基于at89c51的溫度自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于AT89C51的溫度自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)

2、 通信工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b

3、></p><p>　　本文介紹了以AT89C51單片機(jī)為核心的數(shù)字溫度測(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該溫度控制器可以實(shí)時(shí)顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。其組成部分為：AT89C51單片機(jī)、DS18B20智能數(shù)字溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。高精度的DS18B20溫度傳感器作為溫度檢測(cè)元件，LED數(shù)碼管并行動(dòng)態(tài)顯示作為顯示電路，單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行控制。<

4、/p><p>　　該溫度控制器具有控制方便、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的高精度控制，并且可以提高被控系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C51；DS18B20；自動(dòng)溫度控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This page introduces a digital

5、 temperature measurement and control system, which used AT89C51 microcontroller as the core. The temperature controller has a real-time display and temperature which can be set by anytime. And it can control the temperat

6、ure automatically. Its controller is AT89C51, DS18B20 intelligent digital temperature sensor, keyboard and display circuit, temperature control circuit are used in this system. In order to realize control the temperature

7、, precision temperature sensor</p><p>　　The design of the temperature control system is convenient and simple characteristics’, can achieve high precision control of temperature, thus raising the system was

8、charged with the technical indicators.</p><p>　　Keywords: AT89C51; DS18B20; Automatic Temperature Control System</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b>

9、</p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況1</p><p>　　1.3 本文研究?jī)?nèi)容及研究目的2</p><p>　　1.4 本文主要工作及章節(jié)安排2</p><p>　　1.4.1 本文主要工作2</p><p>　　1.4.2 章節(jié)安排

10、3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)基本要求及系統(tǒng)性能4</p><p>　　2.1.1 基本要求4</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)性能要求4</p><p>　　2.2 硬件電路分析與方案選擇5</p><p>　　2.2.1 硬件

11、電路分析5</p><p>　　2.2.2 硬件電路確定5</p><p>　　2.3 溫度控制方式分析6</p><p>　　2.4 溫度傳感器分析與方案選擇6</p><p>　　2.4.1 方案一：采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器6</p><p>　　2.4.2 方案二：采用AD590模擬集成溫度傳感

12、器7</p><p>　　2.4.3 溫度傳感器確定7</p><p>　　2.5 本章小結(jié)8</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.2 主控模塊設(shè)計(jì)9</p><p>　　

13、3.2.1 AT89C51介紹9</p><p>　　3.2.2 主控模塊設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.3時(shí)鐘電路13</p><p>　　3.2.4復(fù)位電路14</p><p>　　3.2.5 按鍵電路14</p><p>　　3.2.6報(bào)警電路15</p><p>　　3

14、.3 溫度傳感器模塊15</p><p>　　3.4 顯示電路模塊設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.5 電源電路18</p><p>　　3.6 本章小結(jié)19</p><p>　　4 程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 溫度控制器的程序設(shè)計(jì)流程圖20</p><p>　　4.

15、2 程序模塊分析21</p><p>　　4.3 軟件抗干擾措施22</p><p>　　4.4 本章小結(jié)23</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試24</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試24</p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試24</p><p>　　5.3 設(shè)置溫度的存

16、儲(chǔ)調(diào)試24</p><p>　　5.4 本章小結(jié)24</p><p><b>　　6 結(jié)論25</b></p><p><b>　　6.1 總結(jié)25</b></p><p>　　6.1.1 經(jīng)濟(jì)效益分析25</p><p>　　6.1.2 社會(huì)效益分析25<

17、;/p><p><b>　　6.2 展望25</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　附錄1 原理設(shè)計(jì)圖28</p><p>　　附錄2 PCB版圖30</p><

18、;p>　　附錄3畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說(shuō)明書(shū)31</p><p>　　附錄4系統(tǒng)實(shí)物圖32</p><p>　　附錄5 系統(tǒng)源程序33</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　溫度作為一個(gè)重

19、要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。隨著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的不斷更新，溫度的測(cè)量范圍要求不斷擴(kuò)大，同時(shí)溫度的測(cè)量準(zhǔn)確性要求不斷提高。對(duì)溫度測(cè)量的要求也越來(lái)越高，因此，溫度檢測(cè)和溫度檢測(cè)技術(shù)的研究也是一個(gè)重要的研究課題。本文介紹了以AT89C51單片機(jī)為核心的數(shù)字溫度測(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文的工作可以應(yīng)用于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、食品加工、其它工業(yè)生產(chǎn)及醫(yī)療器械生產(chǎn)等方面，在實(shí)用中具有非常廣闊的應(yīng)用前景[

20、1]。</p><p>　　在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求非常大，然而我國(guó)的能源利用率極低，所以實(shí)現(xiàn)溫度控制的智能化，有著極為重要的實(shí)際意義。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度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)量和數(shù)量[2]。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況</p><p>　　我國(guó)對(duì)于溫度測(cè)控技

