機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文基于單片機(jī)控制的恒溫箱設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文-基于單片機(jī)控制的恒溫箱設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)at89c51為核心部件，采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器ds18b20作為溫度采集，設(shè)計(jì)制作了帶鍵盤輸入控制，動(dòng)態(tài)顯示和越限報(bào)警功能的恒溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，又可以對(duì)溫度進(jìn)行控制，并使其恒定在某一溫度范圍?？刂奇I盤設(shè)計(jì)使設(shè)置溫度簡(jiǎn)單快捷，兩位整數(shù)一位小數(shù)的顯示方式具有更高的顯示精度。通過對(duì)系統(tǒng)軟件和硬件的合理規(guī)劃，發(fā)揮單片機(jī)自身集成多系統(tǒng)功能單元的優(yōu)勢(shì)，在不減少功能的前提下有效降低了成本，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便。關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)，恒溫控制，at89c51，ds18b20，精度abstractthis de

2、sign with single-chip microcomputer at89c51 as the core component with single bus-control digital temperature sensor ds18b20 as temperature gathering, design with a keyboard input control, the dynamic display and the limit alarm function of temperature control system. this system not only can real-t

3、ime display of the current temperature and temperature control, and make its constant in a certain temperature range. control the keyboard design makes set temperature simple and quick, two integer a decimal display mode has higher precision of the show. through the system software and hardware reas

4、onable planning, play microcontroller itself more system function unit integrated advantage, in not reduce functionality premise to reduce the cost and system easy operation. key words: single-chip ，microcomputer temperature control， at89c51 single chip ，ds18b20 ，precision 目 錄第1章 緒論11.1 課題背景 11.2 國內(nèi)

5、外恒溫控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1 國外恒溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1 國內(nèi)恒溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)21.3 設(shè)計(jì)任務(wù)2 設(shè)計(jì)目的2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)3 系統(tǒng)功能3第2章 恒溫控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)方案選擇與論證4 一位式的模擬控制方案4 二位式的模擬控制方案4 pid算法控制方案52.2 恒溫控制系統(tǒng)工作原理6第3章 恒溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1 cpu主控模塊7?at89c51單片機(jī)簡(jiǎn)介7 at89c51各引腳功能說明7 at89c51單片機(jī)主要性能參數(shù)8路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)83.2 溫度采集模塊9 ds18b20的特點(diǎn)9 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)11 ds18b20的內(nèi)存結(jié)構(gòu)11 溫度傳感

6、器ds18b20的測(cè)溫原理12 ds18b20的指令集13 ds18b20與單片機(jī)的接口電路143.3 按鍵輸入電路163.4 繼電器模塊17 固態(tài)繼電器ssr工作原理17 固態(tài)繼電器ssr的特點(diǎn)18 繼電器控制電路圖193.5 顯示模塊19第4章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)224.1 工作流程224.2 程序模塊22 主程序22 溫度傳感器驅(qū)動(dòng)子程序23 鍵盤掃描處理程序24 溫度檢測(cè)與控制子程序24示子程序254.3 軟件調(diào)試264.4 軟硬調(diào)試28結(jié)束語29參考文獻(xiàn)30致謝31附錄一 硬件電路32附錄二 軟件程序33第1章 緒 論1.1 課題背景溫度是工業(yè)上常見的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化

7、工、建材、食品加工、機(jī)械制造等領(lǐng)域，溫控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。在一些溫控系統(tǒng)電路中，廣泛采用的是通過熱電偶、熱電阻或pn結(jié)測(cè)溫電路經(jīng)過相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成ad轉(zhuǎn)換器能接收的模擬量，再經(jīng)過采樣保持電路進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，最終送入單片機(jī)及其相應(yīng)的外圍電路，完成監(jiān)控。但是由于傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且精度不高。本文介紹單片機(jī)水控制設(shè)計(jì)因此，本系統(tǒng)用一種新型的可編程溫度傳感器（ds18b20），不需復(fù)雜的信號(hào)理電路和ad轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場(chǎng)合在日常生活中，也經(jīng)常用到電烤箱、微波爐、電熱水器、烘

