智能溫度控制系統(tǒng)方案

1、智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件）摘要溫度控制對(duì)于人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)具有重要意義,針對(duì)我國北方冬季供暖系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在的不足，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)控制技術(shù)的室智能溫度控制系統(tǒng)，采用DS18B20采集溫度，利用電磁閥的開關(guān)控制供熱水管中的水流量，并且利用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了室溫度的精確控制，給用戶帶來了很大的方便，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將對(duì)減少熱能的浪費(fèi)及提高人們的生活質(zhì)量起著重要的作用。從溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展來看，以單片機(jī)為核心構(gòu)成的微機(jī)溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置己經(jīng)成為主要的發(fā)展方向。對(duì)于溫室溫度這個(gè)被控對(duì)象，有很多控制方案可選。首選方案就是PID控制，因?yàn)樗唵?，容易?shí)現(xiàn),它有可消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點(diǎn)，但它的快速性和超調(diào)量之

2、間的矛盾關(guān)系，使它不能滿足控制的技術(shù)要求。其次就是模糊控制，它的優(yōu)點(diǎn)是超調(diào)量很小，但是穩(wěn)態(tài)誤差卻很大。最后是用模糊規(guī)則參數(shù)的模糊自整定PID控制方法，基本上能夠達(dá)到反應(yīng)速度快、零超調(diào)、穩(wěn)態(tài)誤差小的理想結(jié)果。本文簡述了溫度控制器的應(yīng)用及其原理，介紹了基于單片機(jī)的檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并說明了用模糊自整定PID控制方法設(shè)計(jì)出的溫度控制的控制算法及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測，顯示和控制功能。此外，本文還詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)原理。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能溫度控制；DS18B20；PID控制；串口通信溫度控制；DesignOfIntelligentTemperatureControlSystem

3、Design(Hardware)ABSTRACTTemperaturecontrolforpeoplesdailylife,theproductionofgreatsignificance,characteristicsandshortcomingsofChinasnorthernwinterheatingsystem,thedesignofmicrocontroller-basedcontroltechnologyforindoorsmarttemperaturecontrolsystem,usingtheDS18B20collectiontemperature,thesolenoidval

4、veswitchcontroltheflowofwaterintheheatingpipes,andfuzzycontroltechnologytoachieveaccuratecontrolofroomtemperature,hasbroughtgreatconveniencetotheuser,thesystemwillreduceenergywasteandimprovepeoplesqualityoflifeplaysanimportantrole.Fromtheperspectiveofthedevelopmentofthetemperaturecontrolsystemtosing

5、le-chipmicrocomputertemperaturecontrolsystemforthecorecomponentsoftheadjustmentdevicehasbecomethemaindirectionofdevelopment.Greenhousetemperaturecontrolledobject,alotofcontrolschemeisoptional.ThepreferredsolutionisthePIDcontrol,becauseitissimple,easytoimplement,ithastheadvantagesthatcaneliminatethes

6、teadystateerror,butthecontradictoryrelationshipbetweenthefastandovershoot,sothatitcannotmeetcontroltechnologyrequirements.Secondly,fuzzycontrol,ithastheadvantageofverysmallovershoot,butthesteady-stateerror.Finally,thefuzzyruleparametersofthefuzzyself-tuningPIDcontrolmethodisbasicallyabletoachievefas

7、tresponse,zeroovershoot,smallsteadystateerrorofthedesiredresult.Thispaperoutlinestheapplicationoftheprincipleofthetemperaturecontroller,microcontroller-baseddetectionsystemhardwaredesign,anddescribesthedesignofthefuzzyself-tuningPIDcontrolmethodcontroltemperaturecontrolalgorithmanditsimplementation,

8、toachievetemperaturemeasurement,displayandcontrolfunctions.Inaddition,thearticlealsodetailsthesystemhardwareandsoftwaredesignprinciples.Keywords:AT89C51;temperaturecontrol;DS18B20;PIDcontrol;serialcommunicationtemperaturecontrol;目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第章緒論224 HYPERL

9、INK l bookmark8 o Current Document 1.1課題研究背景與意義2241.1.1課題研究背景2241.1.2課題硏究意義225 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2系統(tǒng)方案分析2251.2.1系統(tǒng)硬件方案分析2251.2.2系統(tǒng)軟件方案分析226 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)227 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1系統(tǒng)功能2272.1.1系統(tǒng)參數(shù)2272.1.2系統(tǒng)功能227 H

