【正文】 度值除 16得實際溫度值 其中 ReadOneChar()是 DS18B20 讀取一個字節(jié)子程序， b、 a分別是溫度值的高低位。0x0f。0xf0)4。 //讀取溫度值高位 temp1=b4。 以下是讀取 ds18b20 當(dāng)前溫度的關(guān)鍵代碼： a=ReadOneChar()。溫度轉(zhuǎn)換流程圖如圖 45所示。寫操作的主要功能是將溫度數(shù)據(jù)賦予 DQ，然后在 8次循環(huán)完畢再返回。 } //右移一位 DQ = datamp。 //延時 DQ = 1。0x01。i) { DQ = 0。 以下是 DS18B20 寫一個字節(jié)的關(guān)鍵代碼： for (i=8。寫數(shù)據(jù)后再置 1，釋放數(shù)據(jù)線。其流程與讀操作子程序流程大致相同。 寫操作 DS18B20 寫操作流程圖如圖 44 所示。在 DQ 置 1 后，若 DQ 恒等于 1，則將數(shù)據(jù)存入 dat。 } //延時 return(dat)。 //給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80。 //給脈沖信號 dat=1。i0。讀數(shù)據(jù)后再置 1，為單片機檢測 DS18B20 的輸出電平作準備，在確認循環(huán) 8 次后結(jié)束讀字節(jié)的操作。讀操作子程序的主要功能是讀取字節(jié)數(shù)據(jù)。 //若 x=0 則初始化成功， x=1則初始化失敗 其中 delay_18B20()是 DS18B20 延遲子函數(shù)，在初始化時發(fā)初始化脈沖，延時后檢測 DQ是否為 0，若為 0則表示輸出了存在脈沖，則當(dāng) DQ為 0時初始化成功。 //拉高總線 delay_18B20(14)。 //單片機將 DQ拉低 總線置 1 并延時 總線置 0 并延時 總線置 1 返回 開始 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 delay_18B20(80)。 //DQ 復(fù)位 delay_18B20(8)。初始化中先將總線復(fù)位置 1，拉高數(shù)據(jù)線，稍做延時后將總線置 0，將數(shù)據(jù)線拉低，延時保持 480μ s以上， 向 DS18B20 發(fā)出一持續(xù) 480us 的低電平復(fù)位脈沖 ，再將總線置 1，釋放數(shù)據(jù)線，延時后判斷總線是否為 0，為 0則初始化成功。 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 ， 溫度初始化流程圖如圖 42所示。其操作 協(xié)議如下： 初始化 → ROM 操作命令 → 存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù) DS18B20 每進行一次操作都要遵守操作協(xié)議流程。 圖 41 主程序流程圖 初始化 讀取設(shè)定的 PID值 溫度采集模塊 液晶顯示模塊 PID控制模塊 傳送 PC當(dāng)前溫度 開始 結(jié)束 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 溫度采集模塊 對 DS18B20 軟件的設(shè)計主要根據(jù)其操作時序和操作協(xié)議編寫的。初始化模塊的主要功能是初始化 AT89C51和 DS18B20芯片 ； 溫度采集模塊的功能是主要通過數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20實時讀取數(shù)據(jù)；液晶顯示模塊的主要功能是顯示當(dāng)前溫度及設(shè)定溫度；串行通信模塊的主要功能是通過 MAX232與 PC進行通信，傳遞數(shù)據(jù)； PID控制模塊的主要功能是將設(shè)定溫度與實測溫度的偏差信號進行 PID控制，采用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）對溫度進行相應(yīng)的降溫或加溫處理。 P 3 .7R72 2 0 R65412U3O P T O C O U P L E R N P NR81kR91 0 kQ1N P NR L 11 2 VD11 N 4 0 0 1+ 2 2 0 v+12v 圖 36 風(fēng)扇 輸出控制電 路 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 4 RTU 軟件設(shè)計 PID溫度測控軟件系統(tǒng)主要包括 溫度采集模塊， 液晶顯示模塊，串行通信模塊和 PID控制 模塊 四個部分 。 電路中的光耦 以光為媒介傳輸電信號 ，使 信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，傳輸效率高。風(fēng)扇輸出控制電路圖如圖 36所示。當(dāng)基極提供足夠的電壓時 三極管 導(dǎo)通 ， 繼電器的常開開關(guān)閉合，電機上電工作 。三極管是 NPN型的，把其集電極接 +5V電壓，射極接繼電器。 輸出控制電路 輸出控制 電路有光耦元件、繼電器、 二極管、 三極管 、 若干電阻等構(gòu)成。 