基于單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　摘要：溫度控制在各個(gè)行業(yè)運(yùn)用廣泛，在化工、冶金、醫(yī)藥、食品和實(shí)驗(yàn)室等眾多領(lǐng)域里都有涉及。溫度的高低直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，因此在實(shí)際應(yīng)用中對溫度都要求嚴(yán)格控制，對于溫度的精確度和穩(wěn)定性均有較高的要求。隨著控制理論和電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制器的適應(yīng)能力增強(qiáng)和高度智能化正逐步成為現(xiàn)實(shí)。其中以單片機(jī)為核心對溫度進(jìn)行控制簡單直接、精度高、控制靈活

2、、成本低。</p><p>　　本系統(tǒng)是以AT89S52單片機(jī)為主控制單元，并采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有對監(jiān)控對象溫度的實(shí)時(shí)采集并顯示；按鍵設(shè)置上、下限溫度值；超出設(shè)定溫度范圍，自動(dòng)報(bào)警并能通過外部設(shè)備控制溫度等功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新穎，電路簡單，控制方便。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)； DS18B20； 溫度檢測； 溫度控制&

3、lt;/p><p>　　Temperature Monitoring System Based on Single-chip Microcomputer</p><p>　　Abstract：Temperature control is used widely in industry and chemical, metallurgy, medicine, food and laboratory

4、, many areas are involved. the temperature of a direct impact on the quality of the product and service life, so in actual usage is strictly control the temperature required for the accuracy and stability are higher. the

5、 theory and electronic control of technology and industrial control of the ability to enhance and highly intelligent is gradually becoming a reality. one of a monolithic</p><p>　　This system is mainly contro

6、lled by at89s52 monolithic integrated circuits, and the temperature sensors ds18b20 the digital data collected from the design of a remote control system. the temperature of the system for monitoring the object of the co

7、llection and display the temperature of the real-time ； button sets the minimum temperature and is beyond the scope and ； set the alarm and to the peripheral devices under control the temperature and other features. The

8、system structure and simple, and</p><p>　　Key words：Microcontroller;TDS18B20;Tmeasure; Temperature control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></

9、p><p><b>　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.2 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 定值開關(guān)控溫法2</p><p>　　1.2.2 PID線性控溫法3</p><p>　　1.2.3 智能溫度控制法3</p><p&g

10、t;　　1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　1.3.1 系統(tǒng)性能要求及特點(diǎn)4</p><p>　　1.3.2 系統(tǒng)硬件方案分析5</p><p>　　1.3.3 系統(tǒng)軟件方案分析6</p><p>　　第2章 系統(tǒng)元件簡介7</p><p>　　2.1 單片機(jī)簡介7</p><

11、;p>　　2.1.1 單片機(jī)7</p><p>　　2.1.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域8</p><p>　　2.1.3 AT89S52簡介9</p><p>　　2.2 DS18B20簡介11</p><p>　　2.2.1 DS18B20的性能特點(diǎn)11</p><p>　　2.2.2 DS18B20產(chǎn)品的

12、特點(diǎn)11</p><p>　　2.2.3 DS18B20引腳功能介紹及內(nèi)部結(jié)構(gòu)11</p><p>　　2.2.4 DS18B20測溫原理14</p><p>　　2.3 中間繼電器簡介15</p><p>　　2.3.1 繼電器定義15</p><p>　　2.3.2 結(jié)構(gòu)及原理16</p>

13、<p>　　2.3.3 中間繼電器的選型16</p><p>　　2.4 其它器件簡介17</p><p>　　2.4.1 四位一體共陰數(shù)碼管17</p><p>　　2.4.2 74HC573簡介18</p><p>　　2.4.3 2N390420</p><p>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)23&

14、lt;/p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)23</p><p>　　3.2 主控模塊器件選型及設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的選用23</p><p>　　3.2.2 主控模塊設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.2.3溫度采集模塊設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.3 溫度

15、顯示模塊設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.4 溫度控制模塊設(shè)計(jì)27</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.1 總體控制28</p><p>　　4.2 DS18B20溫度采集29</p><p>　　4.3 數(shù)碼管顯示29</p><p>　　4.3.1

16、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序29</p><p>　　4.3.2 計(jì)算溫度子程序30</p><p>　　4.3.3 顯示溫度子程序30</p><p>　　4.4 繼電器控制31</p><p>　　第5章 調(diào) 試32</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試32</p><p>　　5.2 軟

17、件調(diào)試33</p><p>　　5.2.1 集成開發(fā)環(huán)境KEIL33</p><p>　　5.2.2 利用KEIL開發(fā)系統(tǒng)軟件流程34</p><p>　　5.2.3 軟件具體調(diào)試34</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　致 謝37&l