10、YPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.2系統(tǒng)的構(gòu)成2272.2.1組成結(jié)構(gòu)2272.2.2工作原理228 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)229 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.1核心控制器的設(shè)計(jì)229單片機(jī)AT89C51簡介2293.1.2單片機(jī)引腳功能分配230 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.2溫度顯示模塊的設(shè)計(jì)231LED顯示器結(jié)構(gòu)及工作原理231LED連接電

11、路232 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.3溫度采集模塊的設(shè)計(jì)233DS18B20概述233DS18B02工作原理及功能指令233DS18B02連接電路234 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.4溫度控制模塊的設(shè)計(jì)2353.4.1電動(dòng)調(diào)節(jié)閥2353.4.2驅(qū)動(dòng)電路2363.4.3溫度控制模塊電路236 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.4串行通信模塊設(shè)計(jì)237MAX232芯片簡介237RS-232簡介238RS232串口通訊電路圖2

12、40 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.5單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)2403.5.1復(fù)位電路的作用2403.5.2基本的復(fù)位方式241 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.6紅外檢測模塊的設(shè)計(jì)2443.6.1紅外傳感器作用2443.6.2紅外傳感器原理2443.6.3紅外傳感器接線圖245 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)246 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.1溫度采集

13、模塊246DS18B20工作程序246DS18B20程序流程圖247 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.2溫度顯示模塊2484.2.1顯示模塊程序流程圖248 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.3紅外監(jiān)控模塊2494.3.1紅外監(jiān)控流程圖249 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 4.4系統(tǒng)初始化模塊250 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.5模糊自整定PID控制算法模塊2504.5.1

14、模糊PID控制理論250PID控制器各校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的影響2524.5.3溫控模型的建立253 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 4.5.4模糊自整定PID算法254 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第五章系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)256 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 5.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)256 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2565.3系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2585.3.1系統(tǒng)程序流程圖258

15、5.3.2系統(tǒng)硬件原理圖259第六章總纟吉錯(cuò)誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。辭錯(cuò)誤!未定義書簽。第一章緒論課題研究背景與意義課題研究背景溫度是生產(chǎn)、科學(xué)和日常生活中非常普遍而又十分重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù)，準(zhǔn)確地測量和有效地控制。溫度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。在大力提倡節(jié)能減排以及追求高質(zhì)量生活的今天，冬季供暖系統(tǒng)存在的不足日益顯現(xiàn)出來。我國北方城市大部分采用集中供暖，在整個(gè)供暖期，無論室有人與無人

16、，系統(tǒng)全天連續(xù)供暖；系統(tǒng)熱能的輸送是不變的，不能根據(jù)室外溫度的變化以及個(gè)人對(duì)室溫的不同要求做出相應(yīng)的調(diào)整，這就造成了熱能的嚴(yán)重浪費(fèi)以及供暖不人性化等問題?，F(xiàn)今世界能源日益緊缺。據(jù)測算，目前我國民用建筑耗能量占全國商品能源消耗的25，其中采暖能耗為60，相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家在同等條件的采暖能耗的三倍，在同等條件下，耗費(fèi)了更多的煤礦資源，為此我們需要設(shè)計(jì)出節(jié)能環(huán)保的供熱系統(tǒng)，以減少資源的浪費(fèi)。設(shè)計(jì)一種比較理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的.日常生活中，溫度值也是一個(gè)重要的參考量。人們的居室，醫(yī)院等環(huán)境都要求對(duì)溫度的有一定的控制。此外，對(duì)溫度信息的釆集，檢測，控制,不僅保證產(chǎn)品質(zhì)量，還節(jié)約能源,安全生活生產(chǎn)

17、方面積極作用。這就使得溫度的控制，溫度值釆集成為了人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中一個(gè)極有意義的工作。由于溫度的采集，控制屬于四遙遙測、遙信、遙控、遙調(diào)）領(lǐng)域。單片機(jī)在憑借其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的成本、復(fù)雜度和系統(tǒng)穩(wěn)定性方而的優(yōu)勢(shì)，在控制領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用。自70年代以來，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定方面取得成果。并且生產(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，目前國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面迅速發(fā)展。溫度控制系統(tǒng)的國的各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛但從國生產(chǎn)的溫度控制器來看總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的先進(jìn)國家相比仍然有著較大差距。目前我過在這方面總體技