21、術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫度測(cè)控設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展[3]。</p><p>　　國(guó)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)自整定等方面取得成果。他們主要具有如下的特點(diǎn)[4]：</p><

22、;p>　　1．適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制；</p><p>　　2．能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；</p><p>　　3．能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制；</p><p>　　4．溫度控制系統(tǒng)普通采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣

23、泛；</p><p>　　5．溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能，借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫控器具有對(duì)控制對(duì)象控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動(dòng)整定的功能，有的還具有自學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對(duì)象的變化情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化；</p><p>　　6．具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。</p><p>　　1.3 本文研究?jī)?nèi)容及研究目的&

24、lt;/p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的變化往往受到外界環(huán)境擾動(dòng)的影響，溫度的變化導(dǎo)致融化要煉制的物質(zhì)的同時(shí)也融化了其他雜質(zhì)，以致煉制純度不高。因此，本設(shè)計(jì)要求，加熱鍋爐在工作時(shí)是必須嚴(yán)格控制溫度的，溫度的范圍可以人工設(shè)定，要求熔爐中的溫度變化范圍在1℃以內(nèi)，以免在融化所要煉制的物質(zhì)的同時(shí)也融化了其他雜質(zhì)，導(dǎo)致煉制純度不夠高[2]。</p><p>　　通過(guò)對(duì)溫度控制器的研究設(shè)計(jì)，利用

25、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制理論、檢測(cè)技術(shù)與儀表方面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)加熱爐在工作過(guò)程中溫度變化范圍在1℃以內(nèi)，并且可人工設(shè)定溫度范圍內(nèi)的任一溫度點(diǎn)。當(dāng)溫度比設(shè)定溫度小時(shí)，控制器接通電加熱設(shè)備；當(dāng)溫度大于等于設(shè)定溫度時(shí)，控制器斷開(kāi)電加熱設(shè)備[5]。</p><p>　　此外，通過(guò)此次設(shè)計(jì)鞏固我們學(xué)過(guò)的知識(shí)，開(kāi)拓自己的視野，提高自己理論聯(lián)系實(shí)踐能力，為提高自身競(jìng)爭(zhēng)能力打下基礎(chǔ)。</p><p>　　1

26、.4 本文主要工作及章節(jié)安排</p><p>　　1.4.1 本文主要工作</p><p>　　1．在對(duì)溫度控制器的發(fā)展現(xiàn)狀、溫控系統(tǒng)各個(gè)方式進(jìn)行調(diào)研基礎(chǔ)上，選擇整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　2．研究該系統(tǒng)的溫度控制策略，選取合理的溫度控制方式對(duì)溫度進(jìn)行控制；</p><p>　　3．完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括主控電路、輸入電路、輸

27、出電路等的設(shè)計(jì)；</p><p>　　4．完成溫度控制器設(shè)計(jì)原理圖和PCB圖。</p><p>　　5．完成該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序模塊、各個(gè)子模塊等一系列模塊的設(shè)計(jì)，并完成該控制程序的編寫；</p><p>　　6．完成系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試工作；</p><p>　　1.4.2 章節(jié)安排</p><p>　　本論文

28、由以下幾部分組成：</p><p>　　第一章 引言 主要介紹本文的背景知識(shí)、溫度控制器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及本文所完成的主要工作；</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 主要對(duì)系統(tǒng)的總體進(jìn)行分析，確定總體設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì) 主要介紹系統(tǒng)各部分的硬件組成和特點(diǎn)，包括單片機(jī)主控系統(tǒng)、輸入和輸出系統(tǒng)等等；</p>

29、<p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì) 介紹系統(tǒng)軟件各主要功能模塊的設(shè)計(jì)；</p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試 包括系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試，以及按鍵的調(diào)試等等；</p><p>　　第六章 結(jié)論 全文工作的總結(jié)和展望。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想</p><p>　　該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測(cè)

30、得的溫度發(fā)送到單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以在要求范圍內(nèi)人工設(shè)置任意一個(gè)溫度值，對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫度比設(shè)定溫度小時(shí)，控制器接通電加熱設(shè)備；當(dāng)溫度大于等于設(shè)定溫度時(shí)，控制器斷開(kāi)電加熱設(shè)備。</p><p><b>　　圖2-3 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)基本要求及系統(tǒng)性能</p>

31、<p>　　2.1.1 基本要求</p><p>　　溫度的范圍可以人工設(shè)定，要求溫度變化范圍在1℃以內(nèi)，當(dāng)溫度比設(shè)定溫度小時(shí)，控制器接通電加熱設(shè)備；當(dāng)溫度大于等于設(shè)定溫度時(shí)，控制器斷開(kāi)電加熱設(shè)備。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)性能要求</p><p>　　1.溫度控制范圍為室溫到0℃~100℃，要求精確到小于1℃；</p>&l