18、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　附錄140</b></p><p><b>　　附錄241</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p&

19、gt;<b>　　1.1 概述</b></p><p>　　溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。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。因此，溫度的測量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視。</p><p>　　

20、在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部與外界的熱交換是難以控制的，其他熱源的干擾也是無法精確計(jì)算的，因此溫度量的變化往往受到不可預(yù)測的外界環(huán)境擾動(dòng)的影響。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換盡可能的符合人們的要求，就需要采取其他手段來達(dá)到這樣一個(gè)絕熱的目的，例如可以讓目標(biāo)系統(tǒng)外部環(huán)境的溫度與其內(nèi)部溫度同步變化。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，兩個(gè)溫度相同的系統(tǒng)之間是達(dá)到熱平衡的，這樣利用一個(gè)與目標(biāo)系統(tǒng)溫度同步的隔離層，就可以把目標(biāo)系統(tǒng)與外界進(jìn)行熱隔離。<

21、/p><p>　　另外，在大部分實(shí)際的環(huán)境中，增溫要比降溫方便得多。因此，對溫度的控制精度要求比較高的情況下，是不允許出現(xiàn)過沖現(xiàn)象的，即不允許實(shí)際溫度超過控制的目標(biāo)溫度。特別是隔熱效果很好的環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過沖，將難以很快把溫度降下來。這是因?yàn)楹芏鄳?yīng)用中只有加熱環(huán)節(jié)，而沒有冷卻的裝置。同樣道理，對于只有冷卻沒有加熱環(huán)節(jié)的應(yīng)用中，實(shí)際溫度低于控制的目標(biāo)溫度，對控制效果的影響也是很大的。</p><

22、p>　　鑒于上述這些特點(diǎn)，高精度溫度控制的難度比較大，而且不同的應(yīng)用環(huán)境也需要不同的控制策略。下面就簡要的討論一下溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀。</p><p>　　1.2 溫度測控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對所測溫度場進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的

23、問題。</p><p>　　溫度測控技術(shù)包括溫度測量技術(shù)和溫度控制技術(shù)兩個(gè)方面。</p><p>　　在溫度的測量技術(shù)中，接觸式測溫發(fā)展較早，這種測量方法的優(yōu)點(diǎn)是:簡單、可靠、低廉、測量精度較高，一般能夠測得真實(shí)溫度,但由于檢測元件熱慣性的影響，響應(yīng)時(shí)間較長，對熱容量小的物體難以實(shí)現(xiàn)精確的測量，并且該方法不適宜于對腐蝕性介質(zhì)測溫，不能用于超高溫測量，難于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。另外的非接觸式測

24、溫方法是通過對輻射能量的檢測來實(shí)現(xiàn)溫度測量的方法，其優(yōu)點(diǎn)是:不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。但也存在測量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。因此，在實(shí)際的溫度測量中，要根據(jù)具體的測量對象選擇合適的測量方法，在滿足測量精度要求的前提下盡量減少投入。</p><p>　　溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分

25、為兩類:動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等；恒值溫度控制的目的是使被控對象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度(即穩(wěn)態(tài)誤差)不能超過某允許值。本文所討論的基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)對溫控箱的恒值溫度控制要求，故以下僅對恒值溫度控制進(jìn)行討

26、論。</p><p>　　從工業(yè)控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種:</p><p>　　1.2.1 定值開關(guān)控溫法</p><p>　　所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對系統(tǒng)加熱裝置(或冷卻裝置)進(jìn)行通斷控制。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器，或者開動(dòng)制冷裝置；若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫

27、度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。這種開關(guān)控溫方法比較簡單，在沒有計(jì)算機(jī)參與的情況下，用很簡單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使被控對象溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。</p><p>　　1.2.2

28、PID線性控溫法</p><p>　　這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的PID調(diào)節(jié)器控制原理，PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。由于PID調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫。其具體控制電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來實(shí)現(xiàn)PID調(diào)

29、節(jié)功能。前者稱為模擬PID控制器，后者稱為數(shù)字PID控制器。其中數(shù)字PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)PID參數(shù)(比例值、積分值、微分值)。只要PID參數(shù)選取的正確，對于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對象特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難

30、以得到保證。</p><p>　　1.2.3 智能溫度控制法</p><p>　　為了克服PID線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)的方法，如PID參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。并通過將智能控制與PID控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊

31、控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng)PID算法的溫度控制儀表。目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度比較低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造