18、術(shù)水平處于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)于一般溫度系統(tǒng)控制難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，進(jìn)入21世紀(jì)后智能溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性等方向迅速發(fā)展。設(shè)計(jì)開展之前，本人當(dāng)前一些溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)硏，對(duì)比總結(jié)了其中的優(yōu)缺點(diǎn)?；诋?dāng)前的一些溫度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)都沒有傳送至PC機(jī)。本設(shè)計(jì)將溫度數(shù)據(jù)傳送至PC上，方便后續(xù)處理。可將PC得到的數(shù)據(jù)，運(yùn)用不同的PC應(yīng)用軟件，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)工作，遠(yuǎn)程操作。課題硏究意義對(duì)于不同的用戶其對(duì)室溫的要求不同，當(dāng)溫度高于用戶要求時(shí)，一般采取的方法是打開窗戶進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。特別是對(duì)于長期

19、外出的時(shí)候用戶不能對(duì)使用狀態(tài)進(jìn)行控制，這樣造成很大的能源浪費(fèi)，對(duì)用戶來講承擔(dān)了一部分不必要的經(jīng)濟(jì)支出。目前世界發(fā)達(dá)國家集中供熱系統(tǒng)都已實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測和控制。自動(dòng)化監(jiān)測和控制是集中供熱系統(tǒng)供熱可靠、節(jié)能運(yùn)行、提高運(yùn)行效率和降低運(yùn)行成本的重要手段,其容有流量、溫度、壓力、熱量和報(bào)警等。但是在我國，甚至在世界發(fā)達(dá)國家對(duì)用戶單元進(jìn)行自主控制的要求的產(chǎn)品還沒有。鑒于上述情況，提出了供暖溫度的智能控制設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要是測量室溫度，并根據(jù)室溫要求對(duì)其進(jìn)行控制，使溫度能夠很好的滿足住戶的要求，在要求的溫度圍保證其精確度，并且能夠做到連續(xù)控制，大大的減少了能源的浪費(fèi)；并可通過紅外檢測室有人與無人系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)

20、節(jié)室的溫度，合理的減少了熱能的浪費(fèi)，提高了人們的生活質(zhì)量?；跍囟瓤刂圃谌粘Ｉ钌a(chǎn)的重要意義，溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成了重要的設(shè)計(jì)課題，當(dāng)前溫控系統(tǒng)種類繁多，而且功能不一，應(yīng)用鬧廣泛。本文介紹一種智能化溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其硬件系統(tǒng)是以單片機(jī)作為控制器，通過控制溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)釆集，同吋建立起單片機(jī)與PC機(jī)的通信連接，方便溫度數(shù)據(jù)傳輸，方便溫度統(tǒng)計(jì)工作，還可擴(kuò)展成為多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)，溫度環(huán)境的監(jiān)控等功能。系統(tǒng)方案分析系統(tǒng)硬件方案分析目前，溫度控制系統(tǒng)的一般采用模擬電路和單片機(jī)以及PLC三種形式。方案一：采用模擬控制電路，模擬控制電路各控制環(huán)節(jié)一般由運(yùn)算放大器、電壓比較器、模擬集成電路以及電容、

21、電阻等外圍元器件組成。它的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)響應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。在本系統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，對(duì)溫控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不是很高，所以模擬電路的優(yōu)勢(shì)得不到體現(xiàn)。方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。單片機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它是把中央處理單元CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及I/O輸入輸出接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的特點(diǎn)是：功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快、體積小巧、價(jià)格低廉穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。由此可見，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，不僅可以降低開發(fā)成本，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且控制算法由軟件實(shí)

22、現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。方案三：采用PLC作為控制電路的核心，其他部分的電路采用和方案二同樣的設(shè)計(jì)。這種方案不僅具有和方案二同樣的控制精度，而且整個(gè)電路的穩(wěn)定性比方案二更高，但是PLC的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單片機(jī)，其不適合大批量的生產(chǎn)，所以考慮到價(jià)格因素,此種方案不宜選擇。綜上分析，本文采用采用方案二。系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C51、溫度采集電路、鍵盤電路、顯示電路、串口通訊模塊，溫度控制模塊等部分組成。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長。AT89C51單片機(jī)是ATMEL公司出品的與MCS-51系列兼容的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)。本系統(tǒng)選擇AT89C51為核心

23、器件組成的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件方案分析在目前的單片機(jī)軟件開發(fā)中，常用的語言是匯編語言和C語言兩種。匯編語言是一種文字用助記符來表示機(jī)器指令的符號(hào)語言，其優(yōu)點(diǎn)是程序占用資源少、運(yùn)行速度快、執(zhí)行效率高，但具有缺乏通用性、程序可移植性差、編程比高級(jí)語言困難等缺點(diǎn)C語言是是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C語言可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函數(shù)控制而不用匯編語言，匯編語言相比，C語言有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器的分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)的結(jié)構(gòu)、可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；具有將可變的選擇與特殊操作組

