【正文】 家電設(shè)備也是必不可少。 常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為臨界點，超出設(shè)定允許范圍即進(jìn)行溫度調(diào)控：低于設(shè)定值就加熱，反之就停止或降溫。 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)中必不可少的部分，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，用單片機(jī)進(jìn)行實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制，保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的控制精度，有利于提高系統(tǒng)的工作效率。 設(shè)計內(nèi)容及要求 本課題要求以恒溫水箱為被控對象，以單片機(jī)為控制器設(shè)計一恒溫控制系統(tǒng)，恒溫水箱的設(shè)定溫度通過系統(tǒng)的鍵盤輸入，溫度設(shè)定值與箱體內(nèi)的實際溫度可實時顯示。 本系統(tǒng)的主電路以單片機(jī)為核心，用來存儲數(shù)據(jù)和程序，并進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理。輸出電路用來輸出數(shù)字信號，利用鍵盤可以實現(xiàn)人與系統(tǒng)之間的聯(lián)系。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 恒溫控制系統(tǒng)的組成 本系統(tǒng)設(shè)計成一個溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，主回 路由單片機(jī)、放大電路、驅(qū)動電路和電加熱絲組成。其原理框圖如下（圖 21）： 圖 21 系統(tǒng)原理框圖 另外，系統(tǒng)還帶有輸入輸出設(shè)備，通過鍵盤輸入設(shè)備，可隨意輸入＋ 40℃～＋ 90℃之間的設(shè)定溫度，輸出設(shè)備可顯示溫度的設(shè)定值與實際溫度值，使用簡單。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫 。當(dāng)調(diào)整可控硅觸發(fā)線路中的偏置電壓，即改變了可控硅導(dǎo)通角α，于是可控硅整流電源的電壓可根據(jù)需要連續(xù)可調(diào)。系統(tǒng)在信號放大模塊中采用模糊 PID 控制，其工作原理框圖如圖 23 所示。 模糊控制器（微處理器） 給定值 + 圖 23 模糊控制原理框圖 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)閉環(huán)控制原理設(shè) 計的，在由單片機(jī)、驅(qū)動電路、 可控硅組成的開環(huán)系統(tǒng)基礎(chǔ)上加上了 DS18B20 溫度檢測電路，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計工程實踐上，前向通道的主控芯片和執(zhí)行元件之間需加一個隔離放大電路， A/D 計算控 制變量 非模糊化處理 模糊推理決策 模糊控制規(guī)則 模糊量化處理 D/A 傳感器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象 4 采用 PID對主控芯片產(chǎn)生的控制信號進(jìn)行放大，經(jīng)過模糊 PID對可控硅進(jìn)行控制。 單片機(jī) AT89S52 介紹 AT89S52 主要性能參數(shù) ???? 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ???? 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 ???? 1000次擦寫周期 ???? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ???? 三級加密程序存儲器 ???? 32個可編程 I/O口線 ???? 三個 16位定時器 /計數(shù)器 ???? 八個中斷源 ???? 全雙工 UART串行通道 ???? 低功耗空閑和掉電模式 ???? 掉電后中斷可喚醒 AT89S52 可提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K字節(jié) Flash 閃存器， 256字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個 I/O 口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針， 3個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串性通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89S52 引腳圖 5 圖 31 AT89S52引腳結(jié)構(gòu) 當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為 低 八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 當(dāng) P3 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 6 P3 口也可作為一些特殊功能口，如下表所示： 表 P3口第 2功能表 引腳 第 2功能 RXD（串行 口 輸入 端 ） TXD（串行口輸出 端 ） INT0（外部中斷 0請求輸入端，低電平有效 ） INT1（外部中斷 1請求輸入端，低電平有效 ） T0（ 定時器 /記時器 0 計數(shù)脈沖 輸入 端 ） T1（ 定時器 /記時器 1 計數(shù)脈沖 輸入 端） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 信號輸出端，低電平有效 ） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 信號輸出端，低電平有效 ） 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器 頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令 時 ALE 才起作用。 在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。 