32、t;p>　　2.可人工設(shè)定溫度范圍內(nèi)的任一溫度點(diǎn)；</p><p>　　3.由單片機(jī)控制顯示當(dāng)前爐內(nèi)的溫度；</p><p>　　4.系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操控性好。</p><p>　　2.2 硬件電路分析與方案選擇</p><p>　　2.2.1 硬件電路分析</p><p>　　目前，溫度控制儀的硬件電路一般采用模

33、擬電路和單片機(jī)兩種形式。</p><p><b>　　1．模擬控制電路</b></p><p>　　模擬控制電路的各控制環(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、電阻等外圍元件組成。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。根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論可知，數(shù)字控制系統(tǒng)的采樣速率并非越來(lái)越好，它還取決于被控系統(tǒng)的響應(yīng)性。在本系統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個(gè)

34、相對(duì)緩慢的過(guò)程，對(duì)溫控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不是很好，所以模擬電路的優(yōu)勢(shì)得不到體現(xiàn)。另外，模擬電路依靠元件之間的電器關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法[6,7,8]。</p><p><b>　　2．單片機(jī)</b></p><p>　　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)。它是把中央處理器CPU、隨機(jī)存取儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)

35、器以及I/O輸入輸出接口等主要計(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(jiàn)，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，不僅可以降低開(kāi)發(fā)成本，精簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且控制算法由軟件實(shí)現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。</p><p>　　2.2.2 硬件電路確定</p><p>　　AT89C51片內(nèi)含4k Bytes IS

36、P的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu)，AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes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，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器[8]。<

37、/p><p>　　從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能和簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的最佳選擇，但目前市場(chǎng)上單片機(jī)的價(jià)格還比較昂貴，并且單片機(jī)的封裝形式機(jī)會(huì)都采用貼片式封裝，不利于實(shí)驗(yàn)電路板的搭建，從降低成本，器件供貨渠道充足的角度看，應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的[9]。</p><p>　　所以本系統(tǒng)硬件電路采用單片機(jī)形式，控制主板采用AT89C51作為核心芯片。無(wú)論在運(yùn)算速

38、度，還是在內(nèi)部資源上均可勝任本系統(tǒng)的性能要求。</p><p>　　2.3 溫度控制方式分析</p><p>　　溫度控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了定值開(kāi)關(guān)控制、PID控制、智能控制三個(gè)階段。定值開(kāi)關(guān)控制方法是若所測(cè)溫度比設(shè)定溫度低，則開(kāi)啟控制開(kāi)關(guān)加熱，反之則關(guān)斷控制開(kāi)關(guān)，控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單。PID控制對(duì)于確定的溫度系統(tǒng)，控制效果良好，但對(duì)于控制大滯后、大慣性、時(shí)變性溫度系統(tǒng)，控制品質(zhì)難以保證[10]。

39、</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，國(guó)外的溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的智能控制。本文中溫控系統(tǒng)的要求采用了定制開(kāi)關(guān)控制，這主要是由于定值開(kāi)關(guān)控制方法簡(jiǎn)單，價(jià)格也不貴[3]。</p><p>　　2.4 溫度傳感器分析與方案選擇</p><p>　　2.4.1 方案一：采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器</p><p>　　

40、數(shù)字溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶。數(shù)字溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。智能溫度控制器適配各種微控制器,構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作,自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量[11]。</p&

41、gt;<p>　　圖2-1 DS18B20溫度傳感器作為檢測(cè)元件的溫度控制系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　2.4.2 方案二：采用AD590模擬集成溫度傳感器</p><p>　　集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微

42、功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。AD590把被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過(guò)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機(jī)進(jìn)行溫度控制[8][9][10]。</p><p>　　圖2-2 AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路</p><p>　　2.4.3 溫度傳感器確定</p><p>　　由于DS18B20數(shù)字溫度傳感器將溫度傳感器、

43、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一個(gè)芯片，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以本文采用溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)為測(cè)控系統(tǒng)的核心來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等功能。&

44、lt;/p><p>　　本章主要介紹了溫度控制器的總體設(shè)計(jì)思路，即：溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以在所要求的范圍內(nèi)設(shè)置任意一個(gè)溫度值，</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)</p>

45、<p>　　溫度控制器硬件部分按功能大致可以分為以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控制塊、輸入通道、輸出通道等。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。由結(jié)構(gòu)框圖可見(jiàn)，溫度控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用DS18B20智能數(shù)字溫度控制器。溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到AT89S51單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以在允許范圍內(nèi)設(shè)置任意一個(gè)溫度值，對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫度比設(shè)定溫度小時(shí)，控制