32、成的，如針對不同的被控對象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本設(shè)計(jì)的溫度測量及加熱控制系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心部件，外加溫度采集電路、溫度顯示電路、加熱控制電路和越限報(bào)警等電路。采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器 DS18B20，及行列式鍵盤和動(dòng)態(tài)顯示的方式，以容易控制的固態(tài)繼電器作加熱控制的開關(guān)器件。本作

33、品既可以對當(dāng)前溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示又可以對溫度進(jìn)行控制，以使達(dá)到用戶需要的溫度，并使其恒定在這一溫度。人性化的行設(shè)計(jì)使設(shè)置溫度簡單快速，兩位整數(shù)一位小數(shù)的顯示方式具有更高的顯示精度。建立在模糊控制理論上的控制算法，使控制精度完全能滿足一般社會(huì)生產(chǎn)的要求。通過對系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)的合理規(guī)劃，發(fā)揮單片機(jī)自身集成眾多系統(tǒng)級功能單元的優(yōu)勢，在不減少功能的前提下有效降低了硬件成本，系統(tǒng)操控簡便。</p><p>　　1.3.1

34、 系統(tǒng)性能要求及特點(diǎn)</p><p>　　(l)系統(tǒng)性能要求：</p><p>　　運(yùn)用DS18B20溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集；</p><p>　　運(yùn)用LED顯示溫度；</p><p>　　能把溫度控制在一定范圍內(nèi)；</p><p>　　模塊化設(shè)計(jì)，安裝拆卸簡單，維修方便；</p><p>　

35、　系統(tǒng)可靠性高，不易出故障；</p><p>　　盡量采用典型、通用的器件，一旦損壞，易于在市場上買到同樣零部件進(jìn)行替換。</p><p><b>　　(2)系統(tǒng)特點(diǎn)：</b></p><p>　　鑒于上述系統(tǒng)功能要求以及智能儀表應(yīng)具有的體積小、成本低、功能強(qiáng)、抗干擾并盡可能達(dá)到更高精度的要求。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)方面具有如下特點(diǎn)：控制主板采用AT

36、89S52作為核心芯片；作為與MCS-51系列兼容的單片機(jī)，無論在運(yùn)算速度，還是在內(nèi)部資源上均可勝任本系統(tǒng)的性能要求。運(yùn)用DS18B20溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集，運(yùn)用LED顯示溫度。通過繼電器來控制溫度。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)遵循了冗余原則及以軟代硬的原則，并盡可能選用典型、常用、易于替換的芯片和電路，為系統(tǒng)的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)擴(kuò)展和配置在滿足功能要求的基礎(chǔ)上留有適當(dāng)裕量，以利于擴(kuò)充

37、和修改。</p><p>　　1.3.2 系統(tǒng)硬件方案分析</p><p>　　目前，溫度控制的硬件電路一般采用模擬電路(Analog Circuit)和單片機(jī)(Microcontroller)兩種形式。</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)對系統(tǒng)的

38、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)的采樣速率并非越快越好，它還取決于被控系統(tǒng)的響應(yīng)特性。在本系統(tǒng)中，由于溫度的變化是一個(gè)相對緩慢的過程，對溫控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不是很高，所以模擬電路的優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。另外，模擬電路依靠元器件之間的電氣關(guān)系來實(shí)現(xiàn)控制算法，很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。</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)。它是把中央處理單元CPU(Central Pr

39、ofessing Unit)、隨機(jī)存取存儲器RAM(Random Access Memory)、只讀存儲器ROM(Read Only Memory)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及1/0(In Put//Out Put)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

40、實(shí)現(xiàn)，還可以提高系統(tǒng)的兼容性和可移植性。</p><p>　　另外，隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，片上系統(tǒng)SOC(System On Chip)得到了十足的發(fā)展。一些廠家根據(jù)系統(tǒng)功能的復(fù)雜程度，將這種SOC芯片應(yīng)用到先進(jìn)的控制儀表中。SOC芯片通常含有一個(gè)微處理器核(CPU)，同時(shí)，它還含有多個(gè)外圍特殊功能模塊和一定規(guī)模的存儲器(RAM和ROM)，并且這種片上系統(tǒng)一般具有用戶自定義接口模塊，使得其功

41、能非常強(qiáng)大，適用領(lǐng)域也非常廣。它不僅能滿足復(fù)雜的系統(tǒng)性能的需要，而且還使整個(gè)系統(tǒng)的電路緊湊，硬件結(jié)構(gòu)簡化。從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能和簡化硬件結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，SOC是實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的最佳選擇，但目前市場上SOC的價(jià)格還比較昂貴，并且SOC的封裝形式幾乎都采用貼片式封裝，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。</p><p>　　目前，市面上的單片機(jī)不僅