在軟件上選用適當(dāng)?shù)?PID 控制算法，可達到較好的效果。繼電浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 器比較容易通過較高的電壓和電流，在正常條件下 工作十分可靠?？梢詫崿F(xiàn)對交流電單個周期有效值周期性控制，保證系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)。 可控硅是一種半控器件，應(yīng)用于交流電的功率控制有兩種形式：控制導(dǎo)通的交流周期數(shù)和控制導(dǎo)通角。 當(dāng)水溫超過設(shè)定溫度時開啟風(fēng)扇散熱，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度時加熱電阻絲關(guān)閉風(fēng)扇。波特率由定時器 1的溢出率決定。 MAX232 的 T1IN 端接單片機的 TXD 腳，R1OUT 端接單片機的 RXD 腳； MAX232 的 T1OUT 端接 PC的 RXD 腳， R1IN 端接 PC的 TXD 腳。 電容可以取 到 10uF 左右的電容，有無極性均可。 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 MAX232 利用 4 個外接電容 C11～ C14 就可以在外接電源 +5V電源供電的條件下，將輸入的 +5V電壓轉(zhuǎn)換為 RS232輸出所需要的177。 美國 MAXIM公司生產(chǎn)的 MAX232系列 RS232收發(fā)器是目前應(yīng)用較為普遍的串行口電平轉(zhuǎn)換器件。 P2.0P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7P2.1P2.2234567891R P 1R E S P A C K 81 0 kD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L 圖 34 液晶顯示電路 串行通信模塊 PC 內(nèi)通常都裝有一個 RS232 異步通信適配器板，其主要器件為可編程的UART 芯片，從而使 PC 有能力與其他具有標(biāo)準 RS232 串行通信接口的計算機設(shè)備進行通信。 RW 端 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作 ，接 口。 714 腳為 8位雙向數(shù)據(jù)線 ，接 P0 口。 液晶顯示電路圖如 34 所示。內(nèi)置字符產(chǎn)生器 ROM(CGROM)、字符產(chǎn)生器 RAM(CGRAM)和顯示數(shù)據(jù) RAM(DDRAM)。 液晶顯示電路 液晶顯示采用 LCM1602。 LCD具有功耗低、輕薄短小、平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。 本設(shè)計采用外部電源供電方式。 DSB8B20 的 2 腳接系統(tǒng)中單片機的 口線， 用于將采集到的溫度送入單片機中處理，由于 DS18B20 的 DQ 端是單線雙向通訊的 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是開漏 ,因此 在 2腳和 3 腳之間接一個 上拉電阻，即完成溫度采集部分硬件電路。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 64 位 ROM、溫度傳感器及高速緩存器配置寄存器等部分組成。 ℃，可由程序設(shè)定 9～ 12 位的分辨率 。 溫度采集電路 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是支持“一線總線”接口浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 的數(shù)字溫度傳感器。因此本系統(tǒng)采用高精度數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 RS TEAR11 0 0R21 0 kC31uF 圖 32 單片機外圍復(fù)位電路 溫度采集模塊 溫度傳感器選擇 傳統(tǒng)的溫度采集方式采用熱電偶或熱敏電阻，熱電偶 一般用于工業(yè)生產(chǎn) ， 但精度 低 ，需冷端 補償 ，電路設(shè)計 復(fù)雜 ；熱敏電阻雖然精度較高，但需要標(biāo)準穩(wěn)定電阻匹配才能使用，而且重復(fù)性、可靠性都比較差。本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位，電平復(fù)位是通過 RST端經(jīng)電阻與 VCC 接通而實現(xiàn)的，其電路圖如圖 32所示。 X T A L 1X T A L 2X1CR Y S T A LC13 0 p FC23 0 p F 圖 31 晶振時鐘電路圖 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作，其作用是使 CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個初始狀態(tài)開始 工作。