46、器接通電加熱設(shè)備；當(dāng)溫度大于等于設(shè)定溫度時(shí)，控制器斷開(kāi)電加熱設(shè)備。</p><p>　　圖3-1 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2 主控模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 AT89C51介紹</p><p>　　AT89C51[9]單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash

47、只讀程序存儲(chǔ)器，其主要功能特性：</p><p>　　·兼容MCS-51指令系統(tǒng)</p><p>　　·4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP Flash ROM</p><p>　　·32個(gè)雙向I/O口</p><p>　　·4.5-5.5V工作電壓</p><p>　　&

48、#183;2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p>　　·軟件設(shè)置空閑和省電功能</p><p>　　·靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)寄存器指針 </p><p>　　由上可以看出AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一

49、個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘。同時(shí), AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個(gè)硬件復(fù)位[11]。</p><p>　　AT89C51引角功能說(shuō)明：</p><p>

50、　　圖3-2 AT89C51引腳圖</p><p>　　·P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。</p><p>　　·P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通

51、過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。</p><p>　　表3-1 P1口第二功能</p><p>　　·P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對(duì)端口寫“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I</p><p>　　·P3

52、口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口</p><p>　　表3-2 P3口的第二功能</p><p>　　AT89C51單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造及功能[9]：</p><p>　　特殊功能寄存器：這些地址并沒(méi)有全部占用，沒(méi)有占用的地址不可使用，讀這些地址將得到一個(gè)隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到

53、預(yù)期的結(jié)果。</p><p>　　中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于IP寄存器。</p><p>　　雙時(shí)鐘指針寄存器：為方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針寄存儲(chǔ)器：PD0位于SFR區(qū)塊中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，當(dāng)SFR中的位DPS=0時(shí)選擇DP0,而DPS=1時(shí)選擇DP1。在使用前初始化DPS。<

54、;/p><p>　　電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（POF）在特殊功能寄存儲(chǔ)器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,電源打開(kāi)時(shí)POF置“1”,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。</p><p>　　存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：MCS-51單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。</p><p>　　程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接地（

55、GND），全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。在AT89C51,假如接至VCC（電源＋），程序首先執(zhí)行從地址0000H－0FFFH（4KB）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000H－FFFFH（60KB）的外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：在AT89C51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。</p>

56、<p>　　3.2.2 主控模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　主控模塊電路主要由AT89C51單片機(jī)、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成。主控模塊電路的核心是AT89C51單片機(jī)，主控電路能控制溫度初始化，并且存儲(chǔ)已經(jīng)設(shè)定的溫度。</p><p>　　圖3-3 主控模塊電路</p><p><b>　　3.2.3時(shí)鐘電路</b></p>

57、;<p>　　圖3-4 時(shí)鐘電路圖</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中為了產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，在AT89C51內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)反相放大器，XTAL1是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端，XTAL2是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，也是內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。當(dāng)使用自激振蕩方式時(shí)，XTAL1和XTAL2外接石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率振蕩，就產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，在本系統(tǒng)中，使用的石英晶振頻率為12MHZ。</p

58、><p><b>　　3.2.4復(fù)位電路</b></p><p>　　圖3-5 復(fù)位電路圖</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，用復(fù)位電路將溫度重新歸為恒溫，系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。</p>&l

59、t;p>　　3.2.5 按鍵電路</p><p>　　圖3-6 按鍵電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用直接按鍵的形式，直接按鍵的每個(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè)I/O口上，通過(guò)判斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作；SB2按鍵控制溫度下降，SB3按鍵控制溫度上升。直接按鍵方式直觀、簡(jiǎn)單，能很好的控制溫度在一個(gè)合適的范圍。</p><p><b>　　3

60、.2.6報(bào)警電路</b></p><p>　　圖3-7 報(bào)警電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用得到是單頻音報(bào)警模式，該報(bào)警模式簡(jiǎn)單實(shí)用，能滿足音響報(bào)警的一般需要。但由于其音調(diào)簡(jiǎn)單，且音量很小，所以本設(shè)計(jì)用9012二極管來(lái)進(jìn)行聲音的放大。p2.2口控制蜂鳴器，當(dāng)按下按鍵使溫度超過(guò)或者低于恒溫時(shí)，蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警。</p><p>　　3.3 溫度傳感器模

61、塊</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中溫度通過(guò)傳感器電路轉(zhuǎn)換為電量輸出，就是將溫度轉(zhuǎn)為電壓輸出。此系統(tǒng)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所以不需要A/D轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　1.DS18B20性能特點(diǎn)</p><p>　　采用單總線專用技術(shù)，可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其它I/O口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值。其測(cè)溫范圍為-55℃-+125

62、℃，測(cè)量分辨率為0.0625℃[12]。</p><p>　　2.DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　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、高速暫存器。</p><p>　　圖3-8 DS18B20引腳分布圖</p><p>　　64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可

