【正文】 （ SSR）， 固態(tài)繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離 。 比較以上三種方案， SSR 是一種無觸點(diǎn)開關(guān)器件，具有高可靠性、長壽命、低噪音、抗干擾能力強(qiáng)等 一系列優(yōu)點(diǎn)，因此選用方案三。 方案一：采用 8031 芯片，其內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展，這給電路增加了復(fù)雜度。但由于系統(tǒng)用到較多的 I/O 口，因此此芯片資源不夠用。 比較這三種方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資 源，因此此次設(shè)計(jì)選用方案三。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就顯示到 1602 液晶 上 。 圖 DS18B20 采用 12 位數(shù)據(jù)串行傳送， 數(shù)據(jù)結(jié)果傳送給控制器 AT89S52， AT89S52 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果送至顯示模塊 LCD1602 進(jìn)行顯示；鍵盤輸入模塊可根據(jù)具體要求進(jìn)行輸入，設(shè)定溫度值；驅(qū)動(dòng)電路 采用 SSR 固態(tài)繼電器， 根據(jù) PID 處理結(jié)果控制加熱器件的工作，當(dāng)設(shè)定溫度突變時(shí)，經(jīng) PID 調(diào)節(jié)可減少系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量，并由串口通信模塊與 PC進(jìn)行通訊，打印溫度突變曲線。 溫度采集模塊AT 89 S 52鍵盤輸入顯示模塊驅(qū)動(dòng)電路模塊 加熱器件串口通信模塊 PC 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 49 頁 圖 總體流程 初始化模塊DS 18 B 20 讀取溫度值 ， M C U 讀值M C U 將溫度值送至 1602 顯示1602 顯示模塊顯示溫度值鍵盤掃描模塊繼電器模塊串口通信模塊 （ 打印溫度曲線 ） 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 49 頁 4. 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制電路 控制電路完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收、處理以及對(duì)系統(tǒng)的控制等相應(yīng)功能，采用單片機(jī)AT89S52。 AT89S52 具有如下 特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 AT89S52 引腳圖如圖 所示。在這四個(gè) I/O 端口中，每個(gè)端口都有雙向的 I/O 功能， CPU可以從四個(gè)并行的 I/O 端口中的任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，也可以從任何一個(gè)輸入數(shù)據(jù)。四個(gè) I/O 端口中， P0 是真正的雙向 I/O 口，它可以輸出片外存儲(chǔ)器的低八位地址碼和讀寫數(shù)據(jù)。具體電路如圖 所示。 圖 控制電路 溫度采集電路 溫度采集電路完成對(duì)被控水溫的測量 、數(shù)據(jù)的采集及傳輸，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采用DS18B20 溫度傳感器，它是一種數(shù)字式的可編程控制的溫度傳感器，可完成對(duì)溫度的測量及模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，且性能良好，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，操作簡單易行。除此之外， DS18B20 能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對(duì)外部電源的需求。 DS18B20 的溫度 /數(shù)據(jù)關(guān)系如表 所示。 圖 封裝 圖 TO9 封裝 DALLAS18B2012347685DALLAS18B201 2 3 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 49 頁 DS18B20 各引腳的詳細(xì) 說明見 表 . 表 DS18B20各引腳說明 8引腳 SOIC封裝 TO9封裝 符號(hào) 說明 5 1 GND 接地 4 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 3 3 VDD 可選的 VDD引腳 DS18B20 有 兩種 供電模式，一種是工作于寄生電源模式，該模式允許 DS18B20 工作于無外部電源需求狀態(tài)。對(duì) DS18B20 供電的另一種傳統(tǒng)辦法是 VDD 引腳接入一個(gè)外部電源，如圖 所示，這樣做的好處是單總 線上不需要強(qiáng)上拉，而且總線不用在溫度轉(zhuǎn)換期間保持高電平，這里采用外部電源模式。 