其電路圖如圖 31所示。在芯片外部 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價 廉的方案。 AT89C51是一種帶 4K字 節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓 、 高性能 CMOS 8位微處理器。 本系統(tǒng)硬件主要有五大模塊組成：微處理器系統(tǒng)、溫度采集模塊、液晶顯示模塊、串行通信模塊和輸出控制模塊。 RTU 可將采集到的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)格式顯示在 PC 機或其他媒體上，也可將從 PC 機等媒體上接受到的 數(shù)據(jù)裝換成命令，執(zhí)行相關(guān)命令，實現(xiàn)功能。為了使設(shè)計的成本低、抗干擾強，系統(tǒng)動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能好的前提下，采用 方案一的設(shè)計，選擇 具有高速 DA轉(zhuǎn)換功能并且運行速度快的單片機作為主控芯片， 通過單片機對偏差進行 PID運算 。對于方案三， 模擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)能力有限，當(dāng)控制規(guī)律較為復(fù)雜時，就難以甚至無法實現(xiàn)， 但數(shù)字控制器能實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律的控制。 圖 22 方案三的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 [16] 比較 3種方案，可以得出 。 溫度測量 單 片 機 液晶顯示 控制電路 串行通信 PC機 溫度顯示 溫度調(diào)控 圖像顯示 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 方案三：利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的 溫度測控系統(tǒng) 基于模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制系統(tǒng)由數(shù)字電路部分和模擬電路兩部分組成，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示。若溫度升的過快， PLC也將輸出關(guān)斷電平信號轉(zhuǎn)換為可控硅電路相匹配的輸入信號。 控制算法采用 PID 算法，可以使系統(tǒng)具有較好的快速性和較小的超調(diào)。 圖 21 方案一的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 方案二： 利用 PLC 實現(xiàn)溫度測控系統(tǒng) 利用 PLC 實現(xiàn)對溫度的控制，其控制系統(tǒng)采用 PLC 控制實現(xiàn)自動控制方式，來達到控制溫度的恒定。在溫度接近或達到設(shè)定值時，單片機通過采樣回的溫度與設(shè)置的設(shè)定溫度比較做出相應(yīng)的控制，使溫度上升或下降。單片機 用 RS232 與計算機進行串行通信，根據(jù) 現(xiàn)場溫度與 從PC 獲取的 用戶設(shè)定溫度， 采用增量式 PID 算法進行控制， 計算出實時控制量。系統(tǒng)主要包括溫度采集、實 時溫度顯示 和 AT89S51 單片機。對于溫度控制的方法也有很多：如單片機控制、 PLC 控制、模擬 PID 調(diào)節(jié)器和數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器等等。本設(shè)計系統(tǒng)的核心是進行溫度的測控與數(shù)據(jù)通信。 開發(fā)環(huán)境采用 Keil C，編程語言為 C51 語言。 本設(shè)計 運用 PID 算法對溫度進行測量與控制， 其研究意義深遠。同時隨著計算機技術(shù)的進步，控制精度會隨著控制理論的完善和測量精度的提高而日趨提高。 在溫度控制原理中，單片機具有 集成度高、功能強、體積小、可靠性高、價格低和開發(fā)周期短等特點 。 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分 (即誤差的變化率 )成正比關(guān)系。 在積分控制中，控制器的輸 出與輸入偏差信號的積分成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。 PID控制器根據(jù)偏差的比例、積分、微分進行控制。 2． 20世紀 20年代至 40年代，發(fā)現(xiàn)了微分作用，它能直觀地實現(xiàn)對慢系統(tǒng)的浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 控制，與先期提出的比例和積分作用成為主要的調(diào)節(jié)部件。近年來，隨