8、干箱等需要進(jìn)行溫度檢測(cè)與控制的家用電器。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度地提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量現(xiàn)以介紹隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制己在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在不同的領(lǐng)域內(nèi)，由于控制環(huán)境、目標(biāo)、成本等因素，需要針對(duì)具體情況來設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，以取得最佳的控制效果。其中，環(huán)境的自動(dòng)化控制在工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)運(yùn)營中是一個(gè)重要研究課題。70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國外溫控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定

9、等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表20世紀(jì)80年代中后期水平成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的pid控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。,它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求較高。設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，以保持設(shè)定的溫度基本不變。利用單片機(jī)at8951實(shí)現(xiàn)的智能控制，使能夠在實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)利用讀出，并在此基礎(chǔ)上將調(diào)節(jié)到通過鍵盤的溫度（其方式是

10、加熱或降溫），。1。（2）恒溫箱溫度可預(yù)置，在誤差范圍內(nèi)恒溫控制，溫度控制誤差±1。（3）恒溫系統(tǒng)由1kw電爐加熱。 （4）啟動(dòng)后有運(yùn)行指示，溫度預(yù)置溫度5時(shí)（5）具有相應(yīng)的保護(hù)功能。1 可以對(duì)溫度進(jìn)行自由設(shè)定必須在0100內(nèi)設(shè)定時(shí)可以時(shí)顯示設(shè)定的溫度值 2 加熱由1臺(tái)1電爐來實(shí)現(xiàn)，如果溫度不， 3 能夠保持顯示，顯示位數(shù)4位，分別為百位十位個(gè)位和小數(shù)位。（但由于規(guī)定不超過90度，所以百位也就沒有實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)的百位是不顯示的）第2章 恒溫控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)方案選擇與論證 一位式的模擬控制方案此方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值和設(shè)

11、定值比較后，決定加熱或不加熱。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是系統(tǒng)所地結(jié)果的精度不高并且調(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，難以用鍵盤設(shè)定，其方案一框圖如圖2.1所示。 二位式的模擬控制方案此方案采用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。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。單片機(jī)系統(tǒng)通過溫度傳感器（adc590）對(duì)水箱內(nèi)水溫進(jìn)行檢測(cè)，得到模擬的溫度信號(hào)，在經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，則可用數(shù)碼管來顯示水溫的實(shí)際值，還能用鍵盤輸入設(shè)定值，也可實(shí)現(xiàn)打印功能。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

12、儲(chǔ)器可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。但是它是一種傳統(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，其方案二框圖如圖2.2所示。圖2.2 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、鍵盤設(shè)定及利用pid算法來控制pwm波形的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來實(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。因此利用pwm技術(shù)進(jìn)行脈寬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是從

13、處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。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?”或?qū)⑦壿?”改變?yōu)檫壿?”時(shí)，才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是pwm相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)而且這也是在某些時(shí)候?qū)wm用于通信的主要原因。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)。1，其方案三框圖如圖2.3所示。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

14、制?；谶@樣的控制原理和pwm技術(shù)的優(yōu)越性，在對(duì)溫度控制的系統(tǒng)中，它可達(dá)到采用其他控制系統(tǒng)所達(dá)不到的控制效果，并且可方便實(shí)現(xiàn)數(shù)碼實(shí)時(shí)顯示、鍵盤設(shè)定、直接可以驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器，其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度是非常高的，故經(jīng)過對(duì)三種方案的比較論證，本設(shè)計(jì)采用方案三，利用單片機(jī)按增量式的pid控制算法對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到控制量，利用增量式的pid控制算法來控制pwm波形的產(chǎn)生進(jìn)行控制固態(tài)繼電器，從而達(dá)到控制電爐的功率進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的恒溫控制。2.2 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2.4所示。系統(tǒng)通過數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)溫度，把采集到的數(shù)據(jù)直接送到單片機(jī)進(jìn)