24、合在一起的能力，改善了程序的可讀性；關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可以近似人的思維過程方式使用；編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；具有方便的模塊化編程技術(shù)，已編好的程序可容易的植入新程序。C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，C語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以根據(jù)單片機(jī)的不同較快的移植過來。鑒于C語言編程有眾多優(yōu)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中，采用的是C語言編寫程序。第二章系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能系統(tǒng)參數(shù)所選用溫度傳感器的測量圍：0C50C，溫度測量誤差VO.3C,適用中性介質(zhì)。選用電磁閥。完成功能：將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/

25、D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理和顯示，溫度控制。系統(tǒng)功能結(jié)合實(shí)際情況，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：（1）實(shí)時(shí)采集室溫度，并顯示于顯示器上；（2）根據(jù)溫度的設(shè)定圍自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度；（3）串行傳送數(shù)據(jù)；（4）控制外圍；（5）可擴(kuò)展形成多點(diǎn)溫度采集；（6）溫度控制圍在設(shè)定溫度2C。系統(tǒng)的構(gòu)成組成結(jié)構(gòu)智能溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由核心控制器單片機(jī)89C51、溫度采集模塊溫度傳感器DS18B20、溫度顯示器LED、和流量控制閥等模塊構(gòu)成。圖一為室智能溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成。圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)1）核心控制器:釆用單片機(jī)AT89C51；2溫度釆集模塊：溫度傳感器DS18B203）溫度顯示模塊：數(shù)碼管；4）外部設(shè)備控制電路；（5

26、）溫度智能化控制模塊：PC機(jī)。6）溫度存儲(chǔ)模塊7）鍵盤輸入模塊工作原理系統(tǒng)核心控制器起著重要的作用，它不僅與溫度傳感器，外部設(shè)備，數(shù)碼管連接還通過與串口電平芯片MAX232連接，由數(shù)據(jù)線連接到PC上，建立起通信連接。上電后，控制器驅(qū)動(dòng)溫度傳感器工作，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)釆集，傳輸。在接到傳感器傳送過來的溫度數(shù)據(jù)后，進(jìn)行操作，一方面送至數(shù)碼管顯示模塊進(jìn)行溫度顯示，另一方面將數(shù)據(jù)送至PC機(jī)上，方便在PC進(jìn)行一些后續(xù)處理，控制操作，方便智能化的實(shí)現(xiàn)。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)核心控制器的設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89C51簡介AT89C51是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器。使用AT

27、MEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供咼靈活、超有效的解決方案。AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C51可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下,CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串

28、口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，知道下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。(T2)P1.D匚d4DVCCT2E托、F1.1匚23RPD.DADOF1.2匚336二1PD.1(AD1JF1.3匚斗FD.2P1.4匚530PD.3屮g(MOSI、F1.5匚035PD-4JAE+J(MlP1.6C孑APt.6tADSJ(3CK)F1.TC833ZlPOLO(ADGJRSTTCQ32PD.7CAD7J(RXEJ)F3.0匚31JEA.VPFTXZ；：.PS.C3DALEPROGIETE3JF3.J2匚25FSENirrrrF3.3匚132BP2.7(M&J(TD

29、iF3.4匚1427P21BfTT)P3.5匚152EP2.5A13)麗亙、F3.0匚1625F殛1F3_7匚1724P2.3tAll)KTAJ2匚23二PZ-2(AIDKTAL1匚1D22P2.1申0GND匚21Px.C(陶?qǐng)D3.1AT89C51引腳圖Fig3.1AT89C51pindiagram主要性能：（1）與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器32個(gè)可編程I/O口線三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器六個(gè)中斷源雙數(shù)據(jù)指針單片機(jī)引腳功能分配控制電路引腳Rst/vpd(9腳)：復(fù)位信號(hào)/備用電源引腳當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上，高電平即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作

30、。復(fù)位后影響片特殊功能寄存器的狀態(tài)，但不影響片RAM狀態(tài)。同一引腳的Vpd是備用電源輸入端(Vpd接+5V備用電源)。在Vcc斷電時(shí)，為保證RAM中的信息不丟失，可使此引腳完成掉電保護(hù)功能。ALE/PROG非(30腳)；地址鎖存允許信號(hào)/編程脈沖輸入端。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于ALE是以1/6晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外邊時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。PSEN非(29引腳)：外邊程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。為低電平有效，AT89C51在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳端輸出負(fù)脈沖作為讀片外程序存儲(chǔ)器的選通信

