【正文】 器，或者開動制冷裝置若當前溫度值比設定溫度值低，則開啟加熱器并同時關斷制冷器。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。 PID 線性溫控法 這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的調(diào)節(jié)器控制原理，控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點被廣泛應用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)。其具體控制電路可以采用模擬電路或計算機軟件方法來實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。其中數(shù)字控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定，因 此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。只要 PID參數(shù)選取的正確，對于一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。 智能溫度控制法 為了克服線性控溫法的弱點，人們相繼提出了一系列自動調(diào)整參數(shù)的方法，如參數(shù)的自學習，自整定等等。智能 控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊數(shù)學為理論基礎，并適當加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化。尤其是模糊控溫法在實際工程技術中得到了極為廣泛的應用。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術而研制的具有自適應算法的溫度控制儀表。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的被控對象，由于控制算法的不足而導致控制精度不穩(wěn)定。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通 信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 在 DS18B20 中的每個件上都有獨一無二的序列號。 測量溫度范圍在－ 到＋ 之間。 內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 64位 RO 存儲器件獨一無二的序列號。暫存 X 器還提供一字節(jié)的上線警報觸發(fā)（ TH）和下 線警報觸發(fā)（ TL）寄存器（ 2 和 3字節(jié)）， 和一字節(jié)的配置寄存器 字節(jié)）使用者可以通過配置寄存器來設置溫度轉換的精度。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（ CRC ） 。 圖 11 DS18B20 的內(nèi)部框圖 (3)DS18B20 的 4 個主要數(shù)據(jù)部件 光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦 EEPROM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結構寄存器。在 DS18B20出廠時該位被設置為 0，用戶不要去改動。由主機發(fā)出的復位脈沖和跟 在其后的由 DS18B20發(fā)出的應答脈沖構成。 ②、 ROM 命令 ROM 命令通過每個器件 64bit 的 ROM 碼，使主機指定某一特定器件（如果有多個器件掛在總線上）與之進行通信 DS18B20 ，每個 ROM 命 令都是 8 bit 長。 （ 5） DS18B20 的信號方式 DS18B20 采用嚴格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。除了應答脈沖所有這些信 號都由主機發(fā)出同步信 號。 ①、初始化序列：復位脈沖和應答脈沖 在初始化過程中，主機通過拉低單總線至少 480181。然后主機 釋放總線并進入接收 (RX)模式。 DS18B20 檢測到這個上升沿后，延時 15181。s，通過拉低總線 60181。s 產(chǎn)生應答 脈沖。 ②、讀和寫時序 在寫時序期間，主機向 DS18B20 寫入指令，而在讀時序期間，主機讀入來自 DS18B20 的指令。讀 /寫時序如圖 34 所示。主機在寫 1 時序向 DS18B20寫入邏輯 1，而在寫 0 時序向 DS18B20 寫入邏輯 0。s，且在兩次寫時序之 間至少需要 1181。兩種寫時序均以主機拉低總線開始。s 內(nèi)釋放總線，然后由上拉電阻將總 線拉至高電平。s）。s~60181。 圖 34 DS18B20初始化時序圖 讀時序 ： DS18B20 只能在主機發(fā)出讀時序時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。所有讀時序至少 60181。s 的恢復時間。這是因為 8031 無片內(nèi)ROM、應用靈活、價格便宜。 51 子系列有 803 805 8071； 52 子系列有 803 子系列的不同在于它多具有定時 /計數(shù)器 2 及具有 256B 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。 ：全雙工， 2 跟 ：在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的 128B 中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為四個區(qū)，每個區(qū) 8 個通用寄存器。 （系統(tǒng)時鐘為 12MHz時）：大部分指令執(zhí)行時間為 1us；少部分執(zhí)行指令時間為 2us；只有乘、除指令的執(zhí)行時間為 4us。下面分別 敘述這些引腳的功能。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。當振蕩器運行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。即使不訪問外部存儲器， ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。然而注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 如果需要的話，通過對專用寄存器 (SFR)區(qū)中的 8EH單元的 DO位置數(shù)，可禁止 ALE操作。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，該設定禁止 ALE位無效。當 80C51 由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期兩次 PSEN有效（即輸出 2個脈沖 ).但在此期間內(nèi)，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。要是 CPU只訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），則 VPP端必須保持低電平（接地）。當 VPP 端保持高電平（接 Vcc 端）時， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。 （ 4） 輸入 /輸出引腳 ， ,。 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉換的地址（低 8位） /數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。驗證時，要求外接上拉電阻。 P2的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，哪些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P2端口： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。對端口寫 1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 XV 在訪問外部程 序存儲器和 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時， P2送出高 8位地址。 在對 FLASH編程和程序檢驗期間， P2也接受高位地址和一些控制信號。 