15、行處理，由于數(shù)字式溫度傳感器能在極短時(shí)間內(nèi)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這樣被它處理的數(shù)據(jù)直接送到數(shù)字pid模塊進(jìn)行調(diào)整。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。另外，還設(shè)置了溫度實(shí)時(shí)顯示的裝置，可以同時(shí)顯示預(yù)先設(shè)定的溫度值和實(shí)際檢測(cè)到的溫度值。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4k字節(jié)閃可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單

16、片機(jī)。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。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。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。 1 與mcs51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 32個(gè)可編程i/o口線； 2 4字節(jié)可重復(fù)擦寫flash閃速存儲(chǔ)器； 8 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； 3 1000次擦寫周期； 9 6個(gè)中斷源； 4 全靜態(tài)操作：0hz24mhz； 10 可編程串行

17、uart通道； 5 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 11 低功耗空閑和掉電模式。 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x1、x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。振蕩器的工作頻率一般在1.212mhz之間，當(dāng)然在一般情況下頻率越快越好可以保證程序運(yùn)行速度即保證了控制的實(shí)時(shí)性。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)。晶振雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性通常選擇在1030f左右在設(shè)計(jì)電路時(shí)，晶振，電容應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電

18、容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性時(shí)鐘電路由于在傳統(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)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。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。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)是解決這些問題的最有效方案數(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。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

19、口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（on-b0ard）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶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。現(xiàn)在，新一代的ds18b20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。目前ds18b20批量采購價(jià)格僅6元左右。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)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(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

20、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。新的"一線器件"ds18b20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。ds18b20、ds1822的特性 ds18b20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為±0.5°c?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在eeprom中，掉電后依然保存。ds18b20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！

21、ds1822與ds18b20軟件兼容，是ds18b20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的eeprom，精度降低為±2°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。 繼"一線總線"的早期產(chǎn)品后，ds1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。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)。 ds18b20、ds1822 "一線總線"數(shù)字化溫度傳感器同ds1820一樣，ds18b20也支持"一線總線"接口，測(cè)量溫度范圍為-55°c

22、+125°c，在-10+85°c范圍內(nèi)，精度為±0.5°c。ds1822的精度較差為±2°c。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。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3.0v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。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。ds18b20的外形及

23、管腳排列如下圖3.3:圖3.3 ds18b20外形及引腳排列圖ds18b20引腳定義： 1 gnd為電源地； 2 dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； 3 vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）ds18b20的主要特性（1）獨(dú)特的單線接口方式：與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊（2）在使用中不需要任何外圍元件（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5 v。 （4）測(cè)溫范圍：-55 +125。固有測(cè)溫分辨率為0.5（5）通過編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值（7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)

24、溫（8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作主要由4部分組成64位光刻r0m、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖dsi8b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)非易失性的可電擦除的eeprom，后者存放高溫和低溫觸發(fā)器th，tl和結(jié)構(gòu)寄存器。存包含了9個(gè)連續(xù)字節(jié)（08），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。第5、6、7個(gè)字節(jié)是預(yù)留寄存器，用于內(nèi)部計(jì)算。

25、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，可用來保證通信正確。2222222lsb lsb sssss222這是12位轉(zhuǎn)化后得到的16位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18b20的兩個(gè)8比特的ram中。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0.0625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0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為07d0h，+25.0625的數(shù)字輸出為0191h，-25.0625的數(shù)字輸出為ff6fh，-55的數(shù)字輸出為fc90h 溫度傳感器ds18b20的測(cè)溫原理ds18b20的測(cè)溫原理用于

26、產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定,每次測(cè)量前,首先將-55所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中,減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減

27、法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度,的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值 ds18b20的指令集操作rom的指令共有5條，均為單字節(jié)指令，表二是其16進(jìn)制指令表： 表二 rom操作16進(jìn)制指令指令代碼 指令說明55 cc 跳過rom匹配指令f0 搜索芯片指令ec 報(bào)警芯片搜索33 讀rom指令，器件收到這個(gè)指令后就把64位id碼傳送給主機(jī)指令代碼 指令說明44 溫度轉(zhuǎn)換指令，并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在ram的b1、b2的兩個(gè)字節(jié)里be 讀取溫度指