31、號(hào)，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。要檢查AT89C51上電平后CPU能否正常到程序存儲(chǔ)器中讀取指令碼，可以用示波器觀察引腳PSEN非有無脈沖輸出，若有說明正常。EA非/vPP(31腳)：部和外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。當(dāng)引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問片4kbyte的EPROM/ROM，執(zhí)行部程序存儲(chǔ)器中的指令，但在程序計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)超過0FFF時(shí)(即地址大于4kbyte時(shí))，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外大于4kbyte程序存儲(chǔ)器的程序。若EA非引腳接低電平時(shí)，CPU只訪問外部程序存儲(chǔ)器，而不管片是否有程序存儲(chǔ)器。2.1/0(輸入/輸出)接口引腳并行I/O接口的特點(diǎn)AT89C51有4個(gè)8位并行I/O接口P0-P3，

32、他們都是雙向端口，可以進(jìn)行輸入或者輸出操作，每個(gè)口都有口鎖存器和口驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。此外，它還有一個(gè)全雙工串行通信口。這4個(gè)端口為AT89C51與外圍器件或外圍設(shè)備進(jìn)行信息(數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào))交換提供了多功能的輸入/輸出通道，也為單片機(jī)擴(kuò)展外部功能、構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)提供了必要的條件。I/O接口電路功能匯總AT89C51單片機(jī)部屬單總線結(jié)構(gòu)，因此使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上增加了靈活性。通過總線，用戶可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行多功能的系統(tǒng)擴(kuò)展，構(gòu)成用戶的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。a、P0口是一個(gè)多功能口除可以作為通用的輸入/輸出口外，還具備用于系統(tǒng)擴(kuò)展的第二功能。b、Pl口：Pl口作為通用1/O接口，它的每一位都可以別編程為通用

33、I/O接口線。c、P2口：P2口也是一個(gè)多功能口，與P0口相似，它除可被用作I/O接口外，在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，還可以輸16位地址總線中的高8位，和P0口共同構(gòu)成16位的地址總線。d、P3口：P3口也是一個(gè)多功能口，除可以作為通用I/O接口外，還具有多種控制功能，為通用I/O接口時(shí)和其他具有控制功能的輸入/輸出引線在一起，共同形成單片機(jī)的控制總線。溫度顯示模塊的設(shè)計(jì)LED顯示器結(jié)構(gòu)及工作原理LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)一個(gè)筆畫劃發(fā)光，控制某段發(fā)光二極管導(dǎo)通，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符，常用八段LED顯示器有兩種結(jié)構(gòu)，如圖3.

34、2所示。ed+cdp數(shù)碼管共陽報(bào)共陰極圖3.2LED顯示器的結(jié)構(gòu)Fig3.2LEDdisplaystructure常用的數(shù)碼管顯示器為8段，每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管.分為共陽和共陰兩種。共陰極顯示的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平吋，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極的的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接高電平，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平吋，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。在靜態(tài)顯示系統(tǒng)中，每位顯示器都應(yīng)有各自的鎖存器、譯碼器（若采用軟件譯碼，譯碼器可省去）與驅(qū)動(dòng)器，用以鎖存各自待顯示數(shù)字的BCD碼或字段碼。因此，靜態(tài)顯示系

35、統(tǒng)在每一次顯示輸出后能夠保持顯示不變，僅在待顯示數(shù)字需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示鎖存器中的容。這種顯示占用CPU的時(shí)間少，顯示穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是，當(dāng)顯示的位數(shù)較多時(shí)，占用的1/0口較多。在動(dòng)態(tài)顯示的系統(tǒng)中，CPU需定時(shí)地對(duì)每位LED顯示器進(jìn)行掃描，每位LED顯示器分時(shí)輪流工作，每次只能使一位LED顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，仍感覺所有的LED顯示器都在同時(shí)顯示。這種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，占用I/O口少。缺點(diǎn)是占用CPU時(shí)間長，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。但隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前已有能自動(dòng)對(duì)顯示器進(jìn)行掃描的專用顯示芯片，使電路既簡單又占用CPU時(shí)間。在我們所設(shè)計(jì)的溫度計(jì)中數(shù)碼管

