【正文】 等。編寫程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。 M A X 2 3 2V +C 2 +C 2 C 1 +C 1 V 2451361 291 3871 41 01 11 61 5V C C1 0 u f1 0 u f1 0 u f1 0 u f++++ 圖 212 MAX232引腳 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控 組態(tài)“ Configuration” 就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。采用單一 +5V電源供電，外接只需 4個(gè)電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信接口，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛運(yùn)用。 MAX232 是單電源雙RS232C 發(fā)送 /接收芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉(zhuǎn)換芯片，如 MAX23 MC148 MC1489 等。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的 RS232C接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號(hào)電平（ TTL 電平）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的 RS232C 電平，或者把計(jì)算機(jī)的 RS232C 電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的 TTL 電平，通信時(shí)候必須對(duì)兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此不適合做遠(yuǎn)距離通信，但是對(duì)于 實(shí)驗(yàn)室烤箱的溫度控制來說 ， 15米的通信距離已經(jīng)足夠。 RS232C規(guī)定最大 的負(fù)載電容為 2500pF，這個(gè)電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于 RS232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號(hào)地（ GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號(hào)傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會(huì)耦合到信號(hào)中。 RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。有并行和串行兩種通信方式，為了節(jié)約傳輸線成本。接口驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)采用的是反相緩沖器 74LS06，具體鏈接電路如圖 211所示。 即 本設(shè)計(jì)選用的是 5V 供電， 2A 250VAC 的固態(tài)繼電器。繼電器所帶的負(fù)載為一個(gè)額定功率 600W，接 220V 交流電的電 烤箱 。 ② DCSSR 驅(qū)動(dòng)大功率高壓負(fù)載，見圖 210。 +－~~S S RV cR pC pR mA CT T L 圖 27 TTL驅(qū)動(dòng) SSR 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 10 ③ CMOS 驅(qū)動(dòng) SSR，見圖 28。它是一種最基本的驅(qū)動(dòng)方式，如圖 26。本設(shè)計(jì)只要求顯示所測(cè)溫度數(shù)據(jù)，所以可用 LED 顯示。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是 一種較好的選擇。在小型生產(chǎn)過程中常選用 LED、 LCD 作為顯示器件。 CTR 不僅可以進(jìn)行字符顯示，還可以進(jìn)行畫面顯示，和計(jì)算機(jī)配合使用，可十分方便的進(jìn)行生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)視。 顯示器件 顯示是微控系統(tǒng)的重要組成部分，主要顯示各種參數(shù)值，以便使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過程。 AT89S52 顯著的特點(diǎn)是加入了在系統(tǒng)編程（ ISP）功能，不再依靠專河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 用的編程工具，改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序也再不需要把芯片從電路板上拆下。由于該單片機(jī)內(nèi)部有 Flash ROM，所以編寫的程序燒錄方便，易于擦除，可以反復(fù)使用，非常方便用于對(duì)程序并進(jìn)行修改，縮短研制周期，降低了研制成本。 主控元件 AT89 系列單片機(jī)的核心是 8031，在硬件和軟件方面與 MCS51系列完全兼容， AT89系列的指令與有關(guān)定義和 MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。 這是通過改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的值來實(shí)現(xiàn)的。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前達(dá)到 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測(cè)量的溫度大于 55℃。一般情況下，溫度應(yīng)為有 9位（符號(hào)占 1位），但因符號(hào)位擴(kuò)展成高八位，故以 16 位補(bǔ)碼形式讀出，輸出的數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系如下表所示： 表 21 DS18B20輸出數(shù)據(jù)與溫度的關(guān)系 溫度 /℃ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出 (十六進(jìn)制 ) +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0001 1010 0010 00A2H 0000 0001 1010 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0101 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 DS18B20 的測(cè)溫原理圖如圖 25 所示： 斜 坡 累 加 器計(jì) 數(shù) 器 1預(yù) 置 計(jì) 數(shù) 比 較 器低 溫 度 系 數(shù) 晶 振= 0預(yù) 置溫 度 寄 存 器加 1計(jì) 數(shù) 器 2= 0高 溫 度 系 數(shù) 晶 振停 止置 位 / 清 除 圖 25 DS18B20的測(cè)溫原理圖 其原理為用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào) fO,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信 號(hào) f。 