【正文】 控系統(tǒng)、熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。本設計中的溫度控制系統(tǒng)如果加上串口通信，采用RS232標準有線通訊協(xié)議方式，與計算機進行通信，采用先進的現(xiàn)場總線技術、無線數(shù)傳技術、紅外遙控、遙測技術等，這可大大提高系統(tǒng)對新環(huán)境的適應能力，提高其兼容性。使我們在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是C語言）的掌握方面都能向前邁了一大步。主要由主控器51系列單片機STC89C5數(shù)字溫度傳感器DS18BLED數(shù)碼管顯示模塊、蜂鳴電路、獨立按鍵和復位電路和加熱電路等部分構成。有時候一條語句的錯誤往往要花上好長一段時間的程序調(diào)試過程，但每次調(diào)試成功后都能得到收獲，獲得進步。軟件調(diào)試是通過對程序的編寫、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。靜態(tài)調(diào)試是在系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。7 指標調(diào)試硬件調(diào)試是利用基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查硬件中存在的故障。開始初始化DS18B20發(fā)起Skip Rom 命令應答脈沖發(fā)起Convent T 命令讀取第2字節(jié)即 溫度數(shù)據(jù)發(fā)起Read Scratchpad命令初始化DS18B20延時1S，等待溫度轉換完成答應脈沖開始調(diào)用e（k），e（k1），e（k2）ΔU=A*e（k）+B*e（k1）+C*e（k2）e（k2）= e（k1）e（k1）= e（k）e（k）=下一個采集到的溫度U（k1）= U（k）U（k）=U（k1）+ΔU結束計算e（k） DS18B20溫度讀取子程序流程圖 PID算法程序流程圖（說明1：Skip Rom 為跳過DS18B20 ROM檢測命令，Convent T為溫度轉換命令，Read Scratchpad 為讀取DS18B20暫存器字節(jié)命令。Key為顯示切換按鍵，當mode=1時為實時溫度顯示模式，當mode=2時為設定溫度模式，KK2分別為設定溫度加1℃、減1℃按鍵。通過比較，判斷是否采用PID算法控制程序輸出值，由輸出值通過定時器控制PWM的占空比。6系統(tǒng)軟件設計 開始初始化讀取DS18B20溫度子程序讀取按鍵設定溫度子程序e（n） 采集溫度PWM輸出控制子程序 主程序流程圖流程圖所說描述的是，當恒溫箱控制系統(tǒng)運作初始化時，預設溫度清零，此時DS18B20傳感器自動測量外界溫度，即采樣溫度T，同時也要設置設定溫度S，用設定溫度S與采樣溫度T的比較算出偏差e（n），再通過PID算法控制控制PWM信號的輸出來控制電熱絲的輸出功率。定時器T0采用工作方式1，當TMOD中M1M0=01時，定時計數(shù)器工作在方式1，計數(shù)初值設定為fc18H；定時器T1采用工作方式2, 當TMOD中M1M0=10時，定時器工作在方式2，計數(shù)初值由PID計算結果得出。只有將T1用做串行口的波特率發(fā)生器時，T0才工作在方式3，以便增加一個定時器。TH0只可用作定時功能，占用定時器T1的控制位TR1和T1的中斷標志位TF1，其啟動和關閉僅受TRl的控制。占用原T0的各控制位、引腳和中斷源。工作方式3：若將T0設置為模式3，TL0和TH0被分成為兩個互相獨立的8位計數(shù)器TH0和 TL0 。 用于定時工作方式時，其定時時間為:t＝(28TH0初值)振蕩周期12。當TL0計數(shù)溢出，置位TF0，TH0中的初值自動裝入TL0，繼續(xù)計數(shù)，循環(huán)重復計數(shù)。16位寄存器(THX和TLX) 中THX提供高8位、TLX提供低8位計數(shù)初值 工作方式2：方式2是8位的可自動重裝載的定時計數(shù)方式。寄存器TH0和TL0是以全16位參與操作，計數(shù)方式時最大計數(shù) 2^16＝65536個(外部脈沖)。當TLX的低5位溢出時向THX進位,而THX溢出時硬件置位TF0，并申請中斷。在這種模式下，16寄存器(THX和TLX)只用13位，其中THX占高8位。用于計數(shù)方式時最大計數(shù)值為213＝8192個脈沖。 單片機定時器有四種工作方式。 實際為了提高時效，可以根據(jù)控制規(guī)律，將輸出脈沖的占空比所對應的兩個定時/計數(shù)器的定時值事先計算好，并按照順序事先存放在單片機的內(nèi)存中，執(zhí)行程序時則采用查表的方法，在掃描到有信號輸入時直接查表，取出定時值送給這兩個定時/計數(shù)器。整個單片機系統(tǒng)主程序是對檢測加熱溫度信號進行周而復始的掃描。 PWM脈沖的占空比就由于兩個定時/計數(shù)器的定時確定。而輸出脈沖的形成可采用計時方式，即利用內(nèi)部的定時/計數(shù)器產(chǎn)生，可以設置兩個定時器，一個為脈沖高電平輸出的延時，另一個為低電平輸出的延時或整個周期時間的延時。 