42、種類繁多，而且在性能方面也各有所長。AT89S52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Cross位單片機(jī)。本系統(tǒng)是以AT89S52為核心器件組成的控制系統(tǒng)。此外，在選取外圍擴(kuò)展芯片時(shí)，本著節(jié)約成本的原則，盡量選取典型的、易于擴(kuò)展和替換的芯片及器件。</p><p>　　1.3.3 系統(tǒng)軟件方案分析</p><p>　　目前，MCS-51單片機(jī)的開發(fā)主要用到兩種

43、語言:匯編語言和C語言。與匯編語言相比，C語言具有以下的特點(diǎn)：</p><p>　　(l)具有結(jié)構(gòu)化控制語句</p><p>　　結(jié)構(gòu)化控制語言的顯著特點(diǎn)是代碼和數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)及調(diào)試;</p><p>　　(2)適用范圍大和可移植性好</p><p>

44、　　同其他高級語言一樣，C語言不依賴于特定的CPU，其源程序具有良好的可移植性。目前，主流的CPU和常見的MCU都有C編譯器。加之集成開發(fā)環(huán)境KEIL編譯生成的代碼效率很高(僅比匯編語言生成的代碼效率低10%-15%)。所以，本系統(tǒng)選擇使用C語言開發(fā)。</p><p>　　由于整個(gè)系統(tǒng)軟件比較復(fù)雜，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)程序的編制適合采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，故要求整個(gè)控制系統(tǒng)軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成

45、，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，將各功能模塊組織成模塊化的軟件結(jié)構(gòu)。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)元件簡介</p><p><b>　　2.1 單片機(jī)簡介</b></p><p><b>　　2.1.1 單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)到底

46、是什么呢？就是一個(gè)電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元，用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)，排煙罩VCD等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件。</p><p>　　

47、它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。</p><p>　　單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來

48、搞定的話，電路一定是一塊大PCB板。但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別。只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性。</p><p>　　由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有

49、家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個(gè)可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸。對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。英特爾）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國ATM

50、EL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機(jī)。</p><p>　　2.1.2 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及

51、程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。</p><p>　　單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：(1)在智能儀器儀表上的應(yīng)用</p><p>　　片機(jī)具有體積小、功耗低、控

52、制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。(2)在工業(yè)控制中的應(yīng)用</p><p>　　用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)

53、采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。(3)在家用電器中的應(yīng)用</p><p>　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。(4)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很

54、方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對講機(jī)等。(5)單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等

55、等。</p><p>　　此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。</p><p>　　2.1.3 AT89S52簡介</p><p>　　DS18B20引腳圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 DS18B20引腳圖</p><p><b>　　主要性能：<

56、;/b></p><p>　　MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容</p><p>　　K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器</p><p><b>　　1000次擦寫周期</b></p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz</p><p><b>　　三級加密程序存儲器</b&g

57、t;</p><p>　　32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　　三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　八個(gè)中斷源</b></p><p>　　全雙工UART串行通道</p><p>　　低功耗空閑和掉電模式</p><p><b>　　掉電后

58、中斷可喚醒</b></p><p><b>　　看門狗定時(shí)器</b></p><p><b>　　雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b>　　掉電標(biāo)識符</b></p><p><b>　　功能特性描述：</b></p>&l

59、t;p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，片8kBytesISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方

60、案。</p><p>　　AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(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AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，

61、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級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz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、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>

62、　　AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8kBytes lash片內(nèi)程序存儲器，256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（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。</p><p>　　此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz

63、并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，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。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p>　　2.2 DS18B20簡介</p><p>　　2.2.1 DS18B20的性能特點(diǎn)</p>

64、;<p>　　DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司半導(dǎo)體公司最新推出的一種單線改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫度元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9—12位的數(shù)字讀書方式。而且單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。</p><p>　　2.2.2 DS1

65、8B20產(chǎn)品的特點(diǎn)</p><p>　　只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。</p><p>　　多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。</p><p>　　測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間。</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)的分辨

66、率用戶可以從9位到12位選擇。</p><p>　　內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。</p><p>　　不需要外部器件，零待機(jī)功耗。</p><p>　　用戶可以的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。</p><p>　　報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度。</p><p>　　可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓3-5V。</p>

67、<p>　　正負(fù)極反接不會(huì)燒壞，只是不能正常工作</p><p>　　2.2.3 DS18B20引腳功能介紹及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20引腳如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 DS18B20引腳圖</p><p>　　DS18B20引腳功能如表2-1所示</p><p>　　

