【正文】 的，是一種單總線溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，有兩種封裝形式分別為3腳PR35封裝和16腳SSOP封裝。如圖1所示，DQ是數(shù)據(jù)線，用于和CPU連接傳送串行數(shù)據(jù)，不需要外部件，不需要備份電源、可用數(shù)據(jù)線供電；GND是地線；Voo是3．0～5．5V電源。圖 1 DS18B20外形及引腳 系統(tǒng)方案選擇方案1：此方案是采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。數(shù)據(jù)采集信號放大溫度預置比較器信號放大控制開關 圖2 模擬控制框圖 方案2：采用單片機AT89C52為核心。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點，如圖3，因此選擇方案2。盡管自1940年以來，許多先進的控制方法不斷推出，但由于PID控制方法具有結構簡單、魯棒性好、可靠性高、參數(shù)易于整定，P、I、D控制規(guī)律各自成獨立環(huán)節(jié)，可根據(jù)工業(yè)過程進行組合，而且其應用時期較長，控制工程師們已經(jīng)積累了大量的PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)經(jīng)驗。據(jù)統(tǒng)計，有90%以上的工業(yè)控制器采用PID控制器。 PID控制理論PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值廠r(t)與實際輸出值y(t)構成控制偏差e(t)： （）將偏差的比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Derivative）通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，因此稱為PID控制。 其控制規(guī)律： （）或者寫成傳遞函數(shù)的形式為： （） 式中： ：比例系數(shù)：積分時間常數(shù)：微分時間常數(shù)比例微分積分被控對象y(t)r(t) e(t) _++圖4 PID 控制系統(tǒng)原理圖PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：1）比例環(huán)節(jié)即時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差；2）積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 PID控制算法由于計算機控制是一種采樣控制系統(tǒng)，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量?，F(xiàn)令為采樣周期，以一系列的采樣時刻點代表連續(xù)時間，以累加求和近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，做如下的近似變換： （） （） （）其中，為采樣周期，為系統(tǒng)第次采樣時刻的偏差值，e()為系統(tǒng)第()次采樣時刻的偏差值，為采樣序號，=0，1，2，…。通常把式（）稱為PID的位置式控制算法?？梢钥闯?，每次輸出與過去的所有狀態(tài)都有關，要想計算，不僅涉及和，且須將歷次相加，計算復雜，浪費內(nèi)存。為此，對（）式作如下的變動：考慮到第次采樣時有 （）使（）式兩邊對應減去（）式，得 整理后得 （）其中，（）式就是PID位置式得遞推形式。在計算機控制中，、都可以事先求出，實際控制時只須獲得、三個有限的偏差值就可以求出控制增量。增量式PID控制算法與位置式控制算法比較，有如下的一些優(yōu)點： 1）位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關，算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計誤差。入口輸入并采樣r(k),y(k)計算偏差e(k)=r(k) — y(k)計算存Δ以備輸出參數(shù)序號調(diào)整 e(k1) e(k2) e(k) e(k1)返回 圖 5 增量式PID控制算法程序流程圖鑒于以上優(yōu)點，本系統(tǒng)的控制算法即采用增量式的PID控制算法。各模塊關系圖如圖6所示。傳感器我們采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實現(xiàn)對溫度的采集和轉換，直接輸出數(shù)字量，可以直接和單片機進行通訊，大大簡化了電路的復雜度。DS18B20的測溫電路如圖7所示。 當DSI8B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0．062 5℃／LSB形式表示。DSI8B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與TH做比較，若TTH或TTL，則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令做出響應。4EHRead Scratchpad(讀暫存存儲器)BEHCopy Scratchpad(復制暫存存儲器)B4H（3）溫度轉換算法及分析由于DS18B20轉換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行計算轉換。其中低字節(jié)（LS Byte）的低4位來保存溫度的小數(shù)位（bit0 ~ bit 3）。也就說。處理過后把DS18B20的溫度Copy到單片機的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的Hex碼了，然后轉換Hex碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位的BCD碼存入RAM中。在器件選擇上留足余量，增加安全性。其中，D2 4001二極管用于電感線圈的功率釋放，電路如圖8所示。三極管9014導通，繼電器開始工作，繼電器可以起到隔離高低電壓的作用，繼電器使交流部分導通對水加溫。其中，D2 4001二極管用于繼電器電感線圈的功率釋放，Q2 9014三極管作為開關使用，當三極管導通，使繼電器工作，繼電器使交流部分導通，風扇開始工作降溫，其原理圖如圖9所示：繼電器線圈DC 5VD24001Q19014K1~ 220vL N R6 冷卻風扇圖9 風扇控制 報警電路部分 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅動的如圖10，所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以。共陽極碼表,TABLE: 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0 0x99,0x92,0x82,0xf8 0xc6,0xa1,0x86,0x8e74LS373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。當 OE 為高電平時，Q0～Q7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當 LE 為低電平時，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 引出端符號：D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端 　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE 鎖存允許端 　Q0～Q7 輸出端 　　 圖11 數(shù)碼管接線圖 按鍵部分設計 此部分共使用四個按鍵，其中一個是復位鍵另外三個是溫度（T0）設置按鍵。通過軟件控制可以預先設定溫度值T0,此溫度值為我們理想的溫度值，使用延時程序消除抖動。若T1達到T0則控制燒水器停止加溫并且紅色指示燈亮綠色指示燈滅蜂鳴器報警。圖12 按鍵設計 系統(tǒng)總的設計思想是提高靜態(tài)控溫精度，減小調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。，實現(xiàn)了把DS18B20放入水中采集溫度。通過調(diào)試達到基本功能指標，動態(tài)性能也達到較好的要求。電路如圖13所示:第4章 軟件設計部分本系統(tǒng)采用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度的。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖14所示，當有信號輸入時，主程序啟動，根據(jù)內(nèi)部設定的條件逐步運行，達到設計目的。DS18B2的讀時序：(1）對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。DS18B20在完成一個