注意加密方式 1 時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 7 AT89S52 存儲器配置 程序存儲器： 如果 EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。 數(shù)據(jù)存儲器： AT89S52 有 256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。也就是說高 128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（ SFR）。其工作方式由特殊寄存器 T2CON 中的 C/T2 位選擇（如表 示）。如表 所示，工作模式由 T2CON 中的相關(guān)位選擇。在定時工作方式中，每個機(jī)器周期， TL2 寄存器都會加 1。 表 T2CON：定時器 /計數(shù)器 2控制寄存器 表 定時器 2的工作模式 3 在計數(shù)工作方式下，寄存器在相關(guān)外部輸入角 T2 發(fā)生 1 至 0 的下降沿時增加 1。一個機(jī)器周TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2 7 6 5 4 3 2 1 0 RCLK+TCLK CP/RL2 TR2 MODE 0 0 1 16位自動重載 0 1 1 16 位捕捉 1 X 1 波特率發(fā)生器 X X 0 （不用） 8 期采樣到高電平，而下一個周期采樣到低電平，計數(shù)器將加 1。因為識別 1－ 0 的跳變需要 2個機(jī)器周期 （ 24個晶振周期），所以，最大的計數(shù)頻率不高于晶振頻率的 1/24。 AT89S52 有 6 個中斷源：兩個外部中斷（ INT0 和 INT1），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行中斷。 IE 還包括一個中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。對于 AT89S52， 位也是不能用的。它們?yōu)?AT89系列新產(chǎn)品預(yù)留。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清 0。定時器 0 和定時器 1標(biāo)志位 TF0 和 TF1 在計數(shù)溢出的那個周期的 S5P2 被置位。然而，定時器 2 的標(biāo)志位 TF2 在計數(shù)溢出的那個周期的 S2P2 被置位，在同一 個周期被電路捕捉下來。 EA=0，中斷總禁止： EA=1,各中斷由各自的控制位設(shè)定 預(yù)留 ET2 定時器 2中斷允許控制位 ES 串行口中斷允許控制位 EA — ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 9 ET1 定時器 1中斷允許控制位 EX1 外部中斷 1允許控制位 ET0 定時器 0中斷允許控制位 EX0 外部中斷 1允許控制位 溫度傳感器 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題，本系統(tǒng)采用智能溫度傳感器 DS18B20。它具有直接輸出數(shù)字信號和數(shù)據(jù)處理功能，并且它和單片機(jī)接口只需要一位 I/O口，因此由它構(gòu)成的系統(tǒng)簡單實用。 溫度采集電路模塊如圖 所示，該模塊采用外接電源供電的方式。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。 B． 在 DS18B20 中的每 個器件上都有獨(dú)一無二的序列號。 10 E． 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9位到 12 位選擇。 2. DS18B20 的引腳介紹 TO92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 ： 圖 33 DS18B20封裝圖 GND 為 地信號 。 VDD 可選擇的 VDD 引腳 ， 當(dāng)工作于寄生 電源時，此引腳必須接地。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 ： 11 圖 34 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀書形式提供（如表 ），以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中是 S 為符號位。 12 圖 3－ 5 測溫原理內(nèi)部裝置 DS18B20 的測溫流程 圖 3－ 6 DS18B20測溫流程 溫度顯示模塊 溫度顯示電路，利用單片機(jī)串行口外接移位寄存器 74LS164，采用 3位靜態(tài)LED 數(shù)碼顯示器，停止加熱時顯示設(shè)定溫度，啟動加熱時顯示當(dāng)前烤箱溫度。單片機(jī)的 口通過光電隔離器和驅(qū)動電路送到 可控硅 的控制端，由 口的高低電平來控制可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而控制電阻絲的通電加熱時間。當(dāng)輸入電信號加到輸入端發(fā) 光器件 LED 上， LED發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電 14 信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實現(xiàn)了 “ 電－光－電 ” 的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。利用 +1 按鍵可以分別對預(yù)置溫度的百位、十位和個位進(jìn)行加 1 設(shè)置，并在 LED 上顯示當(dāng)前設(shè)置值。 報警功能由蜂鳴器實現(xiàn)。 S2S W P BQ19 0 1 3S3S W P BS4S W P BS5S W P BL S 1有源蜂鳴器P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2+ 5 VP 1 . 3P 1 . 6 1 2U 4 A7 4 L S 0 4 圖 310 按鍵和報警電路 15 直流穩(wěn)壓電源 電路中要把市電轉(zhuǎn)換成 5V 的直流穩(wěn)壓電源，要用到 AC/DC 電路，該電路一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，如圖所示 : 變壓器A C 2 20D C 1 2橋堆IN 4 0 01+C4 2 20 0 U FV in1GND2V o ut3L M 7 80 5C52 20 U F+ 5VPortR53 00D2紅色 L E DC6