【正文】 系統(tǒng)的發(fā)展。后來，人們發(fā)明的各種各樣的溫度測量裝置。因此，溫度控制儀器的開發(fā)和應(yīng)用也具有十分重要的意義。設(shè)定溫度電接點溫度表電加熱器 采用電接點溫度表構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)框圖將電接點溫度表直接安裝在需要控溫的裝置中, 它既能檢測裝置中的實際溫度, 又能顯示其溫度。溫度顯示調(diào)節(jié)儀有指針式和數(shù)字式兩種。溫度顯示調(diào)節(jié)儀根據(jù)調(diào)節(jié)形式不同, 又可分為二位式、三位式、PID 式等多種類型。測溫元件將檢測的實際溫度信號輸入溫度儀表, 此信號與表內(nèi)已設(shè)定好的控制值進行比較, 溫度儀表輸出繼電器觸點信號, 以控制加熱器工作, 從而達到控制溫度的目的。此電路的控溫原理與電接點溫度表控溫電路基本相同。通過調(diào)整電接點溫度表上的溫度設(shè)定鈕, 將表上的設(shè)定指針調(diào)到所需控制的溫度范圍。溫度控制原理是: 接通選擇開關(guān), 當加熱裝置內(nèi)的溫度低于溫度表設(shè)定的下限值時, 電接點溫度表的下限常閉觸點閉合, 電加熱器開始加熱。當裝置內(nèi)的溫度下降而低于上限值時, 加熱器仍不能加熱。采用電接點溫度表控制溫度, 方法簡單, 所用部件少, 成本低, 但由于此表的測溫元件與指示表盤合在一起, 給觀察加熱裝置的實際溫度帶來不便, 另外電接點溫度表有慣性, 控溫誤差較大。比例動作能實現(xiàn)沒有振蕩的平滑控制, 積分動作能進行自動修正偏移, 微分動作能對干擾進行快速響應(yīng)。若P%（比例帶）、I（積分時間）、D（微分時間）這3個參數(shù)合理選擇,可實現(xiàn)理想的調(diào)節(jié)質(zhì)量。另外, 所示控溫系統(tǒng)中的PID溫度顯示調(diào)節(jié)儀和可控硅電壓調(diào)整器也可以用具有二者功能為一體的儀表來代替。這種溫度控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、控溫精度高, 并且若用可控硅元件取代接觸器, 消除了機械觸點, 會使控制系統(tǒng)的壽命更長, 可靠性更高。設(shè)定溫度測溫元件PID溫度顯示調(diào)節(jié)儀可控硅電壓調(diào)整器可控硅元件電加熱器 采用PID連續(xù)電流輸出溫度顯示調(diào)節(jié)儀構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)框圖, 圖中加熱器為單相的。當加熱器為三相時, 儀表的輸出驅(qū)動3只固態(tài)繼電器, 固態(tài)繼電器輸入端可串聯(lián)或并聯(lián), 而加熱器可接成三角型或星型, 另外還要加上相配套的散熱器進行散熱。 采用電壓輸出的溫度顯示調(diào)節(jié)儀構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)框圖現(xiàn)代社會中，人們對控制的要求更加嚴格，需要控制系統(tǒng)朝著快、準、穩(wěn)的方向發(fā)展。溫度測量方法的發(fā)展和技術(shù)的創(chuàng)新，使得人們對溫度的測量更加準確和方便。多點溫度測控系統(tǒng)未來的發(fā)展前景十分廣闊，溫度測控技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機的應(yīng)用將由簡單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測，逐步轉(zhuǎn)向以知識處理和應(yīng)用為主。近些年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術(shù)在溫度測控領(lǐng)域得到了不同程度的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，地區(qū)之間甚至跨國之間可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制和管理。本論文共分6章。第2章針對該課題的任務(wù)進行具體方案論證和可行性分析，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計和分析。包括單片機最小系統(tǒng)、多點測量電路部分、控制電路、電平轉(zhuǎn)換電路和串口通信電路等。第5章介紹軟硬件調(diào)試的步驟和故障分析，最后得出結(jié)論并作社會經(jīng)濟效應(yīng)分析。下面將根據(jù)溫度測控系統(tǒng)的特點和功能具體介紹溫度測控系統(tǒng)的硬件和軟件的總體設(shè)計方案，硬件總體設(shè)計方案介紹了組成測控系統(tǒng)的各部分電路，以及各部分電路的主要功能。最后，對方案的技術(shù)可行性進行了論證分析。從上述的分析可知本次設(shè)計是設(shè)計一個基于DS18B20的多點溫度測量系統(tǒng)，主要包括硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計。采用DS18B20可使測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少、轉(zhuǎn)換速度快、與微處理器的接口簡單。在滿足需求條件下，為控制兩點測溫過程而設(shè)計的軟件和硬件，要達到軟硬件相結(jié)合,智能化設(shè)計的目的，硬件電路是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，是軟件的載體，軟件是系統(tǒng)的內(nèi)核，通過硬件來進行具體操作，因此軟硬件相互配合，共同完成各種功能。用2只DS18B20同時測量2路溫度（視實際需要還可擴展通道數(shù)）。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所必須的時鐘信號。