【正文】 比例積分控制,直至實(shí)際水溫與設(shè)定水溫相同后間歇控制，程序進(jìn)入等待控制狀態(tài)，如果水溫降到設(shè)定值以下則又開始控制[18]。控制程序中只要對DS18B20初始化完畢就可以實(shí)時讀取采集溫度信號。設(shè)定初始值時默認(rèn)從高位到低位依次設(shè)定，用加減鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)字的選擇，按下設(shè)定鍵直接確認(rèn)并跳到下一位，三位設(shè)定完成后主程序開始進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的采集和對輸出的控制。 按鍵功能定義本次設(shè)計(jì)中定義4個按鍵：設(shè)定、加、減、復(fù)位鍵。 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)顯示實(shí)時溫度設(shè)定溫度數(shù)據(jù)比較圖32 程序模塊功能圖 系統(tǒng)軟件原理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)加電后主控單片機(jī)、LCD顯示、溫度傳感器DS18B20復(fù)位，然后初始化單片機(jī)和溫度傳感器，初始化完成之后，程序開始掃描鍵盤等待設(shè)定目標(biāo)溫度值，設(shè)定完成后，程序則立即開始通過掃描溫度傳感器DS18B20來實(shí)時采集當(dāng)前水溫并顯示。模塊劃分之后，要用圖示的方法表示出個模塊之間的關(guān)系，本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)模塊劃分如圖。2）各單一模塊內(nèi)聚性（Cohesion）高。模塊劃分合理有以下兩點(diǎn)要求：1）各模塊之間耦合（Coupling）盡可能少。模塊化設(shè)計(jì)一般采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法（Topdown Design）劃分模塊。模塊化設(shè)計(jì)（Modular Design）的核心是模塊的劃分。開 始初 始 化處 理 按 鍵, 顯 示 設(shè) 定 值溫度檢測數(shù)值處理顯示實(shí)際溫度比較設(shè)定溫度值和實(shí)際溫度是否大于?加熱停止YTN圖31 程序流程圖 程序的模塊化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，應(yīng)該采用好的程序開發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)等等?？刂葡到y(tǒng)加電后主控單片機(jī)、LED顯示、溫度傳感器DS18B20復(fù)位，然后初始化單片機(jī)和溫度傳感器，初始化完成之后，程序開始掃描鍵盤等待設(shè)定目標(biāo)溫度值，設(shè)定完成后，程序則立即開始通過掃描溫度傳感器DS18B20來實(shí)時采集當(dāng)前溫度并顯示。在設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的軟件系統(tǒng)時，需要考慮眾多因素，如硬件需求、計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)等。圖29 系統(tǒng)整體硬件連接圖3 . 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)軟件是單片機(jī)的關(guān)鍵。 硬件連接在選擇好硬件后，必須進(jìn)行有效的連接才能使各個元件發(fā)揮其功能。上圖中采用共陽極數(shù)碼管，由于AT89C51單片機(jī)每個I/O口的拉電流只有1～2 mA，但在灌電流驅(qū)動狀態(tài)下能達(dá)到20mA左右，如果采用共陰極數(shù)碼管需要加驅(qū)動電路，而采用共陽極數(shù)碼管則不需要驅(qū)動電路，可使電路得到簡化。在本系統(tǒng)中，我們采用了數(shù)碼管的動態(tài)顯示，節(jié)省單片機(jī)的內(nèi)部資源，軟件實(shí)施時難度也降低。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。八段數(shù)碼管占用1BYTE的數(shù)據(jù)線，通過選通線選擇各個數(shù)碼管的顯示。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。但由于只需顯示溫度這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用較多，,需要不停的充放電才能. 其成本偏高。方案一：采用LCD液晶顯示使用液晶顯示屏顯示時間和路程。使用時，將DS18B20的數(shù)據(jù)DQ與單片機(jī)的一位具有三態(tài)功能的雙向口連接就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，為保證在有效的時鐘周期內(nèi)提供足夠電流，采用外部電源單獨(dú)供電，[10]。鍵盤上閉合建的識別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。共陽極LED顯示原理類似。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地?？刂撇煌M合的發(fā)光二極管導(dǎo)通，就能顯示各種字符。圖25 ADC轉(zhuǎn)換器ADC0832引腳圖 LED顯示結(jié)構(gòu)LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。因此，在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。在DS18B20測溫程序設(shè)計(jì)中，當(dāng)向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返同信號。而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)150 m，如采用帶屏蔽層且每米絞合次數(shù)更多的雙絞線電纜，則正常通信距離還可以進(jìn)一步加長。連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。對于在單總線上所掛DS18B20的數(shù)量問題，一般人們會誤認(rèn)為可以掛任意多個DS18B20，而在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。