4 .7 K微處理器DS 18 B 20G N D DQ VD D單總線連接到外部的單總線器件 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 49 頁 圖 鍵盤電路 為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，鍵盤模塊采用 4X4 矩陣鍵盤，與單片機(jī) P1 口 連接，如圖 所示。這樣設(shè)置可使系統(tǒng)操作更加簡便，程序更加簡潔、方便 ，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度，各按鍵的具體功能如表 。液晶顯示電路有如下優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口，和單片機(jī)的連接更加簡單可靠，操作更加方便、體積小，重量輕、功耗低。 LCD1602 介紹 1602 是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16X2 即 32個(gè)字符（ 16 列 2行）。 圖 1602LCD引腳圖 各引 腳 說明如表 。 圖 1602液晶顯示模塊電路圖 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 49 頁 繼電器電路 此部分通過控制繼電器的通斷從而控制電熱管（俗稱“熱得快 ”），采用對(duì)加在電熱管兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的，即在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。工作原理：固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)電子開關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，主要由輸入（控制）電路，驅(qū)動(dòng)電路和輸出（負(fù)載）電路三部分組成。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個(gè)別的為交流輸入。輸出電路主要由輸出器件（芯片）和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，固態(tài)繼電器（ SSR） 是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成其隔離和繼電切換功能。 圖 串口通信電路 本設(shè)計(jì)要求在設(shè)定溫度發(fā)生突變時(shí)自動(dòng)打印水溫隨時(shí)間變化的曲線，因此需要進(jìn)行單片機(jī)與 PC的通信。 RS232 是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。其主要特性如下：電平 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 49 頁 標(biāo)準(zhǔn)： 315V=“ 0”， 3— 15V=“ 1”；連接標(biāo)準(zhǔn)： DB9 或者 DB25 插座（針型），現(xiàn)今基本上采用 9 針插座，插座每個(gè)引腳都有唯一的信號(hào)定義，引腳圖如圖 所示。 表 RS232接口引腳型號(hào)定義 名稱 信號(hào)方 功能 25 芯腳 9 芯腳 FRD 保護(hù)地 1 TXD 輸出 發(fā)送數(shù)據(jù) 2 3 RXD 輸入 接收數(shù)據(jù) 3 2 RTS 輸出 請求對(duì)方發(fā)送數(shù)據(jù) 4 7 CTS 輸入 可 向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù) 5 8 DSR 輸入 對(duì)方已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù) 6 6 GND 信號(hào)地 7 5 DCD 輸入 對(duì)方已收到載波 8 1 DTR 輸出 通知對(duì)方，本方可以接受數(shù)據(jù) 20 4 RI 輸出 對(duì)方送來的振鈴指示信號(hào) 22 9 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 49 頁 MAX232 是一片電平轉(zhuǎn)換的專用芯片，其引腳圖如圖 所示。 圖 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 49 頁 5. 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟件 編程采用 C 語言，并以結(jié)構(gòu)化、模塊化原則 編寫。其中 控器控制程序由主程序、 溫度采集控制程序、鍵盤控制程序、 PID 控制程序四個(gè)主要模塊組成。 主程序的設(shè)計(jì) 由于模塊化的程序設(shè)計(jì)，通過調(diào)用程序即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，系統(tǒng)的主程序流程圖如圖 所示。然后對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，對(duì)按鍵事件做出相應(yīng)的反應(yīng)。 