28、令，器件收到這個(gè)指令后把b1、b2兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)4e 改寫ram的b3、b4、b5的數(shù)據(jù)，主機(jī)發(fā)這個(gè)指令后再分別發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)48 器件收到這個(gè)指令后就將b3、b4、b5的數(shù)據(jù)寫到epromb8 器件收到這個(gè)指令后就把eeprom的高h(yuǎn)、低l溫度報(bào)警值寫到進(jìn)b3、b4b4 器件收到這個(gè)指令后就返回0或者1給主機(jī)，0為寄生電源，1為外部電源圖3.6 ds18b20與at89c51單片機(jī)的接口電路 1 gnd為電源地； 2 dq為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； 3 vdd為外接供電電源輸入端；ds18b20與at89c51通信分析：當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，首先將ds18b20初始化，設(shè)置好要求的初始值，再

29、調(diào)用溫度讀取子程序讀取溫度測(cè)量值，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位s 0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)s 1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 ds18b20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位0溫度值高位1高溫限值th2低溫限值tl3配置寄存器4保留5保留6保留7crc檢驗(yàn)8根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后

30、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。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1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 根據(jù)rom指令表指 令約定代碼 功能讀rom 33h讀ds1820rom中的編碼（即64位地址）符合rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的ds1820使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該ds1820的讀寫作準(zhǔn)備。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。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過

31、rom0cch忽略64位 rom地址，直接向ds1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ech執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。根據(jù)ram指令表 指令約定代碼功能溫度變換44h啟動(dòng)ds1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為500ms（典型為200ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中。讀暫存器0beh內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48h將ram中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到eeprom中。重調(diào)eeprom0b8h將eeprom中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3、4字節(jié)。讀供電方

32、式0b4h讀ds1820的供電模式。寄生供電時(shí)ds1820發(fā)送“0”，外接電源供電ds1820發(fā)送“1”。ds18b20的讀寫時(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。根據(jù)上述工作編寫相關(guān)子程序：1.讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。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。3計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)am中讀

33、取值進(jìn)行bcd碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。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。溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法：從ds18b20讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。因?yàn)閐s18b20的轉(zhuǎn)換精度為912位可選項(xiàng)的，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.625，就是實(shí)際的二進(jìn)制溫度值。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。小數(shù)部分因?yàn)槭前雮€(gè)字節(jié)，所以二進(jìn)制值范圍是0f，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制小數(shù)

34、值就是0。0625的倍數(shù)（015）。采用1位顯示小數(shù)，可以精確到0.1。3.3 按鍵輸入電路在按鍵模塊（a） （b）如圖3.7 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。例如，判斷是z0.0按下，此按鍵設(shè)定為預(yù)設(shè)溫度各位調(diào)整位，每檢測(cè)一次有按鍵按下，則預(yù)設(shè)位就自動(dòng)加一，當(dāng)加到9時(shí)再加一則變?yōu)?.十位調(diào)整為調(diào)整方法相同。同時(shí)，在ds18b

35、20里面的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)也會(huì)改變，進(jìn)行溫度的調(diào)整。其流程圖如3.8所示：3.4 繼電器模塊 固態(tài)繼電器ssr工作原理本系統(tǒng)采用固態(tài)繼電器進(jìn)行控制,它的控制原理是：固態(tài)繼電器只有兩個(gè)輸入端 和 及兩個(gè)輸出端，是一種四端器件。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

36、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。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(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)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌 電壓 對(duì)開關(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“r-c”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻 壓敏

37、電阻器 。ssr成功地實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào) vsr 對(duì)強(qiáng)電 輸出端負(fù)載電壓 的控制。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。ssr由于是全固態(tài)電子元件組成，與mer相比，它沒有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，工作中也沒有任何機(jī)械動(dòng)作；ssr由電路的工作狀態(tài)變換實(shí)現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒有電接觸點(diǎn)，所以它有一系列mer不具備的優(yōu)點(diǎn)，即工作高可靠、長(zhǎng)壽命 有資料表明ssr的開關(guān)次數(shù)可達(dá)108-109次，比一般的mer高幾百倍 無動(dòng)作噪聲；耐振耐機(jī)械沖擊安裝位置無限制很容易用絕緣防水材料灌封做成

