【正文】 不高并且調(diào)節(jié)動(dòng)作頻繁，系統(tǒng)靜差大，不穩(wěn)定，受環(huán)境影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，難以用數(shù)碼管顯示，難以用鍵盤(pán)設(shè)定，其方案一框圖如圖 所示。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。本方案還可選用 51 單片機(jī)（內(nèi)部含有 4KB 的 EEPROM），不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。 圖 二位式模擬控制方案框圖 PID 算法控制方案 此方案采用單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對(duì)溫度控制，它可達(dá)到核心的控制作用，并且可方便實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示、鍵盤(pán)設(shè)定及利用 PID 算法來(lái)控制 PWM波形的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制，其所測(cè)結(jié)果精度也大大的得到了提高，在利用 PID 算法來(lái)控制 PWM 波形的產(chǎn)生，是有效的控制數(shù)字脈沖的輸出寬度，使固態(tài)繼電器得到有效和有序的邏輯控制，不會(huì)使固態(tài)繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)作。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1”改變?yōu)檫壿?0”或?qū)⑦壿?0”改變?yōu)檫壿?1”時(shí)，才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 PWM 經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。 由于方案一和方案二是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，控制方案的修改也比較麻煩，而方案三是采用單片 機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，利用 PID 控制原理和 PWM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。 恒溫控制系統(tǒng)工作原理 現(xiàn)對(duì)該方案的具體原理進(jìn)行詳細(xì)介紹，其具體控制圖如圖 所示。然后，把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，根據(jù)不同的差值去控制控制固態(tài)繼電器的通斷，以采取不同的加熱方式進(jìn)行加熱升溫。 第 3 章 恒溫控 制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 恒溫控制系統(tǒng)主要由部分組成、及。 AT89C51 是一種帶 K 字節(jié)閃可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器 AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 6 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，只需要在片外通過(guò) XX 引腳接入定時(shí)控制單元（晶體振蕩和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。一般采用石英晶振作定時(shí)控制元件在不需要高精度參考時(shí)鐘時(shí)，也可以用電感代替晶振，有時(shí)也可以引入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專(zhuān)利技術(shù)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。 在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引 線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。 DS18B DS1822 的特性 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12 位的分辨率，精度為177。 C。分辨率設(shè)定，及用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。省略了存儲(chǔ)用戶(hù)定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為177。 C，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。 C～ +125176。 C 范圍內(nèi)，精度為177。 C。 2176。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以 一線總線 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 ～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。 二、 DS18B20 的外形 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 （ 4）測(cè)溫范圍： 55 +125℃。存包含了 9 個(gè)連續(xù)字節(jié)（ 0～ 8），前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，字節(jié) 0 的內(nèi)容是溫度的低 8 位，字節(jié) 1 是溫度的高 8 位，字節(jié) 2 是 TH（溫度上限報(bào)警），字節(jié) 3 是 TL（溫度下限報(bào)警），字節(jié) 4 是配置寄存器，用于確定輸出分辨率 9 到 12 位。字節(jié)8 是冗余檢 驗(yàn)字節(jié)，校驗(yàn)前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)保證通信正確。二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 16～ 60 微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。搜索 ROM0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM地址。跳過(guò) ROM0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820發(fā)溫度變換命令。告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中。復(fù)制暫存器 48H將 RAM 中第 4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中。讀供電方式 0B4H 讀 DS1820 的供電模式。 DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820相同 ,只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 2 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 ,當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。 