63、以看作是該DS18B20的地址序列號(hào)。不同的器件地址序列號(hào)不同。</p><p>　　3．DS18B20控制方法</p><p>　　在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。</p><p>　　表3-3 DS18B20六

64、條控制命令[12]</p><p>　　CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)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。</p>

65、<p>　　圖3-9 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)接口電路</p><p>　　3.4 顯示電路模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　工作過(guò)程：將字型代碼送入字型鎖存器，這時(shí)所有的顯示塊都有可能顯示同樣的字符；再將需要顯示的位置代碼送入字位鎖存器。為防止閃爍，每位顯示時(shí)間在1－2ms，然后顯示另一位，CPU需要不斷地進(jìn)行顯示刷新。根據(jù)顯示電路不同，位選線和段選線的連接方式不同，實(shí)際所

66、需的位選線和段選線的根數(shù)也不一樣。采用LED數(shù)碼管并行動(dòng)態(tài)顯示，電路簡(jiǎn)單，所占的I/O口少，且價(jià)格便宜。通過(guò)連接9012，由p2.5和p2.6控制LED數(shù)碼管。</p><p>　　圖3-10 系統(tǒng)顯示電路原理圖</p><p><b>　　3.5 電源電路</b></p><p>　　控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖3

67、-11所示，把單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的+5V直流電壓。</p><p>　　圖3-11 輸出+5V直流電源電路</p><p>　　其主要原理是把單相交流電經(jīng)過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。</p><p>　　由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來(lái)起到降壓作用

68、。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會(huì)影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本系統(tǒng)使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805解決了電源穩(wěn)壓?jiǎn)栴}。</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b>&l

69、t;/p><p>　　本章主要介紹了溫度控制系統(tǒng)的硬件電路主要模塊的設(shè)計(jì)。首先介紹了單片機(jī)的選用原則以及AT89S51單片機(jī)的功能特性以及復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，其次，介紹了DS18B20智能數(shù)字溫度傳感器性能特點(diǎn)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制方法。然后，介紹了LED數(shù)碼管并行動(dòng)態(tài)顯示電路。此外，本系統(tǒng)是通過(guò)編碼鍵盤來(lái)設(shè)置需設(shè)定的溫度，且電加熱爐的溫度控制調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)電阻爐的輸入電功率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p&g

70、t;<b>　　4 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測(cè)控系統(tǒng)的性能。軟件程序由一個(gè)主程序和若干子程序組成。子程序主要包括LED顯示程序、溫度信號(hào)處理程序、繼電器控制程序、按鍵控制程序等，各子程序均能很快返回主程序，不會(huì)發(fā)生子程序時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。</p><p>　　4

71、.1 溫度控制器的程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4-1 主程序流程圖</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用AT89C51單片機(jī)作處理器，測(cè)量結(jié)果在LED數(shù)碼管上直接顯示出來(lái)。其工作流程是:上電后首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始上電后的設(shè)定溫度值為：24度。系統(tǒng)設(shè)定成恒定保持在設(shè)定溫度±1度范圍內(nèi)，即如果設(shè)定溫度為28度，則具體動(dòng)作為：當(dāng)溫度低于27度時(shí)，加熱設(shè)備開(kāi)啟；當(dāng)溫度高于29度時(shí)

72、，加熱設(shè)備停止工作。</p><p>　　4.2 程序模塊分析</p><p>　　主程序通過(guò)調(diào)用各個(gè)子程序來(lái)完成所有的溫度控制器功能，其調(diào)用了4個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、按鍵處理程序、溫度信號(hào)處理程序、繼電器控制程序。</p><p>　　圖4-2 程序分配圖</p><p><b>　　1、主程序模塊</b>&

73、lt;/p><p>　　主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行的過(guò)程中必須先經(jīng)過(guò)初始化，包括按鍵程序，中斷程序，以及各個(gè)控制端口的初始化工作。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測(cè)量程序，實(shí)時(shí)的測(cè)量當(dāng)前的溫度并通過(guò)顯示電路顯示。</p><p>　　1） 初始化程序模塊：溫度的初始化處理，本實(shí)驗(yàn)中初始化溫度為24度，按下SB1鍵，這時(shí)，可看到數(shù)碼管顯示出目前設(shè)定的恒溫值，在這個(gè)狀態(tài)下，按“增”號(hào)鍵，設(shè)定溫

74、度值加1，按“減”號(hào)鍵，設(shè)定溫度值減1，當(dāng)設(shè)定好溫度值后，按下SB1鍵，系統(tǒng)保存設(shè)定好的溫度值，同時(shí)蜂鳴器響二聲，表示設(shè)置成功，系統(tǒng)返回到溫度顯示狀態(tài)。</p><p>　　2） 按鍵程序模塊：本實(shí)驗(yàn)中有3個(gè)按鍵，SB1控制溫度初始化以及進(jìn)行溫度存儲(chǔ)設(shè)定，SB3控制溫度增1，SB3控制溫度減1,。繼電器控制按鍵模塊，來(lái)進(jìn)行溫度調(diào)整。</p><p>　　3） 中斷程序模塊：當(dāng)設(shè)定的溫度比初