本部分采用DS18B20和AT89S51單片機的單總線結(jié)構(gòu)，主CPU經(jīng)過單線接口訪問DS18B20的主要工作流程為：對DS18B20進行初始化 ，ROM操作命令，溫度轉(zhuǎn)換和溫度讀取，數(shù)據(jù)處理等操作命令。該部分通過單片機的P口輸出的高低電平來控制加熱電阻的通斷，當P口輸出低電平時，加熱電阻通電，周圍的溫度緩慢升高，DS18B20測得的溫度值也升高；當P口輸出高電平時，加熱電路斷開，溫度回落。 軟件總體方案設(shè)計測溫系統(tǒng)的硬件電路確定之后，測溫系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件來實現(xiàn)。 本系統(tǒng)的主要軟件思想是這樣的：下位機軟件主要是完成與上位機的串口通訊，接受監(jiān)控系統(tǒng)的指令，實現(xiàn)多路溫度數(shù)據(jù)采集和實時上傳數(shù)據(jù)。此測控系統(tǒng)的下位機程序部分功能的實現(xiàn)是由上位機進行控制。然后單片機便總是處于等待狀態(tài)，直到上位機發(fā)送控制指令給單片機后，單片機進入接受命令程序。當單片機接收到數(shù)據(jù)后便回復(fù)數(shù)據(jù)FF，若上位機接收的數(shù)據(jù)為FF時，則表明串口通信成功，之后單片機又處于等待狀態(tài)。在整個測量過程中，上位機對下位機發(fā)送溫度控制的命令，設(shè)定一個溫度值，下位機接收到該指令后，將溫度傳感器內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)與該指令進行比較，若不相等，便進入溫度控制部分。初始化開始查詢接收指令是05H指令嗎？是08H指令嗎？進入測溫程序發(fā)送溫度數(shù)據(jù)接收上位機溫度指令溫度控制子程序YNYN 軟件總體流程圖 系統(tǒng)方案可行性分析本文所設(shè)計的是基于232網(wǎng)絡(luò)的溫度測控系統(tǒng)。其成本低廉，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這就意味著所選擇使用的器件功能比較強大、穩(wěn)定，尤其是本次設(shè)計的核心元件AT89S51單片機，功能強大，軟件配合度高。由于設(shè)計中著重考慮了硬件電路的簡單性，故盡可能做到了減少硬件電路的復(fù)雜性，節(jié)省線路板的空間，達到了硬件電路優(yōu)化設(shè)計效果。該設(shè)計可用于多點溫度監(jiān)控，可應(yīng)用于多種工農(nóng)業(yè)監(jiān)控場合。第3章 多點溫度測控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)需要焊接硬件電路。本章內(nèi)容首先介紹數(shù)字式溫度傳感器，說明了傳感器的使用特點，以及它的工作原理及主要特點。 溫度傳感器DS18B20DS18B20是美國DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器。 DS18B20的結(jié)構(gòu)DS18B20主要由寄生電源、溫度傳感器、64位串行ROM單線接口、存儲中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RAM)、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余檢驗碼(CRC)發(fā)生器部分。 DS18B20的引腳圖本設(shè)計使用的是三引腳的產(chǎn)品。 DS18B20的主要特點數(shù)字型智能溫度傳感器有以下主要特點：，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的單總線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 。－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177。在實際應(yīng)用時，需要在分辨力與轉(zhuǎn)換時間兩者之間權(quán)衡考慮。，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。 DS18B20的測溫原理用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前達到0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到55℃）的值增加，表明所測量的溫度大于55℃。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。 加1斜坡累加器預(yù)置計數(shù)器1低溫度系數(shù)晶振計數(shù)比較器器=0預(yù)置溫度寄存器計數(shù)器2=0高溫度系數(shù)晶振停止置位/清除 DS18B20溫度測量原理圖 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計使用的是美國ATMEL公司的AT89S51單片機，該型號單片機功能強大，價格低廉，可以靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。時鐘電路采用的是內(nèi)部方式時鐘電路（）。 MHz晶振以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在反饋回路中，電容C1和C2的值選擇為30pF。當AT89S51單片機的ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RET引腳高電平到時，單片機復(fù)位。若通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位稱手動復(fù)位。