DS18B20 的內(nèi)部主要包 括寄生電源、溫度傳感器、 64位串行 ROM 單線接口、存儲(chǔ)中河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 間數(shù)據(jù)的高速暫存器 (內(nèi)含便箋式 RAM)、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼 (CRC)發(fā)生器等七部分 ,如圖 24。其外圍電路簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于溫度控制、溫度測(cè)量，工作系統(tǒng)以及任何熱敏感系統(tǒng)中。 DS18B20 遵循嚴(yán)格的單線串行通信 協(xié)議，每一個(gè) DS18B20 在出產(chǎn)時(shí)都用激光進(jìn)行了調(diào)校，并具有唯一的 64位序列號(hào)，多個(gè) DS18B20 可以共存于同一條線上。為了簡(jiǎn)化輸出通道的硬件結(jié)構(gòu)，考慮到加熱系統(tǒng)具有較大的熱慣性，本設(shè)計(jì)采用脈沖寬度調(diào)制的控制方法，即 PWM 波控制。故單片機(jī)只要用一個(gè) I/O 口，通過程序輸出控制脈沖控制可控硅通電時(shí)間，就能實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)。 Z 型 SSR關(guān)斷條件同 P型，但由于負(fù)載工作電流近似正弦波，高次諧波干擾小，所以應(yīng)用廣泛。在輸入端施加合適的控制信號(hào) VIN時(shí)， P型 SSR 立即導(dǎo)通；當(dāng) VIN 撤銷后，負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)（交流換向）， SSR 關(guān)斷。 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型，按開關(guān)形式分為常開型和常閉型，按隔離形式分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。 SSR 是一種全部 由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件，它利用電子元件 (如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件 )的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為 “ 無觸點(diǎn)開關(guān) ” 。 溫度控制方案的選擇 家用 220V 交流電有如下三種常 見控制電路： （ 1）電磁繼電器 電磁繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件，它是用較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中，價(jià)格便宜，但開關(guān)速度較慢。相對(duì)于方案二，硬件電路簡(jiǎn)單，易于操作，具有更高的性價(jià)比，更大的市場(chǎng)。該儀器電路簡(jiǎn)單、功能可靠、測(cè)量效率高，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)溫度測(cè)量的不足。系統(tǒng)中還可 有 鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路和超溫報(bào)警電路等，也可以利用 RS232 協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)的串口通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該方案系統(tǒng) 框圖如下： 溫度傳感器變送器單片機(jī)A / D轉(zhuǎn)換L E D顯示多路開關(guān) 圖 21 方案二系統(tǒng)框圖 方案三： 本方案采用單片機(jī)為核心，溫度傳感器采用 DS18B20。 方案二： 本方案采用單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器 AD590 采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，最終經(jīng)單片機(jī)檢測(cè)處理溫度信號(hào)。對(duì)于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等。 ； （ 4）按鍵控制：設(shè)置加 鍵、減 鍵 、通道切換鍵和設(shè)定返回鍵 ； （ 5）組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控， 可顯示實(shí)時(shí)溫度曲線和歷史溫度曲線等； （ 6）系統(tǒng)過熱保護(hù)并且報(bào)警。 本控制系統(tǒng)具有以下功能： （ 1）能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定溫度； （ 2）控制溫度范圍 室溫至 120℃； （ 3）溫度波動(dòng)177。 課題要求 設(shè)計(jì)的任務(wù)是采用單片機(jī)為核心器件，配合單總線數(shù)字溫度傳感 DS18B20 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集與控制，數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度，通過 RS232 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，上位機(jī)通過組態(tài)王軟件對(duì)下位機(jī)的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并能設(shè)定下位機(jī)的工作參數(shù) 。 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng) 軟件 ，是新型的工業(yè) 自動(dòng)控制系統(tǒng) ，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng) ，為實(shí)施數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制 提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，在過程監(jiān)控中發(fā)揮核心作用，可以幫助企業(yè)降低運(yùn)作成本，提高生產(chǎn)效率。 