將以上子程序或單獨(dú)調(diào)用或加入初始化中優(yōu)化程序布局。因?yàn)?DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度為 9~12 位可選項(xiàng)的，為了提高精度采用 12 位。一個(gè)十進(jìn)制值和二進(jìn)制值之間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的低半字節(jié)化成十進(jìn)制后，就是溫度值的小數(shù)部分。 0625 的倍數(shù)（ 0~15）。 按鍵輸入電路 在按鍵模塊 （ a） （ b） 如圖 按鍵輸入模塊 按鍵電路圖分析： ，設(shè)置為預(yù)設(shè)溫度個(gè)位調(diào)整位 ，設(shè)置為預(yù)設(shè)溫度十位調(diào)整位 預(yù)定低電平為有效按鍵，采用去抖動(dòng)子程序確定按鍵的有效性 按鍵電路運(yùn)行分析： 當(dāng)系統(tǒng)通電正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)每一秒鐘就對(duì)按鍵電路掃秒一次 ，掃描結(jié)束后，將掃描的結(jié)果送至系統(tǒng)中進(jìn)行校驗(yàn)，如果有按鍵按下，則判斷是那個(gè)鍵按下，在進(jìn)行相關(guān)操作。 同時(shí)，在 DS18B20 里面的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)也會(huì)改變，進(jìn)行溫度的調(diào)整。工作時(shí)只要在、上加上 一定的控 制信號(hào)，就可以控制兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為、端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入 /輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開(kāi) SSR 中輸入端和輸出端之間的 電 聯(lián)系，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入 /輸出端間的絕緣 耐壓 等級(jí)高；由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，在使用可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“ 1”與“ 0”的邏輯電平控制。所謂“過(guò)零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過(guò)零時(shí)，即為通態(tài)；而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)后，要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn) 零電位 時(shí)，才為斷態(tài)。吸收電路是為防止從電源中傳來(lái)的尖峰、浪涌 電壓 對(duì)開(kāi)關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾 甚至誤動(dòng)作 而設(shè)計(jì)的，一般是用“ RC”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻 壓敏電阻器 。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號(hào)所需的功率極低 約十余毫瓦就可正常工作 ，而且 Vsr 所需的工作電平與 TTL、 HTL、 CMOS 等常用集成電路兼容，可以實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)接。交流型 SSR 由于采用過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，因而可以使 SSR 安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口上，不必為在接口上采用 MER 而產(chǎn)生的一系列對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾而煩惱。下圖是一個(gè)，單片機(jī)繼電器進(jìn)行通訊 LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。 動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU 時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù) 刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多。 使用單片機(jī)系統(tǒng)串行輸出，利用其串 /并轉(zhuǎn)換功能，送入數(shù)碼管顯示。從各發(fā)光電極連接方式分為共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陰極型是筆畫(huà)顯示器各段發(fā)光管的陰極（即 N 區(qū)）是公共的，而陽(yáng)極是互相隔離的，共陰極 LED 數(shù)碼管的 a～ g 及小數(shù)點(diǎn)位 dp 八個(gè)發(fā)光二極管加陽(yáng)極加高電平（“ 1”）發(fā)亮，加低電平（“ 0”）發(fā)暗，而共陽(yáng)極的 LED 的數(shù)碼管的 a 及小數(shù)點(diǎn)位 dp 八個(gè)發(fā)光二極管正好相反 本電路采用共陽(yáng)極數(shù)碼管 LG5641A 進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示， L5641A 具有四位數(shù)碼管，這四個(gè)數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個(gè)都擁有一個(gè)共的位選端，通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示可輪流顯示，這有利于節(jié)省 I/O 口。因此，本章在建立系統(tǒng)各部分軟件流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了各部分的軟件控制流程。上電復(fù)位后電阻絲先處于停止加熱狀態(tài)，但也可以直接啟動(dòng)運(yùn)行。這樣不斷地重復(fù)上述過(guò)程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。 系統(tǒng)軟件由主程序、鍵盤(pán)輸入程序、設(shè)定溫度子程序、溫度檢測(cè)子程序、溫度控制子程序和顯示子程序組成。 溫度傳感器驅(qū)動(dòng)子程序 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，單片機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后再發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 本系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的操作分為 3 個(gè)步驟：初始化、 ROM 命令和 DS18B20 功能命令。 ROM命令完成單片機(jī)與總線上的某一 DS18B20建立聯(lián)系，有搜尋 ROM、讀 ROM、匹配 ROM、忽略 ROM、報(bào)警查找等命令。 DS18B20 功