵盤進行設(shè)定 。 并且不能用數(shù)碼管顯示溫度值和當前的狀態(tài)，也不能使用鍵盤進行設(shè)定 。特點是電路簡單，易于實現(xiàn)，但是系統(tǒng)的精度不高并且調(diào)節(jié)動作頻繁，系統(tǒng) 的 靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。 溫度是一個非線性的 控制 對象，有大慣性的特點， 尤其 在低溫段慣性較大，而 在高溫段慣性較小。 課題的研究方案 溫度控制系統(tǒng)是比較典型的過程控制系統(tǒng)。 （ 3）能夠?qū)崿F(xiàn) 水溫 自動控制，如果設(shè)定 水溫 在 80℃ ，則能使水溫保持恒定在 80℃ 的溫度下運行。 2． 利 用單片機實現(xiàn)其具體控制功能如下： （ 1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進制 LED 數(shù)碼管來顯示水的實際溫度。而且本次的設(shè)計主要實現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度 控制 ，超過設(shè)定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。從 DS18B20讀出或?qū)懭?DS18S20 信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)線，