PWM信號PWM是脈沖寬度調(diào)制的英文縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量的波形的一種調(diào)制方式。增量式PID控制算法與位置式PID算法相比，計算量小得多，因此在實際中得到廣泛的應用。 （式51）第k1個采樣時刻的輸出值為： （式52）整理，可得 增量式PID控制算法公式為：（式53）其中 PID算法 由于溫度控制本身有一定的滯后性和慣性，這使系統(tǒng)控制出現(xiàn)動態(tài)誤差。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。5 PID控制算法與PWM信號 PID控溫原理 通過輸入通道將溫度傳感器DS18B20采集到的恒溫箱的當前溫度轉變?yōu)閿?shù)字量并輸入到單片機中，單片機求出當前的溫度值與設定值的偏差，并根據(jù)該偏差進行PID運算，最后根據(jù)PID運算的結果控制單片機輸出PWM信號，經(jīng)過光電隔離和二極管啟動盤驅(qū)動控制晶閘管整流電路，控制恒溫箱加熱。 報警電路模塊設計 蜂鳴器報警電路由于蜂鳴器的電流較大，一般在100mA左右，需要三極管驅(qū)動，采用的是有源的直流蜂鳴器，內(nèi)部集成了振蕩器，使用時只需給I/O口一個低電平即可發(fā)聲?？煽毓鑼ń堑目刂圃恚篈端為陽極，B端為陰極，G為觸發(fā)極。所以，就可以控制電熱絲兩端的平均電壓。所以，這是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)功能如下:溫度上調(diào)鍵：設定溫度加1℃；溫度下調(diào)鍵：設定溫度減1℃；切換顯示鍵：對傳感器采樣溫度與設定溫度進行切換。表41 DS18B20的數(shù)字溫度對照表TemperatureDigital output（Binary）Digital output（Hex）+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+0000 0001 1001 00010191h+0000 0000 1010 0010 00A2h+0000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h1111 1111 1111 1000FFF8h1111 1111 0101 1110FF5Eh1111 1110 0110 1111FE6Fh551111 1100 1001 0000FC90h 顯示模塊設計 顯示模塊電路，采用的是4位共陽數(shù)碼管，單片機對采集溫度信號進行處理后，通過4位共陽數(shù)碼管，由單片機P0口輸出段選信號，~，通過程序控制單片機管腳輸出，對溫度進行顯示?！鏈囟确秶?55℃~125℃測溫速率 750ms DS18B20引腳接法 DS18B20的數(shù)字溫度對照表 DS18B20采用2個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)存儲部分，低字節(jié)的低4位為小數(shù)部分，高字節(jié)的低4位與低字節(jié)的高4位組成溫度的整數(shù)部分，高字節(jié)的高4位為符號位，℃。 DS18B20引腳功能、接法 DS18B20只有3個引腳，分別是電源端，接地端和一 個數(shù)字信號輸入/輸出端。 溫度采集模塊設計 數(shù)字溫控芯片DS18B20介紹（）模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差,影響測量精度。P0口作為數(shù)碼管顯示模塊數(shù)據(jù)傳輸總線，~。主要是通過對數(shù)字溫度傳感器對溫度進行采集后，與鍵盤電路輸入的溫度值進行比較，通過程序控制輸出PWM信號，控制加熱設備進行加熱，由數(shù)碼管顯示電路進行溫度顯示，如果發(fā)生異常的時候發(fā)出警報。所以本次設計我們將啟用方案二進行綜合設計。方案二中，采用PID算法控制輸出PWM信號，使加熱設備以不同的功率進行加熱，當溫度達到我們要設定的溫度時，加熱電路以小功率進行加熱，此時加熱量平衡于消耗的熱量，從而到達保溫的效果。本設計中我們選用了美國達拉斯（Dallas）公司的單線數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20作為溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻不同，DS18B20可直接將溫度轉換為串行數(shù)字信號，供單片機處理，它具有微型化、低功耗、抗干擾能力強等優(yōu)點，且DS18B20采用單總線技術，信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或送出，從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號線和地線。由4位共陽LED數(shù)碼管對溫度進行顯示。方案二：通過按鍵設定溫度，按鍵功能分別實現(xiàn)溫度加一和溫度減一，再設按鍵3 用于切換數(shù)碼管顯示采樣溫度T與設定的溫度S。 系統(tǒng)方案的選擇與論證方案一： 按鍵控制設定恒溫