基于單片機(jī)的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-07 12:37本頁(yè)面
【正文】 進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，采取直接讀取DS18B20內(nèi)部暫存寄存器的方法，～℃。U2即為溫度傳感芯片DSl8B20,本設(shè)計(jì)雖然只使用了一片DSl8B20 ,但由于不存在遠(yuǎn)程溫度測(cè)量的考慮,所以為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),采用外部供電的方式,。圖5 DS18B20與單片機(jī)接口電路 鍵盤顯示電路LED與控制器的連接有并行和串行方式。顯示電路中選用MAX7219作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)芯片。每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管。外部只需要一個(gè)電阻設(shè)置所有LED顯示器字段電流。允許使用者選擇每位是BCD譯碼或不譯碼。(1) 引腳功能 MAX7219是24引腳芯片。2) CLK（13腳）：串行時(shí)鐘脈沖輸入端，最大工作頻率可達(dá)10MHz。4) DIG0～DIG7（11腳）：吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動(dòng)線，最大值可達(dá)500mA。6) ISET（18腳）：硬件亮度調(diào)節(jié)端。8) GND（9腳）：接地。電路圖如圖7所示。 由于只有四個(gè)按鍵，因此按鍵接口電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，～，平時(shí)通過(guò)電阻上拉到Vcc，按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的端口的電平被拉到低電平。通過(guò)讀I/O口，判斷各I/O口的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。B、:S2加，按此鍵則溫度設(shè)定加1度。D、:S4發(fā)送，按此鍵將傳感器的溫度傳送到上位機(jī)。當(dāng)電流的極性如圖8所示時(shí)，電子從電源負(fù)極出發(fā)，經(jīng)連接片、P型半導(dǎo)體、連接片、N型半導(dǎo)體，最后回到電源正極。P型材料電子不足，有溫差電勢(shì)。這一點(diǎn)可用溫差降低來(lái)證明。直接接觸的熱電偶電路在實(shí)際的引用中不可用，所以用圖8的連接方式來(lái)代替，實(shí)驗(yàn)證明，在溫差電路中引入銅連接片和導(dǎo)線，不會(huì)改變電路的特性。由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。圖8 半導(dǎo)體制冷原理圖 (2) 驅(qū)動(dòng)控制電路光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分為硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下可雙向?qū)?。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源的引腳為輸入部分，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。在光電耦合器的內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小，使用共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。光電耦合器也可工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。圖9 加熱降溫驅(qū)動(dòng)控制電路看門狗和上位機(jī)通信電路(1) 串口通信功能實(shí)現(xiàn)在實(shí)際的工作中，計(jì)算機(jī)的CPU與外部設(shè)備之間常常要進(jìn)行信息交換，一臺(tái)計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)之間也往往要交換信息，所有這些信息交換均可稱為通信。它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線(利用電話線就可以作為傳輸線)，這樣就大大降低了成本，特別適用與遠(yuǎn)距離通信。(2)MAX232與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 圖10為MAX232與單片機(jī)接口電路；通過(guò)它可以把單片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能。采用看門狗電路則可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力態(tài)。MAX813L引腳功能如下：1)MR(1腳)：手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效。3)WDI(6腳)、WDO(8腳)：分別為看門狗輸入和看門狗輸出。 MAX813L芯片主要特點(diǎn)：1)復(fù)位輸出：系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第7腳產(chǎn)生復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效。3)手動(dòng)復(fù)位輸入：低電平有效，即第1腳輸入一個(gè)低電平，則地7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。(5) MAX813L與單片機(jī)的連接MAX813L的典型應(yīng)用電路如圖10所示，在軟件設(shè)計(jì)中。該低電平加到1腳，使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)。圖10 MAX232與單片機(jī)接口電路電源電路圖11 電源電路 電源電路雖然簡(jiǎn)單，但需要功能可靠，要有CBB電容和高品質(zhì)的ELNA電容做退藕，設(shè)計(jì)所用的電源都是直流電源+5V，所用采用三端集成穩(wěn)壓器7805，可以方便的實(shí)現(xiàn)此功能，電路如圖11所示PID控制算法(1) PID的數(shù)學(xué)模型PID控制是一種比較成熟的控制理論,它通過(guò)比例、積分、微分三部分的合理組合可以用比較簡(jiǎn)單的方法獲得令人滿意的控制效果。E(t)——控制器誤差函數(shù)。Ti——積分時(shí)間常數(shù)。一個(gè)最簡(jiǎn)單的控制器可以只有比例部分，它能夠產(chǎn)生與輸入信號(hào)成比例的輸出信號(hào)，所以誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝著減小誤差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。加大KP可以減小靜差，但是KP過(guò)大會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。但是積分作用具有滯后特性，它總是滯后于偏差的存在，這樣會(huì)使系統(tǒng)易于振蕩，結(jié)果往往超調(diào)，使被控變量波動(dòng)很大。微分控制能對(duì)誤差進(jìn)行微分，敏感出誤差的變化趨勢(shì)，將預(yù)期的動(dòng)作作用于操作部分，增大微分控制作用可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)量減小，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分控制可用于補(bǔ)償快速變化的控制系統(tǒng)。若設(shè)溫度采樣周期為T,第n次采樣得到的輸入偏差為en,輸出為Un。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的U(n)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(n)的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場(chǎng)合，可能造成重大的生產(chǎn)事故，因此產(chǎn)生了增量式PID控制的控制算法。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可由式導(dǎo)出提供增量的PID控制算法。有的帶有延時(shí)和隨機(jī)干擾。對(duì)于以上這些系統(tǒng)，如果采用常規(guī)的PID控制器，則難以整定PID參數(shù)，因此比較難以達(dá)到預(yù)期的控制效果。三、軟件設(shè)計(jì)溫度傳感器DS18B20模塊軟件設(shè)計(jì) DS18B20上電后處于空閑狀態(tài),需要控制器發(fā)能完成溫度轉(zhuǎn)換。DS18B20的操作必須嚴(yán)格按照協(xié)議進(jìn)行。對(duì)DS18B20操作時(shí)，首先要將它復(fù)位。進(jìn)行寫操作時(shí)，將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在開(kāi)始另一個(gè)寫周期前，必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。從DQ線的下降沿起計(jì)時(shí)，在15us到60us這段時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行檢測(cè)，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1；若為低電平，則
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