P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個 TTL 輸入。 P3作輸入 口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 溫度控制的主要方法 溫度的測量方法多采用集成的半導體模擬溫度傳感器，傳感器輸出的電壓或電流與溫度在一定范圍呈線性關系。另一種溫度測量方法是使用熱電偶，其測量精度較高，但測試過程復雜，測量時間長，而且采用電橋測量的系統(tǒng)抗干擾能力較差，誤差較大。數(shù)字溫度傳感 器也越來越的到廣泛的應用。接觸式檢測的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表；基于熱電效應的熱電偶溫度檢測儀表。接觸式測溫是使測溫敏感元件與被測介質(zhì)接觸，當被測介質(zhì)與感溫元件達到熱平衡時，感溫元件與被測介質(zhì)的溫度相等。 由單片機組成的溫度測控系統(tǒng) ,通過在單片機外部添加各種接口電路，可構成單片機最小系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對溫度控制對象的溫度的顯示和控制。 系統(tǒng)總體設計方案 本論文所討論的基于單片機的溫度控制系統(tǒng)是某型號氣相色譜儀的溫度控制子系 XVI 統(tǒng)，其目的是對兩個溫控箱的溫度進行恒值溫度控制。下面討論系統(tǒng)的總體設計方案，包括系統(tǒng)的性能要求以及系統(tǒng)的軟、硬件方案分析。如果實際測得的溫控箱溫度值超過了系統(tǒng)規(guī)定的安全溫度，保護電路就會做出反應， 從而對溫控箱實現(xiàn)超溫保護 。 系統(tǒng)可靠性高，不易出故障 。 系統(tǒng)硬件方案分析 目前，溫度控制儀的硬件電路一般采用模擬電路和單片機兩種形式。它的最大優(yōu)點是系統(tǒng)響應速度快，能實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制。在 本系統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個相對緩慢的過程，對溫控系統(tǒng)的實時性要求不是很高，所以模擬電路的優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。 單片機是大規(guī)模集成電路技術發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計算機。由此可見，采用單片機設計控制系統(tǒng)，不僅可以降低開發(fā)成本，精 簡系統(tǒng)結構，而且控制算法由軟件實現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。一些廠家根據(jù)系統(tǒng)功能的復雜程度，將這種芯片應用到先進的控制儀表中。它不僅能滿足復雜的系統(tǒng)性能的需要，而且還使整個系統(tǒng)的電路緊湊，硬件結構簡化。從降低成本，器件供貨渠道充足的角度看，應用單片機實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是比較經(jīng)濟實用的。硬件總體結構框圖如圖 所示。被測對象的溫度由 DS18B20 溫度傳感器檢測外界溫度并轉化為數(shù)字信號。如果實際測得的溫度值超過或低于系統(tǒng)給定的極限安全溫度，保護電路會做出反應同時報 警電路報警提示，從而保護被測物體。各個器件工作的電源電壓主要有電源電路提供。 XIX 硬件電路設計設計 硬件電路主要有兩大部分組成：模擬部分和數(shù)字部分；從功能模塊上來分有：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路以及掉電保護電路。完成對被測物體的溫 度控制。本系統(tǒng)選用的 89C51芯片時時鐘可達 12MHZ，運算速度快，控制功能完善。 具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷，可以對溫度檢測進行實時處理和分時操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準確、延時性更小，同時也可使系統(tǒng)整體結構更為簡單實用。用來處理溫度采集的數(shù)字信息并控制各部分的正常工作。 XX 圖 主機電路示意圖 I/O 通道的硬件電路的設計 就本系統(tǒng)來說，需要實時溫度傳感器 DS18B20采集水溫數(shù)據(jù)，送入單片機中的特定單元，然后一部分送去顯示；另一部分與設定值進行比較，通過 PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機輸出去控制電爐加熱或制冷器降溫。 溫度傳感器的單總線 (1Wire)與單片機的 I／ O連接， 。對該端口寫“ 1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。溫度傳感器 DS18B20只有三個端口，電路連接很簡單，一根電源線接電源，一根接地，一根數(shù)據(jù)時鐘線接單片機的 I/O,數(shù)據(jù)時鐘線必須接一個上拉電阻， XXI 防止數(shù)據(jù)、時鐘高阻懸掛，就會得不到準確的溫度數(shù)字信號。其傳遞函數(shù)形式為： G(s)=K/（ Ts+1） ets 制冷器可以認為是線形環(huán)節(jié)實現(xiàn)對水溫的控制。 如圖 ：繼電器的通斷通過單片機的 I/O的輸出控制，從而控制加熱器、制冷器的啟停，來控制被測物體的溫度。 圖 報警電路圖 鍵盤設計 鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它具有最簡單的單片機輸入設備， 通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機對話。 鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結合的方法來設計，低電平有效。獨立鍵盤雖然占用了 I/O資源，但是運用靈活，很適用鍵盤少的電路。 圖 鍵盤電路圖 如圖 KEY KEY11分別與 （ INTO）、 （ INT1）相連，采用外部中斷方式，對 溫度設定實時處理。 (1)液晶的介紹 ①、 1602 型液晶接口信號說明 XXIV 1602 型液晶接口信號說明如表 22 所示 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)口 2 VDD 電源正極 10 D2 數(shù)據(jù)口 2 V0 液晶顯示器對比度調(diào)解端 11 D4 數(shù)據(jù)口 4 RS 數(shù)據(jù)命令選擇端 12 D5 數(shù)據(jù)口 5 R/W 讀寫選擇端（ H/L） 12 D6 數(shù)據(jù)口 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù)口 7 D0 數(shù)據(jù)口 15 BLA 背光電源正極 8 D1 數(shù)據(jù)口 16 BKL 背光電源負極 ②、 基本操作時序 讀狀態(tài) 輸入： RS=L, R/W=H,E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, R/W=H,E=H 輸出：無 寫指令 輸入： RS=L, R/W=L,D0~D7=指令碼， E=高脈沖 輸出： D0~D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, R/W=L, ,D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無。讀 /寫控制端設置為寫模式，即低電平。寫操作時序如下圖所示： 圖 29 1602 液晶寫操作時序圖 XXV （ 2）液晶的電路設計 如圖 210所示：液晶的數(shù)據(jù)線接 P0口，而 RS、 RW、 E分別接單片機的 、 、通過單片機的控制顯示設定的溫度值或?qū)嶋H溫度值。前者價廉，配置靈活，與單片機接口方便；后者可進行圖形顯示，但接口復雜，成本較高。 圖 數(shù)碼管 單片機中使用 7 段 LED 構成字形“ 8”，另外，還與一個小數(shù)點發(fā)光二極管用以顯 XXVI 示數(shù)字、符號及小數(shù)點。發(fā)光二極管的陽極連在一起稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。當在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