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基于ds18b20的溫度檢測系統(tǒng)研究畢業(yè)設計論文-閱讀頁

2025-07-27 01:52本頁面
  

【正文】 表 3 DS18B20 控制命令 8 指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉換 讀暫存器 寫暫存器 復制暫存器 重新調 E2RAM 讀電源供電方式 44H BEH 4EH 48H B8H B4H 啟動 DS18B20 進行溫度轉換 讀暫存器 9 個字節(jié)內容 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 E2RAM 中 把 E2RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)寫到暫存器 TH、 TL字節(jié) 啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU CPU 對 DS18B20 的訪問流程是:先對 DS18B20 初始化,再進行 ROM 操作命令,最后才能對存儲器操作,數(shù)據(jù)操作。如主機控制 DS18B20完成溫度轉換這一過程,根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議,須經(jīng)三個步驟:每一次讀寫之前都要對 DS18B20進行復位,復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令,最后發(fā)送 RAM 指令,這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的,只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位,即接通電源就成了系統(tǒng)的復位初始化。其中,按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與 VCC 電源接通而實現(xiàn)的,而按鍵脈沖復位則是利用 RC 微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的。電路圖如圖 8 所示: 圖 8 復位電路 顯示電路模塊 這次 電路主要使用八段數(shù)碼管和移位寄存器芯片 74HC164。由于單片機的時鐘頻率達到 12M,移位寄存器的移位速度相當快,所以根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)摹? 74HC16 74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件,與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端( DSA 或 DSB)之一串行輸入;任一輸入端可以用作高電平使能端, 9 控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。 圖 9 是 74HC164 引腳圖。 圖 10 顯示電路 報警電路模塊 報警電路用于在溫度超出設定值范圍時提供聲音報警,它由單片機的 引腳控制。報警電路如圖 10 所示 。另外需要一個與門實現(xiàn)與中斷端口的連接 [8]。 4 閉環(huán)控制 PID 調節(jié)器在工業(yè)控制領域得到了很大的發(fā)展和廣泛的應用。 考慮各種因素, 在這次的 設計中采用了 PID 調節(jié)器進行控制。用戶可以根據(jù)需要進行溫度的設定,在與 18b20 實際測得溫度進行比較,得到的偏差(此時的偏差是實際溫度,即輸出值,與給定溫度的差值)作為數(shù)字控制器的輸入,數(shù)字控制器的輸出經(jīng)過數(shù)模轉換后作用于被控對象(加熱杯)進行偏差調整。 11 控制算法 適用 PID 控制器。因此,利用外接矩形法進行數(shù)值積分,一階后向差分進行數(shù)值微分,當選定的采樣周期為 T 時,有 ???????? ??????? )1(1 e ie iTTij eTTe iK Pu t DjI…………………………….. ( 1) 如果采樣周期足夠小,這種離散逼近相當準確。由上式可導出下面的式子: ? ??????? ????????????? e ie ie iTTe iTTe ie iK pu iu iu i DI 21211 ……….. ( 2) 此式稱為增量型 PID 控制式。 在進行手動 自動切換時,控制量沖擊小,能平滑地過渡。若將該式稍加合并整理寫成如下形式: e iTTKe iTTK Pe iTTTTKu iu i DPDDIP 212111 ????????? ???????? ????? eaeaeau iiii 221101 ??? ???? ………………………………………. ( 4) 其中: ?????? ??? TTTTKa DIP 10 ; ?????? ?? TTKa DP 211 ; TTKa DP?2 。按上式編制的數(shù)字控制器的程序框圖如 圖 13 所示。 階躍響應不變法的基本思想是:離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應序列與模擬控制器的階躍響應的采樣值一致。構造新的控制器如下所示(在 GC(s)前增加一個零階保持器): ………………………………… ( 5) 取 z 變換,的相應的數(shù)字控制器為: …………………… ……… ...………….. ( 6) 則對于單位階躍輸入的響應序列為: …..(7) 這個 式 子 表明,數(shù)字控制器 D(z)的階躍響應與模擬控制器的階躍響應的采樣值相同,即兩個控制器是等效關系,使其滿足控制要求。 經(jīng)過反復測試,系統(tǒng) 溫度設定范圍為 0~ 99℃( 這次 實驗中為了效果更加明顯,設定的范圍 為 30~70℃) ,最小區(qū)分度為 1℃ ,溫度控制的誤差 ≤1℃ ;能夠測量并用數(shù)碼管顯示當前實際溫度值;通過復位鍵可以使系統(tǒng)設定溫度還原默認值,通過溫度設定鍵可以設置預定溫度;環(huán)境溫度低于設定溫度時,啟動加熱,環(huán)境溫度高于或等于設定溫度時,停止加熱,達到了實習要求的技術指標。 系統(tǒng) 溫度設定范圍為 0~ 99℃ ,最小區(qū)分度為 1℃ ,溫度控制的誤差 ≤1℃ ;能夠測量并用數(shù)碼管顯示當前實際溫度值;通過復位鍵可以使系統(tǒng)設定溫度還原默認值,通過按鍵可以設置預定溫度;當檢測溫度超出設定溫度域則啟動蜂鳴器報警,若超出低溫限,同時綠燈亮,若超出高溫限,同時紅燈亮。 系統(tǒng)包括電源模塊、溫度控制模塊、溫度檢測模塊、復位模塊、顯示模塊、溫度報警模塊和按鍵模塊七個部分。完成了實習的基本任務,達到了預期的目標。 這個 系統(tǒng)沒有增加外部存儲器,設定溫度不能保存,斷電復位后必須重新設置溫度;采用靜態(tài)顯示方式,從而使用了較多的驅動芯片,增加了硬件電路的復雜性;只使用兩位顯示,即顯示溫度的十位、個位,沒有充分發(fā)揮 DS18B20 的特性。我的理論和實踐水平都有了較大的提高。這次課程設計 過程中也讓我認識到了團隊合作的重要性。 這次設計過程中也讓我認識到了很多不足,在今后的學習過程中我一定努力補缺補漏,多實踐,將 14 理論知識更好地應用于實踐。 參考文獻 [1] 童詩白 . 華成英 .模擬電子技術基礎 [M]. 北京 : 高等教育出版社 , 20xx. [2] 張齊 . 杜群貴 .單片機應用系統(tǒng)設計技術 [M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 20xx. [3] 陳永真 . 全國大學生電子設計競賽試題精解選 [J].電子工業(yè)出版社, 20xx, 18(5): 3335. [4] 李青 .單片機通信技術與工程實踐 [M].北京:人民郵電出版社, 20xx. [5] 葉 勇 . 孟慶斌 .基于 DS18B20 的多點溫度測量系統(tǒng)設計 [J].電子測量技術, 20xx( 9): 9193. [6] 郭永貞 . 主編數(shù)字電子技術 [M]. 西安電子科技大學出版社 , 20xx. [7] 沙春芳. PROTEUS VSM 在單片機系統(tǒng)仿真中的應用 [J].現(xiàn)代電子技術, 20xx,( 24): 6063. [8] 楊金巖等 .8051單片機數(shù)據(jù)傳輸接口擴展技術與應用實例 [M].北京:人民郵電出版, 20xx.
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