【正文】 控制雙向可控硅的通斷，從而實(shí)現(xiàn)控制電加熱管的加熱。當(dāng) 接通電源時(shí)，因?yàn)樗哂薪^緣耐壓性，可以迅速地將系統(tǒng)與 220V強(qiáng)電隔離開。 控制電路如圖 212所示。 通過溫度 傳感器測得的實(shí)際溫度 并 與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較， 計(jì)算溫度差，通過 PID算法，計(jì)算加熱時(shí)間，即 改變給定控制周期內(nèi)加熱管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。溫控過程中功率電路輸出的脈沖電流方波寬度始終受溫度差信號(hào)的調(diào)節(jié)控制原理如圖211所示。 當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí) , 輸出信號(hào)增大 ,輸出脈寬增大 , 電熱絲加熱時(shí)間增長，環(huán)境溫度上升。 123J1D S 1 8 B 2 0R94 K 7V C CP 2 . 7 圖 210 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 溫度控制電路 PWM波控制 一般的 加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性， 溫度難以精確控制，無法滿足市場需求， 本 控制器采用 PWM波控制，當(dāng) 系統(tǒng)輸出高電平時(shí)，雙向可控硅道通，電熱絲通電 開始加熱； 輸出低電平時(shí)，雙向可控硅截 止，電熱絲斷電 ，停止加熱 。能達(dá)到 ，使用讀取溫度暫存寄存器 的方法能達(dá)到 精度。 在正常使用時(shí)， DS18B20的測溫分辨率為 ℃，若 要 提高 精度 ，可采取 直接讀取 DS18B20內(nèi)部 暫存寄存器的 方式 ，將分辨率提高到 ～℃。計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)算，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值加 1，重新裝入計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值，計(jì)數(shù)器 1重新計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0時(shí)，溫度寄存器值停止累加，這時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度。高溫度系數(shù)晶振 的震蕩頻率受溫度影響大 ，所產(chǎn)生的 脈沖 信號(hào) 送至 計(jì)數(shù)器 2。 DS18B20測溫原理 如圖 29所示為 DS18B20測溫原理圖。溫度 是以“一線總線”的數(shù)字方式進(jìn)行傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，也便于 處理 。 DS1822的精度較差為177。 C范圍內(nèi)，精度為177。測量溫度范圍為～ 55℃ ～ +125℃ 。 而且讀取信息 僅需要一根口線 , 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線 , 因 總線本身也可供電 而 無需額外電源。176。 溫度采集電路 DS18B20簡介 DS18B20[10]是 DALLAS公司最新推出的單線數(shù)字溫度傳感器，新 的 “ 一線器件 ” 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)， 能夠 通過簡單的編程， 直接 讀取 被測溫度 。 并且通過 口控制報(bào)警電路，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí) 口輸出 低 電平報(bào)警，不報(bào)警時(shí)將 高 電平。 P P P V S S1V C C2VL3RS4WR5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714V C C15GND16U2L C D 160 2V C CR510KV C CP P P P P P P P 圖 27 LCD1602接口電路 指示燈 與 報(bào)警電路 控制器采用發(fā)光二極管作為狀態(tài)指示、采用發(fā)光二 極管與蜂鳴器作為報(bào)警器。 第 16腳：背光源負(fù)極。 第 7～ 14腳： D0到 D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS和 R/W都為 低電平時(shí) ，可 寫入指令或者顯示地址， 都為 高電平時(shí) 則可 讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W為低電平時(shí)可 寫入數(shù)據(jù) 。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 2腳： VDD接 5V正電源。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件， 有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)參數(shù)全部修改完畢后，再次按設(shè)置 鍵：用于完成設(shè)置并退出。其中 設(shè)置鍵 S2，接單片機(jī)的 腳 判斷是否需要對(duì)溫度與時(shí)間進(jìn)行設(shè)置 ， 當(dāng)按 第一次時(shí)設(shè)置時(shí)間秒，按第二次時(shí)設(shè)置時(shí)間分，按第三次時(shí)設(shè)置時(shí)間小時(shí) ，當(dāng)按第四次時(shí)系統(tǒng)功能為設(shè)置目標(biāo)溫度值。 