75、始溫度高時(shí)，繼電器斷開(kāi)，直到溫度等于或者小于初始溫度。但等溫度小于初始溫度是，則繼電器會(huì)吸合，控制加熱設(shè)備加熱使溫度升高，等于或者大于初始溫度，以此循環(huán)直到溫度等于初始溫度為止。</p><p><b>　　2、子程序模塊</b></p><p>　　1） 溫度信號(hào)處理模塊：溫度信號(hào)處理程序主要是對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。</p><p>

76、;　　2） 數(shù)碼管顯示模塊：數(shù)碼管顯示程序是向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分</p><p>　　3） 繼電器控制模塊：繼電器的控制程序是控制繼電器動(dòng)作。</p><p>　　4） 按鍵處理模塊：是為了實(shí)現(xiàn)輸入按鍵的識(shí)別及進(jìn)入相應(yīng)的程序</p><p>　　4.3 軟件抗干擾措施</p><p>　　本系統(tǒng)中，在軟件方面的抗干擾措施主要從

77、以下兩個(gè)個(gè)方面來(lái)考慮:</p><p>　　1.按鍵的軟件消抖措施</p><p>　　按鍵是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，當(dāng)鍵按下時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)鍵松開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。其特點(diǎn)之一就是它的抖動(dòng)性，這是由按鍵的機(jī)械特性所決定的，抖動(dòng)的時(shí)間一般約為l0ms到20m。對(duì)于按鍵消抖的具體措施目前有兩種:一是用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即用RC濾波電路濾除抖動(dòng)。另一種是用軟件延時(shí)的方法來(lái)解決，即利用軟件的延時(shí)避開(kāi)按鍵的按下與抬

78、起時(shí)都有的抖動(dòng)期，從而避免檢測(cè)到干擾信號(hào)。本文采用的就是軟件延時(shí)消抖的方法[13]。</p><p><b>　　2.數(shù)字濾波</b></p><p>　　數(shù)字濾波是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算而轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字序列的方法，采用軟件濾波算法不需要增加硬件設(shè)備，可靠性高，功能多樣，使用靈活，但是要占用一定的處理器運(yùn)行時(shí)間[15]。</p><

79、p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章在分析了系統(tǒng)軟件組成的基礎(chǔ)之上，分別介紹了系統(tǒng)中的主程序模塊、溫度信號(hào)處理模塊、數(shù)碼管顯示模塊、繼電器控制模塊等。并在此基礎(chǔ)上討論了系統(tǒng)的軟件抗干擾措施。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試&l

80、t;/p><p>　　硬件電路的調(diào)試按照系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試的原則進(jìn)行，依次對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互通道分別進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　1.檢查CPU的時(shí)鐘電路。通過(guò)測(cè)試ALE信號(hào)，如沒(méi)有ALE信號(hào)，則判斷是晶體或CPU故障。</p><p>　　2.檢查地址鎖存是否正常。</p><p>　　3.檢查I/O地址分配器。一般是由部分譯碼或全譯

81、碼電路構(gòu)成，如是部分譯碼設(shè)計(jì)，則排除地址重疊故障。</p><p>　　4.用戶級(jí)I/O設(shè)備調(diào)試。如面板、顯示等等[8]。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試</p><p>　　先各個(gè)模塊獨(dú)立調(diào)試，最后各個(gè)模塊連在一起調(diào)試。經(jīng)過(guò)硬件、軟件單獨(dú)調(diào)試后，即可進(jìn)人硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。</p>

82、<p>　　5.3 設(shè)置溫度的存儲(chǔ)調(diào)試</p><p>　　進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，將設(shè)置溫度重新設(shè)值，然后按SB1鍵保存。將溫度控制器斷電，再通電，再進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，看重新設(shè)定的溫度值是否存在，如存在就說(shuō)明設(shè)置溫度的存儲(chǔ)正常，否則就要檢查硬件和軟件兩部分，直到存儲(chǔ)正常為止。</p><p><b>　　5.4 本章小結(jié)</b></p><p>

83、　　本章主要分析了各個(gè)方面的系統(tǒng)調(diào)試工作，其中包括系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試；鍵盤調(diào)試；輸入、輸出信號(hào)調(diào)試等等。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p><b>　　6.1 總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中使用了繼電器控制，控制信號(hào)由單片機(jī)的引腳輸出，經(jīng)三極管直接驅(qū)動(dòng)繼電器，對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫

84、度比設(shè)定溫度小時(shí)，控制器接通電加熱設(shè)備；當(dāng)溫度大于等于設(shè)定溫度時(shí)，控制器斷開(kāi)電加熱設(shè)備。</p><p>　　6.1.1 經(jīng)濟(jì)效益分析</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是為了保證某特定環(huán)境溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本低，如果采用大批量生產(chǎn)的話，生產(chǎn)成本會(huì)更低。</p><p>　　6.1.2 社會(huì)效益分析</p&

85、gt;<p>　　本設(shè)計(jì)是以AT89C51為核心，利用軟硬件相結(jié)合的自動(dòng)控制的典型例子。經(jīng)過(guò)四個(gè)多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及控制方面的理論。經(jīng)過(guò)了一番特殊的體驗(yàn)后，嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力，還提高了自己的動(dòng)手能力。這些培

86、養(yǎng)和鍛煉對(duì)于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，是很重要的。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本的完成了任務(wù)書(shū)的要求，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制。通過(guò)測(cè)試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)可能還存在不足。</p><p><b>　　6.2 展望</b></p><p>　　隨著智能控制如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

87、和專家控制等先進(jìn)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，它們與常規(guī)PID控制相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，形成所謂的智能PID控制。這種新型智能PID控制器已引起人們的普遍關(guān)注和極大的興趣，也已得到較為廣泛的應(yīng)用[16]。</p><p>　　結(jié)合上面的論述，今后還需要做很多方面的學(xué)習(xí)和研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

88、[1]李士勇.模糊控制.神經(jīng)控制和智能控制論[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996.</p><p>　　[2]金以慧.過(guò)程控制[M].清華大學(xué)出版設(shè)，1993.</p><p>　　[3]陶永華.新型PID控制及其應(yīng)用（第二版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[4]FUKS,WALTS M.A Heuristics Approach to

89、Reinforcement Learning Control System[J].IEEE Trans.1965,10(4):390-398.</p><p>　　[5]劉興池，章建輝，王樹(shù)，余榮.SR70模糊控制器在電加熱爐中的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置1993（3）：16-18.</p><p>　　[6]高梅娟.雙模預(yù)測(cè)模糊控制在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].基礎(chǔ)自動(dòng)化.2001,8

90、（2）：26-28.</p><p>　　[7]紀(jì)友芳，李大海，林美娜.智能溫度控制儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)2007.28（17）：4200-4202.</p><p>　　[8]Kolen P T.Self-Calibration/Compensation Technique for Microcontroller-Based Sensor Arrays[J].IEEE T

91、ransactions On Instrumentation and Measurement.1994,43(4):620-623.</p><p>　　[9]齊志才，趙繼印.MCS-51系列單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[10]沙占友.集成溫度傳感器原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，84-95.</p><p

92、>　　[11]李玉峰，倪虹霞.MCS-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004，187-216.</p><p>　　[12]劉君華.智能傳感器系統(tǒng)[J].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999，83-105.</p><p>　　[13]張宇.高精度恒溫箱溫度控制理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.</p><

93、p>　　[14]范新有，民用鍋爐溫度測(cè)控儀的研制與開(kāi)發(fā)[D].[碩士學(xué)位論文],西安：西安交通大學(xué),2001.</p><p>　　[15]王雷，單片機(jī)軟件三重監(jiān)視抗干擾技術(shù)[J]，工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2000.5.</p><p>　　[16]劉伯春,智能PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，1995(3)18-21.</p><p><b&g

94、t;　　附錄1 原理設(shè)計(jì)圖</b></p><p><b>　　主電路原理圖</b></p><p><b>　　時(shí)鐘電路原理圖</b></p><p>　　圖3-6 按鍵電路圖</p><p><b>　　電源電路原理圖</b></p><p&

95、gt;　　圖3-10 系統(tǒng)顯示電路原理圖</p><p>　　溫度傳感器與單片機(jī)接口電路圖</p><p>　　附錄2 PCB版圖</p><p>　　附錄3畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說(shuō)明書(shū)</p><p><b>　　一、作品名稱</b></p><p>　　基于AT89C51自動(dòng)溫度控制器的設(shè)計(jì)</

96、p><p><b>　　二、作品功能</b></p><p>　　1、測(cè)量范圍在0℃～100℃，要求精確到小于1度</p><p>　　2可人工設(shè)定溫度范圍內(nèi)的任一溫度點(diǎn)；</p><p>　　3由單片機(jī)控制顯示當(dāng)前爐內(nèi)的溫度；</p><p>　　4系統(tǒng)性能穩(wěn)定、操控性好。</p>&

97、lt;p><b>　　三、運(yùn)行環(huán)境</b></p><p><b>　　硬件環(huán)境</b></p><p>　　環(huán)境溫度:0℃～100℃</p><p><b>　　軟件環(huán)境</b></p><p>　　PC機(jī)，MATLAB，Protel 99 SE，Keil uvisio