68、表格2-1DS18B20引腳功能</p><p>　　DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　64位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號；接著是每個(gè)器件的唯一序號，共有48位；最后是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS1

69、8B20可以采用單線通信的原因。飛易失性溫度報(bào)警器觸發(fā)器TH和HL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限數(shù)據(jù)。</p><p>　　64位光刻ROM如表2-2所示</p><p>　　表格2-2 64位光刻ROM</p><p>　　MSB LSB MSB LSB MSB LSB</p><p>

70、　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部儲存器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的PROM。</p><p>　　高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲器，表格2-3所示。前2字節(jié)包含測得的溫度信息。第3和第4字節(jié)的TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義表

71、格2-3所示，其中低5位一直為1；TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時(shí)，該位被設(shè)置為0，用戶不要改動(dòng)；R1和R0決定溫度的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率。</p><p>　　表格2-3高速暫存RAM結(jié)構(gòu)表格</p><p>　　DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨

72、率和時(shí)間權(quán)衡考慮。</p><p>　　高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1.第9字節(jié)是前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢測數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</p><p>　　當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存RAM的第1、2字節(jié)中。</p><p>　　單片機(jī)

73、可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)時(shí)，低位在先，高位在后。數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。</p><p>　　DS18B20溫度與對應(yīng)值對應(yīng)表如表2-4所示</p><p>　　表格2-4DS18B20溫度與表示值對應(yīng)表</p><p>　　2.2.4 DS18B20測溫原理</p><p>　　用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門

74、周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于-55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器</p><p>　　在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。</p><p>　　同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)

75、數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時(shí)獲得比較高的分辨力。這是通過改變計(jì)數(shù)器對溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的的值來實(shí)現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。DS1820內(nèi)部對此計(jì)算的結(jié)果可提供0.5℃的分辨力。溫度以16bit帶符號位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表1給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS1820

76、測溫范圍-55℃~+125℃，以0.5℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子查找表。</p><p>　　如圖2-4所示，圖中低溫系數(shù)振蕩器的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減去計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減去計(jì)數(shù)器2的脈沖輸出</p><p>　　圖2-4DS18B20測溫原理圖</p><p&

77、gt;　　圖2-4中還含有著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)。DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別減去計(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℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。</p><p>　　減法計(jì)數(shù)器1對溫度系數(shù)振蕩產(chǎn)生的脈沖信號進(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

78、的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將被裝入，并從新對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)，直到減法計(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)值就是所測溫度值。圖六中斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線型性，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，直到溫度寄存器達(dá)到被測溫度值。</p><p>　　2.3 中間繼電器簡介</p><p

79、>　　2.3.1 繼電器定義</p><p>　　中間繼電器(intermediate relay)：用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。 它一般是沒有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^載能力比較小。所以它用的全部都是

80、輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標(biāo)對中間繼電器的定義是K，老國標(biāo)是KA。一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。</p><p>　　2.3.2 結(jié)構(gòu)及原理</p><p>　　DZ系列繼電器為閥型電磁式繼電器。線圈裝在"U"形導(dǎo)磁體上，導(dǎo)磁體上面有一個(gè)活動(dòng)的銜鐵，導(dǎo)磁體兩側(cè)裝有兩排觸點(diǎn)彈開。在非動(dòng)作狀態(tài)下觸點(diǎn)彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導(dǎo)磁體之間保持一定間隙。當(dāng)氣隙間的電磁力

81、矩超過反作用力矩時(shí)，銜鐵被吸向?qū)Т朋w，同時(shí)銜鐵壓動(dòng)觸點(diǎn)彈片，使常閉觸點(diǎn)斷開常開觸點(diǎn)閉合，完成繼電器工作。當(dāng)電磁力矩減小到一定值時(shí)，由于觸點(diǎn)彈片的反作用力矩，而使觸點(diǎn)與銜鐵返回到初始位置，準(zhǔn)備下次工作。</p><p>　　本繼電器的U導(dǎo)磁體采用雙鐵心結(jié)構(gòu)，即在兩個(gè)邊柱上均可裝設(shè)線圈。對于DZY、DZL和DZJ型只裝一個(gè)線圈，而對于DZB，DZS，DZK型可根據(jù)需要在另一個(gè)鐵心上裝以保持線圈或延時(shí)用阻尼片等。從而使