實(shí)際上，較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償。DS18B20收到信號后將等待16～60μs左右，之后再發(fā)出60～240μs的低脈沖。DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu): 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。斜率累加器計(jì)數(shù)器比較預(yù)置溫度寄存器=0計(jì)數(shù)器2=0預(yù)置低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振LSB置位/清除停止加1 圖22 DS18B20工作原理圖DS18B20的主要特性:（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)（5）溫范圍－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。 DS18B20測溫原理如圖所示。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的,性能價格比也非常出色?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。DS18B20可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，精度為177。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 致熱裝置（電熱絲）致冷裝置（機(jī)）繼電裝置繼電裝置光電耦合光電耦合 報警 模塊 數(shù)碼管 顯示 手動設(shè)定模塊（鍵盤） 單片機(jī) AT89C51溫度檢測模塊PWM圖21 DS18B20數(shù)字溫度傳感器DS18B20支持一線總線接口，測量溫度范圍為55℃～+125℃，在10～+85℃范圍內(nèi)，精度為177。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。單片機(jī)可以理解為集成在單一芯片上的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，麻雀雖小可是五臟俱全，也有運(yùn)算器、控制器、存儲器、總線及輸入輸出設(shè)備，采用也是存儲程序執(zhí)行的方式，對單片機(jī)的編程就是對其中的ROM寫入程序，在加電后ROM中的程序會像計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的程序一樣得到逐條的執(zhí)行。由檢測模塊輸出的信號并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計(jì)控制光電耦合裝置執(zhí)行相應(yīng)的動作，但由于溫度控制是一個非短時間的控制，對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。操控層次低,自由度大。只要FPGA規(guī)模夠大，這些數(shù)字器件理論上能形成一切數(shù)字系統(tǒng)，包括單片機(jī)甚至CPU。：根據(jù)溫室溫度控制系統(tǒng)的功能要求，控制模塊包含功能：①對溫度信號、鍵盤手動設(shè)定（人機(jī)交互）信號的接收與辨認(rèn)；② 控制層調(diào)用PID算法，對接收到的信號與設(shè)定值比較，進(jìn)行處理，計(jì)算出控制量，通過數(shù)字信號來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)致冷致熱；③報警功能：當(dāng)溫度不為設(shè)定值時發(fā)出報警信號直至溫度達(dá)到要求；④溫度信號輸出顯示；對控制器的選擇有兩種方案：方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。，降低成本，采用單片機(jī)系統(tǒng)控制可以更快的達(dá)到恒溫控制的效果，提高工作效率、節(jié)省能源、降低成本。采用溫度控制系統(tǒng)來控制溫度對企業(yè)具有重要的意義:，改善勞動條件。通過單片機(jī)來控制加熱的過程促進(jìn)生產(chǎn)過程自動化。但在某些方面還有欠缺和需要改進(jìn)的地方。為了提高這方面的技術(shù),在自70年代末起,我國先后從日本,美國,荷蘭和保加利亞等過引進(jìn)了不下40套的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備,雖然引進(jìn)的這些溫室設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先,設(shè)備先進(jìn),但是在我國的使用過程中還存在這較為嚴(yán)重問題,主要由于我國自然氣候的特點(diǎn)和引進(jìn)的設(shè)備不能相符合,導(dǎo)致設(shè)備不能發(fā)揮作用,加上設(shè)備的可改動性不大,因而很難達(dá)到設(shè)備對溫室內(nèi)溫度,濕度等的合理控制。我國作為一個農(nóng)業(yè)大國,溫室技術(shù)的發(fā)展比較晚,與國外的技術(shù)相比有很大的差距。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。單片機(jī)的應(yīng)用目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。在閉環(huán)型過程控制中，過程的實(shí)時參數(shù)由傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)時采集，并由單片機(jī)自動記錄、處理并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作來進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制?？刂凭哂畜w積小、重量輕、價格低、可靠性高、耗電少和靈活機(jī)動等許多優(yōu)點(diǎn)，因此如果能利用單片機(jī)進(jìn)行溫度的測量和控制，將會大大提高溫度測量和控制的可靠性和靈活性。 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫控系統(tǒng)的現(xiàn)狀單片機(jī)是一種集CP