【正文】 常溫~110℃。1℃。（4）溫度超出預置溫度177。（5）人機對話部分由鍵盤、顯示和報警三部分組成，實現對溫度的顯示、報警。用LED數碼管顯示采樣溫度與設定溫度。用數字傳感器DS18B20對溫度進行采樣，由單片機對比采樣溫度與設定溫度進行比較：①當ST≥10℃時，驅動加熱設備以最高功率輸出；②當ST10℃時，采用PID算法控制單片機輸出PWM信號，控制加熱設備以適合的功率進行加熱。由于熱敏電阻的可靠性差，測量溫度準確率低，而且必須經過專門的接口電路轉換數字信號后才能由單片機處理。所以本設計采用DS18B20溫度傳感器進行溫度采集。綜上所述，方案二比方案一更具優(yōu)越性，控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定、精確。 按鍵電路數字溫度傳感器電源LED數碼管顯示報警電路加熱電路 系統(tǒng)硬件結構框圖4 系統(tǒng)各單元硬件的設計由總體硬件結構框圖，本設計主要由以下幾部分功能模塊組成：溫度采集電路，鍵盤控制電路，蜂鳴器報警電路，數碼管顯示電路和加熱電路等部分。 單片機控制模塊電路本次設計采用宏晶科技公司生產的STC89C52單片機作為主控芯片，配以RC上電及開關復位電路和12MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結合單片機內部的電路，產生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。因此,在本設計的溫度測量系統(tǒng)中,采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器DS18B20，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線等優(yōu)點,在實際應用中取得了良好的測溫效果。 DS18B20的特性指標電源要求 3~5V溫度精度 177?！鎸亩M制量位0000 0001 1001 1000 ；℃對應的二進制量位為0000 0010 0011 0010。 獨立鍵盤設計模塊（） 獨立鍵盤電路該電路除了復位按鍵之外，還設有3個獨立按鍵，分別是：溫度上調鍵，溫度下調鍵和切換顯示鍵。 加熱電路 系統(tǒng)加熱原理框圖 系統(tǒng)加熱原理框圖上圖為系統(tǒng)的加熱原理框圖，通過驅動二極管控制晶閘管的導通角，控制電熱絲加熱,這段時間DS18B20不斷地采集溫度。 加熱電路圖220V交流電經過單相電橋整流電路，在單向可控硅SCR的A、B端加以正向電壓，光耦PC817的發(fā)光二極管發(fā)光，二極管導通，SCR的觸發(fā)極G有電流通過，此時，AB端電流導通，電熱絲發(fā)熱；當單向電橋電壓過零時，SCR的AB端不導通。當單片機輸出的PWM信號正好平衡于電阻絲加熱消耗的熱量，系統(tǒng)達到動態(tài)平衡。當AB端的電壓大于可控硅最低導通電壓，且G極有觸發(fā)電流通過時，AB 端導通，否則不導通。在本設計中，當保溫過程中，溫差大于5℃時，通過蜂鳴器進行報警，以防止設備出現故障導致意外。加熱過程分為兩個階段，單片機對設定溫度S與采樣溫度T進行比較：當ST≥10℃時，驅動加熱設備以最高功率輸出，在這個過程中，不斷測溫，直到ST10℃時，采用PID算法控制單片機輸出PWM脈沖，控制加熱設備以適合的功率進行加熱。積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無靜差。微分環(huán)節(jié)：能反應偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調節(jié)時間。為了減小誤差提高系統(tǒng)控制精度，采用PID控制算法，另外考慮到系統(tǒng)的控制對象，本設計將采用增量型PID算法。 由上面公式可以看出，如果計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定比例系數Kp、積分時間Ti、微分時間Td就可以通過計算得出A、B、C的值，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由式53求出PID增量。位置式PID控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計算公式： （式54）式54就是目前在計算機控制中廣泛應用的數字遞推PID控制算法。用單片機做PWM控制電加熱器的加熱功率，加熱功率的大小由輸出脈沖的占空比決定，占空比大，則加熱功率就大。兩個定時/計數器采用中斷工作方式，另外設置單片機的某一引腳為脈沖輸出通道，當兩個定時/計數器定時到后，分別改變這個通道的狀態(tài)，就可實現PWM脈沖的輸出。而定時的大小則根據檢測信號與設定值的偏差，經過PID運算確定。當掃描到有信號輸入時，就進行控制規(guī)律的比較，需要改變輸出脈沖占空比時，將計算后的兩個定時/計數器的定時值分別重新送給這兩個定時/計數器定時值的存儲單元即可。這樣工作速度快，PWM的動、靜態(tài)性能較好，但程序編寫好后，控制精度就不能更改。工作方式0：定時器(T0或T1)工作于13位定時、計數方式。