36、顯示就是利用的動(dòng)態(tài)顯示。LED連接電路將單片機(jī)的P0口作為段碼信號(hào)輸出口，P2口作為位選端口，如圖3.3所示：圖3.3LED連接電路Fig3.3LEDconnectioncircuit溫度采集模塊的設(shè)計(jì)DS18B20概述DS18B20與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它是一種新型的體積小、適用電壓寬、與微處理器接口簡單的數(shù)字化溫度傳感器。傳統(tǒng)的熱敏電阻等一些測量溫度的元件一般輸出的是電壓，要轉(zhuǎn)化成控制需要用到的溫度數(shù)據(jù)，需要一系列的外加電路，不僅會(huì)使制作成本變髙，同時(shí)會(huì)使得硬件電路更加復(fù)雜。DS18B20溫度傳感器是芙國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)傳感器不同，

37、DS18B20可直接將采集到的溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過單條數(shù)據(jù)先串行發(fā)送出去。只要嚴(yán)格嚴(yán)格遵循其規(guī)定時(shí)序邏輯和脈沖間隔，就能舍去了同步時(shí)鐘信號(hào)線，做到了器件引腳最少化達(dá)到溫度釆集目的。與其它溫度傳感器相比，DS1820具有以下特性：（1）獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊。（2）DS1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。（3）DS1820在使用中不需要任何外圍元件。（4）溫圍一55C_125C，固有測溫分辨率0.5C。（5）測量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。DS18B02工作原理及功

38、能指令采用T0-92封裝的DS18B20有3個(gè)引腳，其外觀形狀跟普通三極管非常相似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）。由于外部電源供電方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，電路簡單，是DS18B20較好的工作方式圖3.4DS18B02封裝圖Fig3.4theDS18B02packagediagram低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一55C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系

39、數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)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，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，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)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。如圖3.5所示。1/()ciVri?高速4bI溫度傳感器高渡瞬發(fā)器TH低溫剋罠器Th圖3.5DS18B20部結(jié)構(gòu)圖Fig3.5theDS18B20internalstructureofthediagramDS18B02連接電路圖3.6外部電源供電接法Fig3

40、.6externalpowersupplyconnection圖3.7DS18B20連接電路圖Fig3.7DS18B20connectionschematic溫度控制模塊的設(shè)計(jì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥原理電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高，正被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥能（只在工作時(shí)才消耗電能），環(huán)保（無碳排放）,安裝快捷方便（無需復(fù)雜的氣動(dòng)管路和氣泵工作站）。由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥連接組合后經(jīng)過機(jī)械連接裝配、調(diào)試安裝構(gòu)成電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。通過接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和

41、閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與它的開度之間關(guān)系。動(dòng)作原理：電機(jī)電源220VAC或者380VAC,控制信號(hào)420mA，閥里面有控制器，控制器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)的角行程信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),由齒輪,杠桿,或者齒輪加杠桿,帶動(dòng)閥桿運(yùn)作,實(shí)現(xiàn)直行程或角行程。反饋：電機(jī)運(yùn)行,通過齒輪運(yùn)轉(zhuǎn),由三接頭的滑動(dòng)變阻器輸出閥門的定位信號(hào),此外還有三根線的限位信號(hào)（全開，全開。公共線）2、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點(diǎn)：（1）用電源既方便又節(jié)約，省去了建立氣源站的一系列費(fèi)用；（2）用“氣動(dòng)閥+電

42、氣閥門定位器+氣源”的復(fù)雜方式，它不只是增加了費(fèi)用，反而帶來了可靠性的下降（環(huán)節(jié)越多，可靠性差的因素增加）；（3）從經(jīng)濟(jì)性上看，除省去氣源站的費(fèi)用外，還省去電氣閥門定位器的費(fèi)用：現(xiàn)在一臺(tái)好的進(jìn)口的電氣閥門定位器，通常在50006000元以上，更好的在800010000的價(jià)位上，而這個(gè)價(jià)位基本上可購回上述高可靠的電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)；（4）環(huán)節(jié)減少了，相應(yīng)減少了維修工作量。驅(qū)動(dòng)電路光耦元件4N35簡介光電耦合器（簡稱光耦）是以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端，來傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼，將它們的光路耦合在一起，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光