82、線圈類型大不相同的繼電器都通用一個(gè)導(dǎo)磁體。</p><p>　　2.3.3 中間繼電器的選型</p><p>　　繼電器的選型主要考慮以下幾個(gè)要素：</p><p>　　1地理位置氣候作用要素</p><p>　　主要指海拔高度、環(huán)境溫度、濕度、和電磁干擾等要素。考慮控制系統(tǒng)的普遍適用性，兼顧必須長年累月可靠運(yùn)行的特殊性，裝置關(guān)鍵部位必須選用

83、具有高絕緣、強(qiáng)抗電性能的全密封型(金屬罩密封或塑封型，金屬罩密封產(chǎn)品優(yōu)于塑封產(chǎn)品)中間繼電器產(chǎn)品。因?yàn)橹挥腥芊饫^電器才具有優(yōu)良的長期耐受惡劣環(huán)境性能、良好的電接觸穩(wěn)定、可靠性和切換負(fù)載能力(不受外部氣候環(huán)境影響)。</p><p><b>　　2機(jī)械作用要素</b></p><p>　　主要指振動(dòng)、沖擊、碰撞等應(yīng)力作用要素。對控制系統(tǒng)主要考慮到抗地震應(yīng)力作用、抗機(jī)械

84、應(yīng)力作用能力，宜選用采用平衡銜鐵機(jī)構(gòu)的小型中間繼電器。</p><p>　　3激勵(lì)線圈輸入?yún)⒘恳?lt;/p><p>　　主要是指過激勵(lì)、欠激勵(lì)、低壓激勵(lì)與高壓(220 V)輸出隔離、溫度變化影響、遠(yuǎn)距離有線激勵(lì)、電磁干擾激勵(lì)等參量要素，這些都是確保電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置可靠運(yùn)行必須認(rèn)真考慮的因素。按小型中間繼電器所規(guī)定的激勵(lì)量激勵(lì)是確保它可靠、穩(wěn)定工作的必要條件。</p><

85、;p>　　4觸點(diǎn)輸出(換接電路)參量要素</p><p>　　主要是指觸點(diǎn)負(fù)載性質(zhì)，如燈負(fù)載，容性負(fù)載，電機(jī)負(fù)載，電感器、接觸器(繼電器)線圈負(fù)載，阻性負(fù)載等；觸點(diǎn)負(fù)載量值(開路電壓量值、閉路電流量值)，如低電平負(fù)載、干電路負(fù)載、小電流負(fù)載、大電流負(fù)載等。</p><p>　　任何自動(dòng)化設(shè)備都必須切實(shí)認(rèn)定實(shí)際所需要的負(fù)載性質(zhì)、負(fù)載量值的大小，選用合適的繼電器產(chǎn)品尤為重要。繼電器的失效

86、或可靠不可靠，主要指觸點(diǎn)能否完成所規(guī)定的切換電路功能。如切換的實(shí)際負(fù)載與所選用繼電器規(guī)定的切換負(fù)載不一致，可靠性將無從談起。</p><p>　　2.4 其它器件簡介</p><p>　　2.4.1 四位一體共陰數(shù)碼管</p><p>　　四位一體共陰數(shù)碼管一共12個(gè)引腳，4個(gè)位選，8個(gè)段選。從上面一排左邊第一引腳開始，按順時(shí)針順序依次往下遍歷所有引腳（圖2-5）。

87、1：左邊第1個(gè)數(shù)碼管的位選擇端；2：a 3：f 4：左邊數(shù)起第2個(gè)數(shù)碼管的位選擇端；5：左邊數(shù)起第3 個(gè)數(shù)碼管的位選擇端；6：b；7：左邊數(shù)起第4個(gè)數(shù)碼管的位選擇端；8：g ；9：c ；10：小數(shù)點(diǎn)dp；11：d；12：e。</p><p>　　圖2-5 4位一體共陰數(shù)碼管</p><p>　　2.4.2 74HC573簡介</p><p>　　SL74HC

88、573跟LS/AL573的管腳一樣。74HC573和74LS373原理一樣，8數(shù)據(jù)鎖存器。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制</p><p><b>　　.真值表</b></p><p>　　表格2-5 74HC573真值表</p><p>　　表2-5是真值表,表示這個(gè)芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。每個(gè)芯片的數(shù)據(jù)手冊（datasheet）中

89、都有真值表。</p><p>　　布爾邏輯比較簡單,在此不贅述。</p><p><b>　　.高阻態(tài)</b></p><p>　　就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下,可以多個(gè)芯片并聯(lián)輸出;但是,這些芯片中只能有一個(gè)處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會(huì)將芯片燒毀；高阻態(tài)的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。<