用于定時工作時，定時時間為：t＝(213T0初值)時鐘周期12。其中TLX占低5位，TLX的高3位末用。工作方式1：該模式是一個16位定時／計數方式。用于定時工作方式時，定時時間為： t＝(216T0初值) 時鐘周期12。16位的計數器被拆成兩個8位，其中TL0用作8位計數器， TH0用以保持計數初值。用于計數工作方式時，最大計數值為：2^8＝256個(外部脈沖)。這種工作方式可省去用戶重裝常數的程序，并可產生精確的定時時間，特別適用作串行口波待率發(fā)生器。TL0可工作為定時方式或計數方式。即C／T、GATE、TR0、TF0和T0 ()引腳、INT0 ()引腳。定時器T1無模式3, 可工作于方式0、2，但不能使用中斷方式。終上所述，本設計中，我們用定時器T0作為整個周期時間的延時，用定時器T1作為高電平輸出的延時。當兩個定時/計數器定時到后，分別改變這個通道的狀態(tài)，就可實現PWM脈沖的調節(jié)輸出。 子程序流程圖偏差10 ?輸出最大值輸出最大有效脈沖采用PID算法輸出相應PWM計算e（n）=設定溫度采集溫度開始 結束 PWM輸出PID算法控制子程序set_pwm()：PWM輸出PID算法控制子程序。開始 初始化mode=1延時2msKey按下？Mode=1Mode ++Mode= =3？Key按下？按鍵松開？延時2msK1按下？設定溫度+1Mode= =2？K1按下？按鍵松開？結束延時2msK2按下？設定溫度1Mode= =2？K2按下？按鍵松開？結束 按鍵設定溫度子程序流程圖switch (mode) ：按鍵功能子程序。初始化時，模式mode的值為1。說明2：PID算法流程圖 結合12頁 ） （程序見附錄3）。硬件調試可分為靜態(tài)調試與動態(tài)調試兩步進行。第一步：目測。第二步：用萬用表測試。第三步：加電檢測。動態(tài)調試是在系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調試電路時，與該元件無關的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。由分到合的調試報告完成。調試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調試下去，就會定位故障元件了。本次設計軟件的調試可以說是相當的波折的，例如算術的加減還要考慮變化量的定義類型，占幾個字節(jié)；加減的過程中有無借位問題等，否則都有可能會導致無法達到演示效果。小結本作品設計主要是基于STC89C52單片機實現對恒溫箱的溫度等進行檢測和控制，并實現恒溫箱對設定溫度的恒定。此次在軟件上是花費時間最多的，首先面臨的第一個問題是選擇實現那些功能和如何實現；第二個問題是程序相對比較復雜，整個程序調試比較復雜，通過這次設計，得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。展望隨著社會的發(fā)展，工業(yè)溫度控制系統(tǒng)對恒溫精度與穩(wěn)定度的要求越來越高，智能型溫控設備受到人們的重視，通訊的網絡化、智能化、集成化、標準化是當代溫控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。另外為提高溫控系統(tǒng)的信息管理、可靠性管理和經濟管理水平，在一定條件下，本溫控系統(tǒng)還應擴大其內存容量，對溫度采樣的實時趨勢或歷史趨勢進行顯示，對故障發(fā)生的具體時間及原因進行顯示，對重要歷史數據進行詳細記錄并可查詢，為溫度調度、系統(tǒng)規(guī)劃等提供重要依據。參考文獻［1］葉慶銀等，小型恒溫箱恒溫性能的理論及實驗研究，制冷與空調，2007年04期［2］焦峰超，基于51單片機的小型溫度測量系統(tǒng)，宿州學院學報，2008年02期 ［3］杜運東等，基于單片機的電熱恒溫箱控制系統(tǒng)，信息技術與信息化，2008年04期［4］馮偉，基于51單片機的時間溫度顯示系統(tǒng)，現代顯示,2008 年12期［5］王金喜等，恒溫箱在熱電偶溫度測量中的應用與研制，電力學報,2008年05期［6］張敏等，小型制冷恒溫箱的研制及試驗研究，制冷與空調,2006年06期［7］馬志兵，基于51單片機的簡易晶體管輸出特性圖示儀原理與設計，電子元器件應用,2006年05期［8］黃正貴，校準恒溫箱溫度偏差和測量結果的不確定度分析，計量與測試技術,2006年09期［9］樂建波著，溫度控制系統(tǒng)，化學工業(yè)出版社，2007年出版 ［10］Junior High，How to Express the Temperature，Reading and Composition,2009年04期［11］胡燕瑜，Intelligent temperature control system of quench furnace 中國有色金屬學會會刊(英文版), 2004年04期［12］William Elkins，Personal temperature control system, Sep 8, 1987［13］Roselle Gibbs，Portable temperature control system，Feb 16, 1999致