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET/VPD端從而復(fù)位稱為手動復(fù)位。 單片機復(fù)位電路原理圖由單片機以及時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成了單片機的最小系統(tǒng)。新買來的DS18B20溫度傳感器一般沒有直接給出序列號，需要我們另外設(shè)計讀序列號的電路來讀取其序列號。 讀序列號電路設(shè)計圖每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，因此在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片。 溫度測量電路設(shè)計圖向 DS18B20 供電的方法是通過使用連接到 VDD 引腳的外接電源 ，如圖 ?？偩€上主機不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平。此外， 在單線總線上可以放置多個DS18B20 ，而且如果它們都使用外部電源，可以同時完成溫度變換。該設(shè)計方式是 DS18B20 最佳的上電工作方式，其工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 控制電路的設(shè)計控制電路是硬件電路部分中十分重要的一部分，這部分的功能是單片機輸出口通過輸出高低電平來控制繼電器的開關(guān)通斷，從而調(diào)節(jié)加熱電阻絲被的溫度，使之控制在設(shè)定溫度值。該方案所需的元器件主要有：電阻絲是被控制的對象，被控制的溫度就是電阻絲周圍環(huán)境的溫度。出于實驗室資源以及各種電阻的特性，本設(shè)計采用了50歐姆電阻作為熱源。本設(shè)計中功率不大，因此采用普通NPN管。該方案的特點是：元器件簡單、價格低、應(yīng)用廣泛。實際操作時安全。由于本設(shè)計處于初級設(shè)計階段，且控制溫度不使太高，因此采用器件較為簡單、成本較低、易于實現(xiàn)的方案。MAX232E芯片是包含兩路接收器和驅(qū)動器的RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，適用于各種232通信接口。10V電壓。 電平轉(zhuǎn)換及串口通信電路設(shè)計圖 串口通信 串行通信是計算機與外圍設(shè)備之間進行信息交換的一種方式，是指數(shù)據(jù)一位一位的按順序在一根信號線上進行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。在單片機中使用的串行通信都是異步方式，因此本系統(tǒng)中采用異步串行通信方式來實現(xiàn)單片機與PC之間的通信。幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備一幀一幀地接收。通信線上沒有數(shù)據(jù)傳送時為邏輯高電平，每當接收端檢測到傳輸線上發(fā)送來的邏輯低電平（幀起始位）時就知道發(fā)送端已開始發(fā)送，每當接收端接收到幀的停止時就知道一幀字符信息已發(fā)送完畢。RS232C是美國電子工業(yè)EIA公布的串行通信標準，RS代表推薦，232是標識號，C表示修改的次數(shù)。RS232C的機械特性主要指兩個通信裝置如何實現(xiàn)機械對接。實際應(yīng)用中，DB25型連接器的許多信號用不上，對于一般的雙工通信，僅需幾條信號線就可以實現(xiàn)，包括一條發(fā)送線、一條接收線和一條地線。為使數(shù)據(jù)PC和單片機之間無差錯地傳送，本文采用協(xié)議來約定數(shù)據(jù)的傳輸。傳送方式：單片機采用查詢法向PC發(fā)送數(shù)據(jù)，傳送的數(shù)據(jù)格式為二進制格式。每個DS1820共傳送二個字節(jié)，第一個字節(jié)是溫度整數(shù)部分，第二個字節(jié)是溫度小數(shù)部分。軟件的設(shè)計應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計原則，在總體概況設(shè)計的基礎(chǔ)上進行具體的詳細設(shè)計，功能分解，模塊劃分，細化軟件層次，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，以達到模塊功能的獨立性，執(zhí)行的高效性。該多點測溫系統(tǒng)程序主要包括以下幾個模塊：讀序列號子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、溫度讀取子程序、串口通信子程序、溫度控制子程序等。而在多點測溫系統(tǒng)中，因為單總線上掛載多個DS18B20，需要對這些DS18B20進行身份驗證和識別其各自的序列號碼，這就需要先讀取每個DS18B20的序列號。 初始化 發(fā)送讀序列碼命令調(diào)用寫子程序調(diào)用讀子程序結(jié)束 讀序列號子程序 溫度轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計主程序進入溫度轉(zhuǎn)換單元后,先對數(shù)據(jù)口拉高,釋放總線,然后調(diào)用延時模塊。MOV A,0CCH檢測到DS18B20存在后，發(fā)跳過ROM匹配命令。對DS18B20進行初始化操作，檢測DS18B20是否存在。接著發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，傳感器進行溫度轉(zhuǎn)換。開始初始化ROM匹配調(diào)用寫子程序?qū)懭胄蛄刑柊l(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令調(diào)用寫子程序調(diào)用讀子程序返回 溫度讀取子程序流程圖 串口通信子程序的設(shè)計先對下位機進行初始化。START: MOV SP,40H 。設(shè)定串列埠為 MODE1 MOV TMOD,20H 。SMOD=1,波特率為2倍 MOV TH1,0F4H