38、全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。交流型ssr由于采用過零觸發(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。ssr能承受在數(shù)值上可達(dá)額定電流十倍左右的浪涌電流的特點(diǎn)。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。靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，使用的硬件較多。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。這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的cpu時(shí)間，

39、但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的cpu時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。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?；镜陌雽?dǎo)體數(shù)碼管是有7個(gè)條狀發(fā)光二極芯片排列而成的，也稱為七段數(shù)碼顯示器，可實(shí)現(xiàn)09、af以及h、p的顯示。從各發(fā)光電極連接方式分為共陽極和共陰極兩種。共陽極是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即p區(qū)）是公共的，而陰極互相隔離。共陰極型是筆畫顯示器各段發(fā)光管的陰極（即n區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的，共陰極led數(shù)碼管的ag及小數(shù)點(diǎn)位dp八個(gè)發(fā)光二極管加陽極加高電平（“1”）發(fā)亮，加低電平（“0”）發(fā)暗，而共陽極的le

40、d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，通過動(dòng)態(tài)顯示可輪流顯示，這有利于節(jié)省i/o口。用口作為位選控制，口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線和位選線直接接單片機(jī)的i/o口即可，因?yàn)閕/o口輸出電流很小對(duì)led，它的電壓值足以驅(qū)動(dòng)led本設(shè)計(jì)就是采用態(tài)顯示電路圖 （1）實(shí)時(shí)溫度顯示 （2）預(yù)設(shè)溫度顯示 （3）顯示電路連接圖3.11 動(dòng)態(tài)顯示電路第4章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，本章在

41、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。由于系統(tǒng)的操作過程和工作過程在程序設(shè)計(jì)的過程中起著很重要的指導(dǎo)作用，因此在軟件設(shè)計(jì)之前應(yīng)分析加熱爐的工作流程。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。運(yùn)行過程中，系統(tǒng)不斷檢測(cè)當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)定值后停止加熱；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低5）時(shí)再啟動(dòng)加熱。這樣不斷地重復(fù)上述過程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。運(yùn)行過程中也可以隨時(shí)改變?cè)O(shè)定溫度，溫度設(shè)定好后隨即生效，系統(tǒng)按新的設(shè)定溫度運(yùn)行。系統(tǒng)軟件由主程序、鍵盤輸入程序、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。.2.1 主程序主程序

42、完成系統(tǒng)的初始化，溫度預(yù)置及其合法性檢查，預(yù)置溫度的顯示主程序的流程圖。 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)過三個(gè)步驟：每次讀寫之前都要對(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。復(fù)位要求單片機(jī)將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，ds18b20收到信號(hào)后等待1660us左右，再發(fā)出60240us的存在低脈沖，cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。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。單片機(jī)要與ds18b20通信，首先必須完成初

43、始化：?jiǎn)纹瑱C(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，ds18b20返回響應(yīng)脈沖。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。這里，單片機(jī)只連接1個(gè)ds18b20，因此只使用讀rom命令來讀取ds18b20的48位id號(hào)。ds18b20功能命令在該步驟中完成溫度轉(zhuǎn)換、寫暫存寄存器、讀暫存寄存器、拷貝暫存寄存器、裝載暫存器寄存器、讀供電模式命令16。本系統(tǒng)不用溫度報(bào)警功能，因此在本步驟中只需完成溫度轉(zhuǎn)換，然后通過讀暫存寄存器命令完成溫度轉(zhuǎn)化的結(jié)果。所以，本系統(tǒng)對(duì)ds18b20進(jìn)行的操作主要包括兩個(gè)子過程：（1）讀取ds18b20的序列號(hào)。主機(jī)首先