12Y112 MC2Ca p30 pFC3Ca p30 pFX T 1X T 2 圖 24 單片機(jī)時(shí)鐘電路 控制器 I/O口 分配 根據(jù)控制器要求設(shè)計(jì)控制器硬件電路，在硬件設(shè)計(jì)中，對(duì)單片機(jī)的 I/O口 [8]進(jìn)行分配，分配方案具體如下： ― LCD1602的數(shù)據(jù)口輸出端 ； － LCD1602的 RS， RW， EN 輸出端 ； ； PWM脈沖輸出端 ； － ； ； “ +”鍵的輸入端 ； “ ”鍵的輸入 端 ； － 、數(shù)據(jù)、復(fù)位輸入端 。 如圖 24為外部時(shí)鐘產(chǎn)生方式，即 采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器 ，可驅(qū)動(dòng)晶振振蕩從而產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)序 。復(fù)位電路可分為上電復(fù)位與按鍵復(fù)位。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。 STC89C52單片機(jī)引腳圖如圖 22所示。 掉電保護(hù)方式下能保存 RAM的 內(nèi)容， 此時(shí) 單片機(jī) 停止 一切工作， 等到 下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位 再工作 。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種 軟件 可選擇節(jié)電模式。 STC89C52是一種低功耗、高性能 的 8位微控制器 。 比較方案一與方案二，應(yīng)選擇方案二。具有 顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，體積小，重量輕功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在顯示位數(shù)較多時(shí)單片機(jī)中 I/O 口的開銷很大，需要提供的 I/O 接口電路也較復(fù)雜，功耗比較大，掃描消耗資源比較多，占用 CPU的時(shí)間多，反應(yīng)不靈敏。故選擇方案二。 比較方案一與方案二，方案一雖然電路簡單，容易 控制 ，但 控制器所 要求溫度波動(dòng) 為 177。 方案二： 光耦（具有過零比較功能） + 可控硅 采用單片機(jī)為核心器件，結(jié)合 PID算法計(jì)算 實(shí)時(shí) PWM脈沖的輸出參數(shù)， 再由 產(chǎn)生的 PWM波來決定 雙向可控硅的 通斷 ， 進(jìn)而控制 電熱絲來實(shí)現(xiàn) 對(duì) 溫度 的 控制。輸出高電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通使得 繼電器 中 無 電流 ， 所以 電 加熱器不工作。各方面特性都滿足 設(shè)計(jì)要求， 且價(jià)格低， 電路連線簡單 ，故選擇方案二。其市場價(jià)大約在 56元之間。其測量范圍在 50℃ +125℃，在 10℃至 +85℃范圍內(nèi)精度為177。 方案二：采用 DS18B20溫度傳感器 DS18B20數(shù)字溫度傳感器是單總線器件，線路簡單，體積小，耐磨耐碰，接線方便，能直接輸出數(shù)字信號(hào)，無須 A/D轉(zhuǎn)換。 單 片 機(jī)顯 示 模 塊報(bào) 警 模 塊指 示 燈 模 塊串 口 通 信 模 塊溫 度 測 量 模 塊實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 模 塊鍵 盤 電 路晶 振 電 路復(fù) 位 電 路溫 度 控 制 模 塊 圖 21 系統(tǒng)硬件 總體 框圖 測溫模塊 方案一： 采用熱敏電阻（如 PT100） PT100測溫的模擬電路是把當(dāng)前 PT100熱電阻傳感器 [6]的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測量的電壓值，經(jīng)過放大器放大信號(hào)后送給 A/D轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī)AT89S51，單片機(jī)再根據(jù)公式換算把測量得的溫度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出進(jìn)行顯示，連接電路比較復(fù)雜。配有按鍵用于輸入設(shè)定溫度，配有 LCD液晶用來顯示溫度，并通過綠、黃、紅彩燈顯示正在加熱、定時(shí)倒計(jì)時(shí)、報(bào)警這三種狀態(tài)。 根據(jù) 中醫(yī)理療設(shè)備上恒溫控制應(yīng)用 需求及對(duì)溫度精度的要求 ，將 PID算法 應(yīng)用于溫度控制中 ，設(shè)計(jì) 以下控制器設(shè)計(jì)方案 ，即以 STC89C52單片機(jī)為核心控制器件，采用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，無需數(shù)模擬∕數(shù)字轉(zhuǎn)換，直接與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字傳輸?；趩纹瑱C(jī)，對(duì)各功能模塊進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)各模塊的功能。 （ 3） 研究溫度采集的相關(guān)資料 ，選擇靈敏、簡便的溫度傳感器； （ 4）對(duì)溫度控制部分進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)加熱、恒溫的精確控制功能； 師范學(xué)院學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 （ 5）對(duì) 硬件輸入輸出部分進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交流界面； （ 6）對(duì)其他額外功能進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)溫度控制器的智能化、簡便化； （ 7）對(duì)系統(tǒng)的整個(gè)電路圖設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。 ℃； （ 6）系統(tǒng)加熱溫度＜ 100℃。 本課題研究的目標(biāo)是以 STC89C52單片機(jī)為 控制器件 ，設(shè)計(jì)一款恒溫控制器，主要完成對(duì)恒溫加熱的控制，同時(shí)具有報(bào)警、定時(shí)加熱 、實(shí)時(shí)時(shí)間顯示 等功能。中醫(yī)理療恒溫控制實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng) 專業(yè) 化，也成為控制 領(lǐng)域 研究的熱點(diǎn)和發(fā)展的 趨勢 之一。 在當(dāng)今科技迅速發(fā)展的時(shí)代，現(xiàn)代物理學(xué)， 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、 生物學(xué)的 迅猛 發(fā)展，物理治療 也越來越受人們的關(guān)注 ，已成為臨床綜合治療及康復(fù)醫(yī)療 [3]中的一個(gè)重要組成部分。雖然恒溫箱的應(yīng)用在生活生產(chǎn)中比較多，但絕大部分都僅僅有維持溫度的功能 ， 但 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中 ，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用有很高的標(biāo)準(zhǔn)。 目前，國內(nèi)外對(duì)于恒溫控制系統(tǒng)的研究也越來越深入。電熱絲的降溫 是通過 自然冷卻 的方式， 溫度 過高 就 幾乎沒有辦法 使其降溫， 所以 難以用 數(shù)字方法建立精確的 模型。但這時(shí)電熱絲的溫度會(huì)高于用戶設(shè)定的溫度，還會(huì)繼續(xù)對(duì)物體進(jìn)行加熱，使得被加熱器件 的溫度繼續(xù)上升。接通電源時(shí)電熱絲正常工作，其內(nèi)部溫度很高。該技術(shù)能有效提高恒溫控制系統(tǒng)的溫度 控制的準(zhǔn)確性 ，元器件價(jià)格低廉，方便實(shí)用，相信一定會(huì)有較好的市場效益。采用 PID控制來提高理療溫控設(shè)備的溫度 控制 精度，能使醫(yī)用理療設(shè)備恒溫控制系統(tǒng)簡便化、智能化。 20世紀(jì) 70 年代以后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，新的生物 心理 社會(huì)的醫(yī)學(xué)模式代替了舊的生物醫(yī)學(xué)模式，尤其是物理治療技術(shù) [1]在醫(yī)學(xué)臨床上的作業(yè)日益突出。 本課題針對(duì)恒溫控制的特點(diǎn) 以及 實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)確 溫度控制的意義，設(shè)計(jì) 了一款 基于 PID算法的 醫(yī)用 理療 恒溫控制 器 。 設(shè)計(jì)類似于中藥薰蒸治療儀的智能恒溫控制器，可以響應(yīng)市場的需求。 一般 做法是 把 中藥煎煮后倒 入 容器 中 ， 然后 利用它產(chǎn)生的蒸汽 向病人的 病患部位 進(jìn)行 薰蒸 式的滲透 ， 從而 達(dá)到 逐步 治療的目的 。 關(guān)鍵詞： PID算法 ， 恒溫控制 ， 中醫(yī)理療 師范學(xué)院學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Constant Temperature Control System of TCM Physiotherapy Based on PID Abstract： In the rapid development of science and technology, and medical technology, medical physiotherapy equipment tends to be highprecision, high intelligence to play the physical efficacy of traditional Chinese medicine. Designed a PID algorithmbased Chinese medicine treatments thermostatic control system on the working principle of the system hardware circuit and software design, discusses the principle of digital PID controller and its constant temperature control system. Controller by the microcontroller, temperature acquisition module, temperature control module, display modules and other modules can be bined with onsite temperature and the target temperature set by the user, using PID algorithms and PWM technology, the temperature is gradually stable set by the user target. The application button is set target temperature, heating time, the LCD display realtime, temperature and heating countdown display is being heated, timer countdown, alarm status of the three green, yellow, red lantern. The controller can meet the the physiotherapy temperature control equipment needs and control accuracy, more convenient, intelligent, with the majority of the market demand.