98、n2編譯器</p><p><b>　　四、操作步驟</b></p><p>　　1、將電源插頭插入220V交流市電插座，同時(shí)數(shù)碼管顯示“85”，然后馬上顯示當(dāng)前溫度值。</p><p>　　初始上電后的設(shè)定溫度值為：24度。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)定成恒定保持在設(shè)定溫度±1度范圍內(nèi)，即如果設(shè)定溫度為28度

99、，則具體動(dòng)作為：當(dāng)溫度低于27度時(shí)，加熱設(shè)備開(kāi)啟；當(dāng)溫度高于29度時(shí)，加熱設(shè)備停止工作。</p><p>　　在正常顯示溫度的工作狀態(tài)下，按下SB1鍵，這時(shí)，可看到數(shù)碼管顯示出目前設(shè)定的恒溫值，當(dāng)設(shè)定好溫度值后，按下SB1鍵，系統(tǒng)保存設(shè)定好的溫度值，同時(shí)蜂鳴器響二聲，表示設(shè)置成功，系統(tǒng)返回到溫度顯示狀態(tài)。</p><p><b>　　五、注意事項(xiàng)</b></p&

100、gt;<p>　　1、盡量使溫度的設(shè)定和初始溫度差距不大，一防止繼電器加熱或者吸合時(shí)，因?yàn)闇囟炔顒e變化太大而是加熱設(shè)備有損壞</p><p>　　2、在進(jìn)行溫度的增加或者減少時(shí)，按鍵不要過(guò)快，容易使溫度的變化一直過(guò)大而需要很長(zhǎng)時(shí)間才能到初始溫度，不利于實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。</p><p><b>　　附錄4系統(tǒng)實(shí)物圖</b></p><p&g

101、t;　　附錄5 系統(tǒng)源程序</p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit DS=P3^4;</p><p>　　ui

102、nt temp;</p><p>　　uchar flag1;</p><p>　　sbit a1=P2^4;</p><p>　　sbit b1=P2^5;</p><p>　　sbit c1=P2^6;</p><p>　　sbit d1=P2^7;</p><p>　　sbit k1=P1

103、^0;</p><p>　　sbit k2=P1^1;</p><p>　　sbit k3=P1^2;</p><p>　　sbit k4=P1^3;</p><p>　　sbit deng=P3^5;</p><p>　　sbit guishan=P1^0;</p><p>　　uchar a

104、=8,b=0,c=0;</p><p>　　uchar A1,A2,A2t,A3;</p><p>　　uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};</p><p>　　uchar code table1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12

105、,0x02,0x78,0x00,0x10};</p><p>　　void key();</p><p>　　void show();</p><p>　　void compare();</p><p>　　void delay(uint count) //delay</p><p><b>　　{

106、</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p>　　while(count)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=200;</b></p><p>　　while(i>0

107、)</p><p><b>　　i--;</b></p><p><b>　　count--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void dsreset(v

108、oid) //send reset and initialization command</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p><b>　　DS=0;</b></p><p><b>　

109、　i=103;</b></p><p>　　while(i>0)i--;</p><p><b>　　DS=1;</b></p><p><b>　　i=4;</b></p><p>　　while(i>0)i--;</p><p><b>

110、　　}</b></p><p>　　bit tmpreadbit(void) //read a bit</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p><p><b>　　bit dat;</b><

111、;/p><p>　　DS=0;i++; //i++ for delay</p><p>　　DS=1;i++;i++;</p><p><b>　　dat=DS;</b></p><p>　　i=8;while(i>0)i--;</p><p>　　return (dat);&

112、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar tmpread(void) //read a byte date</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j,dat;</p><p><b>　　dat

113、=0;</b></p><p>　　for(i=1;i<=8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　j=tmpreadbit();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(dat);</

114、p><p><b>　　}</b></p><p>　　void tmpwritebyte(uchar dat) //write a byte to ds18b20</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint i;</b></p>

115、<p><b>　　uchar j;</b></p><p>　　bit testb;</p><p>　　for(j=1;j<=8;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　testb=dat&0x01;</p><p>

116、;　　dat=dat>>1;</p><p>　　if(testb) //write 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DS=0;</b></p><p><b>　　i++;i++;</b></p>&l

117、t;p><b>　　DS=1;</b></p><p>　　i=8;while(i>0)i--;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p>

118、<p>　　DS=0; //write 0</p><p>　　i=8;while(i>0)i--;</p><p><b>　　DS=1;</b></p><p><b>　　i++;i++;</b></p><p><b>　　}</b><

119、;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void tmpchange(void) //DS18B20 begin change</p><p><b>　　{</b></p><p>　　dsre

120、set();</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>　　tmpwritebyte(0xcc); //address all drivers on bus</p><p>　　tmpwritebyte(0x44); //initiates a single temperature conversion</