44、發(fā)一復(fù)位脈沖，等收到返回的存在脈沖后，發(fā)出搜索器件的序列號(hào)命令，讀取ds18b20的序列號(hào)；（2）啟動(dòng)ds18b20作溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度值。主機(jī)在收到返回的存在脈沖后，發(fā)出跳過器件的序列號(hào)命令，跟著發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，再次復(fù)位并收到返回的存在脈沖后，發(fā)送ds18b20的序列號(hào)，讀出數(shù)據(jù)（如圖4.2所示）。 鍵盤掃描處理程序鍵盤模塊的處理是通過對(duì) k1，kk1是溫度上調(diào)按鈕, k2是溫度下調(diào)按鈕。程序流程圖如圖4.3所示： 溫度檢測(cè)與控制子程序讀取ds18b20的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)定值的比較，開始進(jìn)行加熱，在加熱的過程中需要進(jìn)行每1秒一次的跟蹤檢測(cè)，并把檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行不同

45、方式的加熱，其具體流程如圖4.4所示。示程序該模塊首先判斷系統(tǒng)是否處于設(shè)定狀態(tài)，如果處于設(shè)定狀態(tài)則顯示設(shè)定溫度，否則顯示當(dāng)前實(shí)際溫度。顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的bcd碼，分別存入十位和個(gè)位顯示區(qū)，然后通過串行通信口送出顯示。顯示模塊程序的流程見圖。4.3 軟件調(diào)試軟件調(diào)試的測(cè)試平臺(tái)： proteus 仿真軟件，系統(tǒng)軟件采用c語言編寫。由于控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量與被控制對(duì)象的特性、干擾信號(hào)的形式和幅值、控制方案及控制器的參數(shù)等因素有著密切的關(guān)系。對(duì)象的特性和干擾情況是受工藝操作和設(shè)備的特性限制的，不可能隨意改變，這樣，一旦控制方案確定了，對(duì)象各個(gè)通道的特性就成定局，這

46、時(shí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量就只取決于控制器的參數(shù)。因此，參數(shù)的整定是過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。所謂控制器的參數(shù)整定，就是通過一定的方法和步驟，確定系統(tǒng)處于最佳過渡過程時(shí)控制器的比例度、積分時(shí)間 和微分時(shí)間的具體數(shù)值。所謂最佳過渡過程，就是在某質(zhì)量指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到最佳調(diào)整狀態(tài)，此時(shí)的控制器參數(shù)就是所謂的最佳整定參數(shù)。在簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率 0.750.9 對(duì)應(yīng)衰減比為4：110：1 為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量（對(duì)于大多數(shù)過程控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)過渡過程的瞬態(tài)響應(yīng)曲線達(dá)到4：1的衰減比狀態(tài)時(shí)，則為最佳的過程曲線）。此外，在滿足主要指標(biāo)的條件下，還應(yīng)盡

47、量滿足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（又稱靜差、余差）、最大動(dòng)態(tài)偏差（超調(diào)）和過渡過程時(shí)間等其它指標(biāo)。由于不同的過程控制系統(tǒng)對(duì)控制品質(zhì)的要求有不同的側(cè)重點(diǎn)，也有用系統(tǒng)響應(yīng)的平方誤差積分（ise）、絕對(duì)誤差積分（iae）、時(shí)間乘以絕對(duì)誤差的積分（itae）分別取極小作為指標(biāo)來整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的12。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法很多，概括起來可以分為兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法，頻率特性法等，經(jīng)過理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。二是工程整定方法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握。由于本系統(tǒng)有別于工業(yè)實(shí)際系統(tǒng)因此對(duì)于參數(shù)整定來說，使用工

48、程參數(shù)整定法效果不是很好，該系統(tǒng)參數(shù)整定采用經(jīng)驗(yàn)湊試法。經(jīng)驗(yàn)湊試法是通過模擬或閉環(huán)運(yùn)行觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致辭影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的響應(yīng)，從而確定pid調(diào)節(jié)參數(shù)。增大比例系數(shù)，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差。但過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。增大微分時(shí)間，亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使用權(quán)超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對(duì)控制過程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)實(shí)行下述比例、

49、后積分、再微分的整定步驟：（1）整定比例部分將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)可由此確定。（2）加入積分環(huán)節(jié)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)首先置積分時(shí)間為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮?。ㄈ缈s小為原來的0.8倍），然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與保持時(shí)間，以期得到滿意的控制過程與整定參數(shù)。（3）加入微分環(huán)節(jié)若使用比例