43、器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。輸入和輸出之間不共地，因此廣泛地應(yīng)用于需要信號(hào)隔離的電路中。由于它具有體積小、壽命長、無觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)，傳輸信號(hào)的頻率高等優(yōu)點(diǎn)，在電路上獲得了廣泛的應(yīng)用。圖3.8光電耦合器4N35Fig3.8optocoupler4N35溫度控制模塊電路單片機(jī)把設(shè)定值和經(jīng)過溫度采集電路的采樣值，進(jìn)行比較，通過PID運(yùn)算，得到PWM輸出量，軟件模擬PWM控制晶閘管(Q1)的導(dǎo)通角控制電壓，從而控制加熱爐溫度。由于仿真需要，本設(shè)計(jì)把晶閘管換做三極管。Fig3.9Temperaturecontr

44、olmodulecircuit串行通信模塊設(shè)計(jì)3.4.1MAX232芯片簡介MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。芯片引腳圖如3-10所示。1161531-11312IG11|I?w|89I匚丨-匚二T2DUTR2INGNDrioijrRUN口IourT1INV2IN農(nóng)OUT圖3.10MAX232芯片引腳結(jié)構(gòu)圖Fig3.10MAX232,chippinoutdiagram1引腳介紹第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)

45、據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R10UT）、11腳（T1IN）、14腳（T10UT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R20UT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T10UT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。2.主要特點(diǎn)：1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、只需

46、要單一+5V電源供電3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-4、功耗低，典型供電電流5mA5、部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器6、部集成2個(gè)RS-232C接收器7、高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。如圖3.10上半部分電容C,CCC及VV是電源變換電路部分。12，3,4+,-在實(shí)際應(yīng)用中器件對(duì)電源噪聲很敏感。因此，VCC必須要對(duì)地加上耦電容C,其值5為0.1uF。電容C,CCC取同樣數(shù)值的電解電容1uF/16V,用以提高抗于擾能力，在12，3,4連接時(shí)盡量靠近器件。下半部分為發(fā)送和接收部分。實(shí)際應(yīng)用中，T1T2直接接IN，INTTL/CMOS電平的

47、MCS51單片一機(jī)的串行發(fā)送端TXD；R1R2可直接接TTL/CMOS電平OUT,OUT的MCS-51單片機(jī)的串行接收口RXD；T1,T2可直接接PC機(jī)的RS-232串口的接收OUTOUT端RXD；R1,R2可直接接PC機(jī)的RS-232串口發(fā)送端TXD。ininRS-232簡介RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s圍的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口

48、中廣泛采用。通常RS-232接口以9個(gè)引腳（DB-9）或是25個(gè)引腳（DB-25）的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。RS-232C接口，全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)是目前最常用的一種串行通訊接口，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)或終端設(shè)備之間的近距離連接和數(shù)據(jù)傳輸。RS-232C是EIA的一種通信接口標(biāo)準(zhǔn)，它最初是為遠(yuǎn)程通信中DTE與DCE間的連接設(shè)計(jì)的。目的是使各廠家生產(chǎn)的設(shè)備能達(dá)到接插的兼容性，即不需要任何轉(zhuǎn)換電路就可以互相連接起來，它實(shí)際上是一種物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文

49、“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。DB9型插頭如圖2.6.2-1所示。1.DB-9型插頭座針腳功能如下：DB-9串行口的針腳功能針腳符號(hào)信號(hào)名稱1DCD載波檢測2RXD接受數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5SG信號(hào)地6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好7RTS請(qǐng)求發(fā)送8CTS清除發(fā)送9RI振鈴指示圖3.11DB9插頭外形Fig3.11DB9plugshape2.電氣特性EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上：邏輯1（MARK）=-3V-15V,邏輯0（SPACE）=+3-15V。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號(hào)

50、有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V+15V，信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15V。以上規(guī)定說明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3V,邏輯“0”（空號(hào)）的電平高于+3V；對(duì)于控制信號(hào)：接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)（OFF）即信號(hào)無效的電平低于-3V。也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來，介于-3+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義。因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在（315）V之間。3.4.3RS232串口通訊電路圖PC機(jī)串口為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C

51、接口，邏輯“1”為一3V-15V為負(fù)邏輯，邏輯“0”為+3V+15V為真那個(gè)邏輯，而單片機(jī)為TTL電平，所以需采用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL與標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口之間的電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)設(shè)置為波特率為4800，數(shù)據(jù)位為8。程序中電路圖如2.6.3-1所示。Fig3.12serialcommunicationcircuitdiagram單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)3.5.1復(fù)位電路的作用在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論用戶使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)

52、計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。3.5.2基本的復(fù)位方式單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位1、手動(dòng)按鈕復(fù)位手動(dòng)按鈕復(fù)位需要