90、/p><p><b>　　.數(shù)據(jù)鎖存</b></p><p>　　當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí),在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持；這個(gè)概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。</p><p><b>　　.數(shù)據(jù)緩沖</b></p><p>　　加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備

91、數(shù)據(jù)緩沖的能力。</p><p>　　OE：output_enable,輸出使能；</p><p>　　LE：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思；</p><p>　　Dn：第n路輸入數(shù)據(jù)；</p><p>　　On：第n路輸出數(shù)據(jù)；</p><p>　　再看這個(gè)真值表,意思如下：</

92、p><p>　　第四行：當(dāng)OE＝1是,無論Dn、LE為何,輸出端為高阻態(tài)；</p><p>　　第三行：當(dāng)OE＝0、LE＝0時(shí),輸出端保持不變；</p><p>　　第二行第一行：當(dāng)OE＝0、LE＝1時(shí),輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù)；</p><p>　　結(jié)合下面的波形圖,在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候是這樣做的：</p><p><

93、b>　　OE＝0；</b></p><p>　　先將數(shù)據(jù)從單片機(jī)的口線上輸出到Dn；</p><p>　　再將LE從0->1->0；</p><p>　　這時(shí),你所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在On上了,輸入的數(shù)據(jù)在變化也影響不到輸出的數(shù)據(jù)了；實(shí)際上,單片機(jī)現(xiàn)在在忙著干別的事情,串行通信、掃描鍵盤……單片機(jī)的資源有限啊。</p>

94、<p>　　在單片機(jī)按照RAM方式進(jìn)行并行數(shù)據(jù)的擴(kuò)展,使用movx @dptr, A這條指令時(shí),這些時(shí)序是由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。后面的表格中還有需要時(shí)間的參數(shù),你不需要去管它,因?yàn)檫@些參數(shù)都是幾十ns級別的,對于單片機(jī)在12M下的每個(gè)指令周期最小是1us的情況下,完全可以實(shí)現(xiàn)；如果是你自己來實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯,類似的指令如下：</p><p>　　mov P0,A ；將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù)端口</p>

95、<p><b>　　clr LE </b></p><p><b>　　setb LE </b></p><p>　　clr LE ；</p><p>　　上面三條指令完成LE的波形從0->1->0的變化74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣,只不過是管腳定義不一樣,數(shù)據(jù)輸入和輸出端

96、操作電壓范圍：2.0V~6.0V低輸入電流：1.0uACMOS 器件的高噪聲抵抗特性管腳功能圖如圖2-6所示</p><p>　　圖2-6 74HC573管腳圖</p><p>　　74HC573功能表如表2-6所示</p><p>　　表2-6 74HC573功能表</p><p>　　74HC573邏輯圖如圖2-7所示</p&

97、gt;<p>　　圖2-7 74HC573邏輯圖</p><p>　　2.4.3 2N3904</p><p>　　圖2-8 2N3904</p><p><b>　　2N3904特點(diǎn):</b></p><p>　　硅外延工藝、輸出特性好、穩(wěn)定性好、特征頻率高。</p><p>　　

98、2N3904主要用途：55</p><p>　　適用于各類信號放大電路、高頻振蕩、開關(guān)電路。</p><p>　　電特性：( Tc=25 ℃ )</p><p>　　2N3904電特性如表2-7</p><p>　　表2-7 2N3904電特性</p><p>　　極限值：( Tc=25 ℃ )</p>

99、<p>　　2N3904的極限性如表2-8</p><p>　　表格 2-8 2N3904極限性</p><p><b>　　第3章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　本文所研究的溫度控制系統(tǒng)硬件部分按功能大致可以分為以下幾個(gè)部分：單片機(jī)主控模塊、溫度采集模塊、溫度

100、顯示模塊、溫度控制模塊等。硬件總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。由結(jié)構(gòu)圖可知本系統(tǒng)采用AT89S52作為系統(tǒng)的控制核心，美國DALLAS半導(dǎo)體公司DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18b20作為檢測元件，測溫范圍-55-125℃，最高分辨率可達(dá)0.0625℃，四位以數(shù)碼管顯示，擴(kuò)展為由繼電器控制外部設(shè)備控制溫度的升降。</p><p>　　圖3-1主體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　

101、3.2 主控模塊器件選型及設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的選用</p><p>　　針對一定的用途，恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機(jī)是十分重要的。有句古話為“殺雞焉用牛刀”就是說做事要選用合適的工具。對于明確的應(yīng)用對象，選擇功能過少的單片機(jī)，無法完成控制任務(wù)；選擇功能過強(qiáng)的單片機(jī)，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。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不同。在