若設(shè)定溫度發(fā)生突變，則通過串口通信打印水溫變化的曲線。為保證 DS18B20 的嚴(yán)格I/O 時(shí)序，需要做較精確的延時(shí)，有了較精確的延時(shí)保證就可以對(duì) DS18B20 進(jìn)行底層基本操作了， DS18B20 的底層基本操作有三個(gè)： （ 1）初始化 通過單總線進(jìn)行的所有操作都從一個(gè)初始化序列開始，初始化序列包括一個(gè)有 CPU發(fā)出的 復(fù)位脈沖及其后有 DS18B20 發(fā)出的存在脈沖，存在脈沖讓 CPU 知道 DS18B20在總線上且以做好了準(zhǔn)備 （ 2）數(shù)據(jù)寫 所有的指令、數(shù)據(jù)發(fā)送均由該操作完成， DS18B20 的寫操作都是逐位進(jìn)行的，因此采用 C51 中的位移操作來實(shí)現(xiàn)。 溫度轉(zhuǎn)換的結(jié)果和其他信息均存放于暫存器里， DS18B20 的暫存器結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 溫度采集控制程序的流程圖如圖 所示。按鍵的讀取容易引起錯(cuò)誤動(dòng)作，產(chǎn)生抖動(dòng)，為了保證按鍵識(shí)別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動(dòng)，消除抖動(dòng)的方式主要有兩種：硬件消抖和軟件消抖。其工作原理是：利用程序循環(huán)掃描，先進(jìn)行行掃DS 18 B 20 初始化開始結(jié)束R O M 指令操作讀取溫度值溫度比較處理返回結(jié)果準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) ？YN 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 49 頁 描，確 定某行有鍵按下；再對(duì)該行每列數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算以確定是哪列，這樣當(dāng)行列都確定是即 可確定是哪個(gè)鍵按下。鍵盤控制流程圖如圖 所示。 圖 PID程序流程圖 串行通信控制 本 設(shè)計(jì)要求能打印水溫突變曲線，因此采用串口通信，將單片機(jī)采集到的溫度 數(shù)據(jù)傳給 PC，再在 PC 中利用 Matlab 來顯示溫度曲線。該設(shè)備控制工具箱具有以下特色： （ 1）支持基于串口的通信； （ 2）通信數(shù)據(jù)支持二進(jìn)制和文本（ ASCII）兩種方式； （ 3）支持異步通信和同步通信； （ 4）支持基于事件驅(qū)動(dòng)的通信。流程圖如圖 示。 圖 單片機(jī)端串口通信軟件流程圖 顯示程序的設(shè)計(jì) 顯示部分采用 LCD1602 液晶顯示器，軟件流程圖如圖 所示。 安裝次序 電路板 上元器件的安裝次序應(yīng)該以前道工序不妨礙后道工序?yàn)樵瓌t，一般先安裝低矮的小功率元件，后裝立式元器件和大功率元器件，再裝可變元器件、易損元器件，最后安裝 帶散熱器件的元器件；插件的次序也是先插跳線，再插臥式 IC 和合其他小功率元器件，最后插立式元器件和大功率元器件。 （ 2）電容的安裝 瓷片電容安裝時(shí)要注意其耐壓級(jí)別和溫度系數(shù)，電解電容的正極所接點(diǎn)位一定要高于負(fù)極，否則將會(huì)增大損耗，極性接反工作時(shí)將會(huì)急劇發(fā)熱；可變電容、微調(diào)電容安裝時(shí)也有極 性問題，不能顛倒。驅(qū)動(dòng)繞組和各被控觸點(diǎn)一般是分別工作在不同的回路，有時(shí)兩者之間的電壓相差很大，要注意電路的絕緣。另外，焊接插裝繼電器的插座時(shí)要把繼電器插在上面再焊接，以免插裝的插接點(diǎn)在焊接后位置歪斜。 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試分為三個(gè)階段，即硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。調(diào)試的成敗直接關(guān)系到整機(jī)的性能指標(biāo)好壞。由此可以區(qū)別出 那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開觸點(diǎn)。 （ 2）測線圈電阻 可用萬能表 R 200Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時(shí)， 記下該吸合電壓和吸合電流。 （ 4）測量釋放電壓和釋放電流 像上述那樣連接測試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。 湖南商學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 共 49 頁 串口調(diào)試 通過 RS232 和 PC進(jìn)行連接，利用 PC調(diào)試助手進(jìn)行調(diào)試。 通過單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給 PC，驗(yàn)證 PC能否成功準(zhǔn)確的接收。 PID調(diào)節(jié)的一般步驟如下： （ 1）確定比例增益 P 確定比例增益 P時(shí)，首先去掉 PID 的積分項(xiàng)和微