53、人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（圖1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。GM)圖3.13手動(dòng)按鈕復(fù)位Fig3.13Manualbuttonreset2、上電復(fù)位AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1UF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通

54、過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz,起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后,系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效

55、的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。圖3.14上電復(fù)位電路Fig3.14Power-onresetcircuit圖3.15單片機(jī)復(fù)位電路Fig3.15MCUresetcircuit紅外檢測模塊的設(shè)計(jì)3.6.1紅外傳感器作用紅外檢測模塊通過紅外傳感器檢測室有人與無人，智能對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制當(dāng)室長時(shí)間無人時(shí)自動(dòng)關(guān)斷電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，停止供熱，以減少熱量的浪費(fèi)，當(dāng)室有人時(shí)自動(dòng)打開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，提升室溫度并對(duì)其進(jìn)行控制。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能可分成五類，按探測機(jī)理可分成為光子探測器和熱探測器.紅外傳感技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科

56、技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代科技、國防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。光子探測器（基于光電效應(yīng)）和熱探測器（基通過探測室人體自身的熱量來判斷室有3.6.2紅外傳感器原理紅外傳感器根據(jù)探測機(jī)理可分成為：兀于熱效應(yīng)）兩種

57、，本設(shè)計(jì)采用紅外熱探測器,人與無人，進(jìn)而對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。濾光片結(jié)構(gòu)閔圖3.16紅外傳感器原理圖高陰引腳Fig3.16Infraredsensorschematic3.6.3紅外傳感器接線圖AMN1可直接與單片機(jī)借口連接電路如圖a所示，圖b為傳感器檢測狀態(tài)與輸出電壓。AMN1I/OW電湄關(guān)(檢測禮町山JL未檢測到嚴(yán)和卡沖嚴(yán)傳感器輸出彳uiujltl穩(wěn)定時(shí)間(b)3.17AMN1原理圖圖Fig3.17AMN1principleFigureP1C.TF11.J1Fl1肌3PL4EL-i5?V(尤FL5731:1=c亠12Ahv:二1514圖3.18紅外傳感器接線圖Fig3.18Infrare

58、dsensorwiringdiagram第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)溫度采集模塊DS18B20工作程序1、復(fù)位時(shí)序主機(jī)將總線拉低480口s960口s叫釋放，總線上拉至高電平。DS18B20在接收到這次正跳變后12口s60口s會(huì)將總線拉低60口s240口s發(fā)出一個(gè)應(yīng)答時(shí)序，在此期間可判斷當(dāng)前總線是否有器件存在。復(fù)位時(shí)序圖如圖4-1所示。MASTERTxRESETPULSEMASTERR,*minimum448UUSniiiiiiiirniiiDS18B20Txn*D516B20presencepulsewaits115-GQis_60-24flns1-WIREBUSIN0I圖4.1DS18B20復(fù)位時(shí)序圖

59、Fig4.1DS18B20resettimingdiagram2、寫時(shí)序STARTOFSLOTDS18B20SamplBMINTfPMAX當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線山高拉至低時(shí)則產(chǎn)生寫時(shí)間隙，向單線總線寫比lbit至少需要60口s,且保證兩次寫操作至少間隔ls。若寫0則主機(jī)拉低總線至少60口s,寫0完成;若寫1則主機(jī)拉低總線1口s15口s釋放拉高等待60口s寫完成。寫時(shí)間隙時(shí)序圖如圖4.2。STARTOFSLOTMASTER用R仃ELi0HSLOT460ns*JO12QU9g.I1.WIRE&USIGND-IDS1BB20Samples+15us+15li530u&MINTYPMAJ*15us+*15us

60、+30|i5圖4.2DS18B20寫時(shí)序圖Fig4.2DS18B20writetimingdiagram3、讀時(shí)序讀時(shí)閬隙和寫時(shí)間隙一樣，總線山高拉至低并保持1US讀時(shí)間隙產(chǎn)生。毎個(gè)讀時(shí)隙必須保持60口s以上且兩個(gè)讀時(shí)間隙必須隔1US。來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)隙下降沿15口s有效；因此要讀到數(shù)據(jù)必須在拉低總線1口s后釋放總線。在1口s15口s對(duì)總線釆樣得到數(shù)據(jù)即為讀到的數(shù)據(jù)。讀時(shí)間隙時(shí)序圖如圖4.3所示。MASTERREAD叩”SLOTMASTERREAD“FSLOT圖4.3讀時(shí)序圖Fig4.3readtimingdiagramDS18B20程序流程圖對(duì)DS18B20讀寫操作必須按照