102、實(shí)際應(yīng)用中，針對不同的需求要選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn):</p><p>　　單片機(jī)的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲器容量，中斷能力及1/0口引腳數(shù)量等；</p><p>　　單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門狗，雙串口，RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)，EEPROM，CAN接口等；</p><p>　　單片機(jī)的存儲介質(zhì)，對于程序存儲器來說，F(xiàn)lash存儲器和O

103、TP(一次性可編程)存儲器相比較，最好是選擇Flash存儲器；</p><p>　　芯片的封裝形式，如DIP封裝，PLCC封裝及表面貼附封裝等。選擇DIP封裝在搭建實(shí)驗(yàn)電路時(shí)會(huì)更加方便一些；</p><p>　　芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍品級還是商業(yè)級，如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級芯片；</p><p>　　單片機(jī)的工作電壓范圍，例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器時(shí)，使用

104、2節(jié)干電池供電，至少選擇的單片機(jī)能夠在1.8v一3.6v電壓范圍內(nèi)工作；</p><p>　　單片機(jī)的抗干擾性能好；</p><p>　　編程器以及仿真器的價(jià)格，單片機(jī)開發(fā)是否支持高級語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)；</p><p>　　供貨渠道是否暢通，價(jià)格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況綜合考慮，本文討論的溫度控制系統(tǒng)選用

105、AT89S52單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。</p><p>　　3.2.2 主控模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　主控模塊電路由AT89S52單片機(jī)、外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路組成。單片機(jī)的復(fù)位是由外部復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。在單片機(jī)上保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就能使AT89S52完全復(fù)位。本系統(tǒng)中采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位鍵復(fù)位相結(jié)合的方式。</p><p>　　系統(tǒng)時(shí)鐘

106、電路設(shè)計(jì)采用內(nèi)部方式。AT89S52內(nèi)部有一高增益反相放大器。引腳XTALI(19腳)和XTALZ(18腳)分端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振振蕩器。外接晶體諧振器以及電容構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接中。本系統(tǒng)電路采用的晶體振蕩器頻率為11.O592MHz。采蕩器的原因是可以方便的獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率。</p><p>　　復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3

107、-2復(fù)位電路和時(shí)鐘電路</p><p>　　3.2.3溫度采集模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度傳感器的種類比較繁雜，各種不同的溫度傳感器由于其構(gòu)成材料、構(gòu)成方式及測溫原理的不同，使得其測量溫度的范圍、測量精度也各不相同。因此在不同的應(yīng)用場合，應(yīng)選擇不同的溫度傳感器。</p><p>　　由于本系統(tǒng)測試溫度在-55—125℃溫度的范圍小，對環(huán)境沒有特殊要求，所以選擇

108、DS18B20溫度傳感器來對溫度進(jìn)行采集。DS18B20成本低，實(shí)用范圍廣，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　DS18B20可以采用兩種方式供電：一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的第1腳接地，第2腳作為信號線；另一種是寄生電源供電方式。單片機(jī)端口接電線總線，為保證在有效的DS18b20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對總線的上拉。本系統(tǒng)采用的是第一種供電方式。</p>

109、<p>　　DS18B20溫度傳感器采集到溫度信號后，直接被轉(zhuǎn)換成電信號傳到主控器上，等待下一步處理。</p><p>　　本系統(tǒng)是通過溫度傳感器DS18B20對被測對象溫度進(jìn)行采集如圖3-3所示</p><p>　　圖3-3 DS18B20連接電路</p><p>　　3.3 溫度顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)采用的

110、是DS18b20溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集，該元件精度系數(shù)0.5；所以可顯示三位，加上符號位所以數(shù)碼管應(yīng)為四位。四位一體比4個(gè)單個(gè)數(shù)碼管成本低，線路簡單。四位一體共陰與共陽數(shù)碼管區(qū)別不大，本系統(tǒng)選的是四位一體共陰數(shù)碼管。</p><p>　　在設(shè)計(jì)顯示電路時(shí)，如圖3-4本系統(tǒng)使用AT89S52作為控制核心，單片機(jī)的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7與四位一體共陰數(shù)碼管的四位位選相連；單片機(jī)的P0端通過74HC5

111、73分別與數(shù)碼管的八位段選相連。</p><p>　　DS18B20采集的信號通過主控器傳到74HC573，數(shù)據(jù)短暫緩沖后傳到四位一體共陰數(shù)碼管顯示。如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 溫度顯示電路</p><p>　　3.4 溫度控制模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　目前多數(shù)溫控系統(tǒng)均采用可控硅來實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。可控硅的控制模式有兩種