50、積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間為零。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。所謂“滿意”的調(diào)節(jié)效果，是隨不同的對(duì)象和控制要求而異的。此外pid調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響不十分敏感，因而在整定中參數(shù)的先定并不是唯一的。事實(shí)上，在比例、積分、微分三部分產(chǎn)生的控制作用中，某部分的減小往往可由其它部分的增大來補(bǔ)償。因此，用不同的整定參數(shù)完全有可能得到同樣的控制效果。從應(yīng)用的角度看，中要被控過程主要指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，那么即可選定相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參為有效

51、的控制參數(shù)。表四給出了一些常見被調(diào)量的調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇范圍。表四 常見被調(diào)量的調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇范圍被調(diào)量特點(diǎn)kki/minkd/min流量對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，并有噪聲，故k較短，不用微分12.50.11溫度對(duì)象為多容系統(tǒng)，有較大滯后，常用微分1.653100.53壓力對(duì)象為容量系統(tǒng)，滯后一般不大，不用微分1.40.43液位在允許有靜差時(shí)，不必用積分，不用微分1.2554.4 軟硬調(diào)試通過對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件調(diào)試，基本上達(dá)到了該控制系統(tǒng)原設(shè)定的要求，數(shù)字溫度傳感器能在1秒內(nèi)讀一次溫度并進(jìn)行數(shù)碼顯示。能夠在10分鐘之內(nèi)通過控制繼電器的通斷進(jìn)行加熱達(dá)到預(yù)定溫度值。當(dāng)溫度差大于5時(shí)，通過pid調(diào)整控制數(shù)字脈沖的

52、寬度使繼電器產(chǎn)生有效的動(dòng)作，進(jìn)行220v交流電加熱以達(dá)到預(yù)定溫度，如果溫度差小于5時(shí)，則進(jìn)行pid調(diào)整加熱達(dá)到原預(yù)定溫度。結(jié)束語經(jīng)過一個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可以畫上一個(gè)句號(hào)了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中通過自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)了溫控制系統(tǒng)其功能基本符合設(shè)計(jì)要求參考文獻(xiàn)1 吳炳勝，王桂梅. 80c51單片機(jī)原理與應(yīng)用m. 北京：冶金工業(yè)出版社 2001：3-42張俊謨 單片機(jī)中級(jí)教程原理與應(yīng)用m 北京：北京航空航天大學(xué)出版社2000,6 3 李華m2005，64 盧結(jié)成.電子電路實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用課題設(shè)計(jì)m.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2002.5 黃賢武,

53、鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用m.成都:電子科技大學(xué)出版社,高等教育出版社,2005:76-108.6 楊寶清,宋文貴.實(shí)用電路手冊(cè)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.7 張萌,和湘,姜斌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例m.北京:清華大學(xué)出版社,2007:146-150.8 蔡錦福.運(yùn)算放大器原理與應(yīng)用m.北京:科學(xué)出版社,2005.9 康華光.模擬電子技術(shù)m.北京:高等教育出版社,1999.10張培仁.基于c語言編程mcs-51單片機(jī)原理與應(yīng)用m.北京:清華大學(xué)出版社,2002.11王守中.51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例m.北京:人民郵電出版社,2007:68-69.12康華光,陳大欽.模擬電子電路m.

54、北京:高教育出版社,13清源計(jì)算機(jī)工作室.protel99原理圖與pcb及仿真m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,14歐陽黎明.matlab控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京:國防科技大學(xué)出社,15李廣弟,朱月秀,王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:15-40.16賴壽宏.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:91-111.17杜方迅,董興法,歐揚(yáng),李慧云.基于單片機(jī)的恒溫源的研制傳感器技術(shù)j.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù) 7 :32-69.致謝感謝。附錄一 硬件電路附錄二 軟件程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code tab10 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f ;float f;uchar sg,ss,bai,shi,gei,xs1,xs2,tt,ii;sbit ds p11;sbit weed p30;sbit dued p31;sbit