更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID控制方式 ,但 PID控制對(duì)象的模型難以建立 ,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí) ,河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。這類控制對(duì)象慣性大 ,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型 ,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。我國土地遼闊，氣候復(fù)雜， 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá) ， 但是整體 水平較低，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行在線和離線 溫度測(cè)控服務(wù) ，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看是未來的發(fā)展趨勢(shì)所在 。 此外， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 方法 采用黑箱方法能把復(fù)雜的系統(tǒng)通過有限的參數(shù)進(jìn)行表達(dá) ， 但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也存在著明顯的缺陷，即需要大量的歷史資料，否則在進(jìn)行外推和演繹時(shí)可靠性明顯降低。除了硬件控制設(shè)備 的 不斷完善，軟件系統(tǒng)的研制開發(fā) 也 將不斷深入完善，其中主要以專家系統(tǒng)為代表的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果。在社會(huì)生產(chǎn)許多場(chǎng)合，只有對(duì)溫度的精確的測(cè)量，才能保證精確的控制。 溫度 控制 方面 現(xiàn)代社會(huì)中，人們對(duì)控制的要求更加嚴(yán)格，需要控制系統(tǒng)朝著快、 準(zhǔn)、穩(wěn)的方向發(fā)展。智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線（ 1Wire）總線、 I2C 總線、 SMBUS 總線和 SPI 總線。 在 20世紀(jì) 90 年代最早推出的智能溫度傳感器，采用的是 8 為 A/D 轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨率只能達(dá)到 1℃。數(shù)字溫度傳感器能夠直接讀取被測(cè)物體的溫度值，而且體積小，電壓適用范圍寬 3V～ 5V,用戶還可以通過編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率。被測(cè)溫度信號(hào)從敏感元件接收的非電量到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù) 字信號(hào)，環(huán)節(jié)較多，而且模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸?shù)倪^程中，受到干擾較多、誤差較大。它的典型應(yīng)用如關(guān)閉系統(tǒng)電源，啟動(dòng)風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器等。另一種是溫度開關(guān)或邏輯輸出傳感器，這種傳感器會(huì)在溫度超過某個(gè)默認(rèn)值時(shí)輸出特定的邏輯訊號(hào)。模擬溫度傳感器的輸出還可 以送到比較器來產(chǎn)生超溫指示信號(hào)，或直接送到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入，用來顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。 （ 1）模擬溫度傳感器 模擬溫度傳感器有多種輸出方式（絕對(duì)溫度、攝氏溫度和華氏溫度）以及電壓偏移值。溫度作為在生產(chǎn)、科研、生活中需要測(cè)量和控制的重要物理量，其測(cè)量控制一般采用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。 課題背景及現(xiàn)狀 溫度測(cè)量方面 溫度是與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)的一個(gè)物理 ,因此產(chǎn)生了各種各樣的溫度測(cè)方法，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi) ,對(duì)溫度的測(cè)控十分廣泛。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們根據(jù)溫度值來調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程。 King View。 DS18B20。 此系統(tǒng)具有成本低、可靠性高、使用方便等特點(diǎn)，可廣泛用于倉庫測(cè)溫、樓宇空調(diào)溫度控制、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。 其中 控制范圍為 室溫 到 120℃， 誤差小于 ℃。下位機(jī)利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，結(jié)合單片機(jī)組成傳感器網(wǎng)絡(luò) ，設(shè)計(jì)了相關(guān)硬件和軟件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量和控制 。因此，溫度檢測(cè)與控制方法的研究也越來越受到人們的重視。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 摘 要 在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相連，溫度的測(cè)量及控制占有極其重要的地位。溫度已成為大多數(shù)儀器正常工作的前提，而且對(duì)溫度的要求也越來越嚴(yán)格。 本文介紹的溫度控制系統(tǒng)為兩層結(jié)構(gòu)，上位機(jī)由組態(tài)軟件完成對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控。論文中介紹了 DS18B20 進(jìn)行循環(huán)溫度檢測(cè) 的方法和采用增量式 PID控制算法和 PWM調(diào)功方式，通過控制固態(tài)繼電器 在一定周期內(nèi)的通斷占空比，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的溫度控制。上位機(jī) PC 與單片機(jī)之間通過 RS232 串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，又