双面钻孔组合机床控制系统分析与设计(完整版)资料

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双面钻孔组合机床控制系统分析与设计（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）目录摘要……………1关键词…………………………1Abstract………………………1Keywords……………………1引言……………………21双面钻孔组合机床的总体分析………………31.1机床的主要结构部件……………………31.2双面钻孔组合机床工作过程……………31.3液压元件的选择………………4液压阀及过滤器的选择……………………4油管的选择…………………51.4双面钻孔组合机床液压系统控制分析……………………52双面钻孔组合机床的控制系统的总体设计……………62.1双面钻孔组合机床主电路设计………………62.2双面钻孔组合机床总控制过程………………72.3PLC控制系统的简介…………8PLC的定义及组成………………………8PLC的工作方式与运行框图……………93PLC控制系统硬件设计……………………113.1PLC的选型………………113.2PLCI/O分配和接线……………………114PLC控制系统软件设计………………………134.1PLC的编程方式……………134.2PLC控制系统设计思路……………………144.3PLC控制程序设计及顺序功能图…………15总结……………17参考文献…………………………18致谢………………19双面钻孔组合机床控制系统分析与设计摘要：新型组合钻床，属于机械加工用钻床。它由工作台、安装在工作台两端及一侧的导轨，导轨与工作台的边缘平行，钻架通过吊铁和锁紧螺钉安装在导轨上；导轨上设有燕尾，钻架可在导轨上水平移动；钻架包括溜板、溜板上装有传动机构，溜板底面上设有与导轨上的燕尾相配合的燕尾槽，机械滑台上装有主支撑架，主支撑架上装有纵向机械滑台及控制系统，控制系统连接一控制活动按钮站，纵向机械滑台上装有附属支撑架，附属支撑架上通过机械滑台装有水平方向的钻削动力头。它解决了现有的钻床加工大型零部件特别是回转体直径较大时操作不方便、加工困难等技术问题。关键词：PLC；双面钻孔；组合机床；控制系统AnalysisandDesignofDoubleHoleModularMachineToolControlSystemAbstract：Thenewcombinationdrillingmachine,belongstothemechanicalprocessingwiththedrillingmachine.Itconsistsoftheworkbench,installedonbothendsoftheworkbench,andonesideoftheguiderail,railisparalleltotheedgeofthetable,thedrillstandbyhangingandlockscrewisinstalledontheguiderail;Equippedwithdovetailguideway,drillstandcanmoveontheguideraillevel;Drillstandincludingactuatormountedontheslipboard,slipboard,slidingboardonthebottomhastomatchthedovetailontheguiderailofthedovetailgroove,mechanicalslidingtableisequippedwiththesupportframe,themainsupportingframeisequippedwithlongitudinalmechanicalslidingtableandcontrolsystem,controlsystemtoconnectacontrolactivitybuttonstation,longitudinalmechanicalslidingtableisequippedwithauxiliarysupportleg,auxiliarysupportingframethroughmechanicalslidingtableequippedwithhorizontaldrillingpowerhead.Itsolvestheexistingspecialdrillingmachine.Keywords:PLC;Double-sideddrilling;Combinationmachinetools;Controlsystem引言最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。在我国，组合机床的科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。工业生产对电器控制设备的可靠行的要求非常高，需具有很强的抗干扰能力强，能在很恶劣的环境下（如温度高、湿度大、金属粉尘多、距离高压设备近、有较强的高频电磁干扰等）长期连续可靠地工作，平均无故障时间(MTBF)长，故障修复时间短。能适应工业现场的恶劣环境。可以说，没有任何一种工业控制设备能够达到可编程控制器的可靠性。在PLC的设计和制造过程中，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，使PLC的平均无故障时间MTBF通常在10万小时以上，有些PLC的平均无故障时间可以达到几十万小时以上，如三菱公司的F1，F2系列的MTBF可达到30万小时，有些高档的MTBF还要高得多，绝这是其他电气设备根本做不到的。本课题介绍了一种全新的自动化控制理念，由双面钻孔机床自动控制的实际条件出发，利用PLC对双面钻孔组合机床的电气控制系统经行了改造设计。机床对面布置两个液压动力滑台，两边的滑台上分别固定着左、右刀具电动机，工件定位夹紧装置装在中间底座上。双面钻孔组合机床是一种高效自动化的装用加工设备，它可以用来在工件两相对表面上钻孔，并取得了良好效果。组合机床的控制系统大多采用机械、液压、气动和电气控制相结合的控制方式。组合机床的控制线路的总体设计是由通用部件的典型控制线路和一些基本的环节组成。双面钻孔组合机床是针对在工件两相对表面进行钻孔加工而设计的一种高效自动化专用加工设备,其主要结构为：左、右两个动力滑台对称布置，安装在标准侧底座上。左、右刀具电动机分别固定在左、右滑台上，中间底座上装有工件定位、工件夹紧装置。该双面钻孔组合机床采用电动机驱动和液压系统驱动相结合的驱动方式，其控制过程是典型的顺序循环控制。1双面钻孔组合机床的总体分析 组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济生产的关键装备。显然，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床和自动线。因此，组合机床及自动化的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了产品的竞争力和企业的发展前景[1]。1.1机床的主要结构部件机床主要由底座、床身、主轴箱及钻头、工件定位及夹紧装置、动力滑台、工作台、油缸、多种液压阀等组成。床身的两边各安装左、右高速钢椎柄麻花钻头，可以同时对定位于中间工件进行双面加工。两个动力滑台对面布置并安装在标准侧底座上，刀具电动机M2、M3分别固定在左、右动力滑台上，中间底座上装有工件定位夹紧装置[2]。机床主要结构及结构简图如图1-1所示。图1-1双面钻孔组合机床主结构简图1.侧底刀；2.刀具电动机；3工件定位夹紧装置；4.主轴箱及钻头；5.动力滑台；1.2双面钻孔组合机床工作过程机床的电气控制要求：液压泵电动机先启动，系统正常供油后，其它控制电路通电工作；左、右刀具电动机在滑台进给循环开始时启动，滑台退回到原来位置后停机。冷却泵电动机可手动控制启停，也可在左、右滑台工作时，进给自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制，所以当把工件装入夹紧装置后，按下启动按钮SB3，机床便开始进行自动循环的过程，其循环过程如图1-2所示。图1-2机床动力头工作循环示意图1.3液压元件的选择液压阀及过滤器的选择根据液压阀在系统中的最高工作压力与通过该阀的最大流量，可选出这些元件的型号及规格。本例所有阀的额定压力都为56310Pa，额定流量根据各阀通过的流量，确定为10L/min，25L/min和63L/min三种规格，所有元件的规格型号列于表1-1中，过滤器按液压泵额定流量的两倍选取吸油用线隙式过滤器。表1-1液压元件明细表序号元件名称最大通过流量/L。min-1型号1双联叶片泵22.5YB-A26B2单向阀12I-25B3三位五通电磁阀3235D-63BY4二位二通电磁阀3222D-63BH5调速阀0.32Q-10B6压力继电器-DP-63B7单向阀16I-25B8液控顺序阀0.16XY-25B9背压阀0.16B-10B10液控顺序阀（卸载用）16XY-25B11单向阀12I-25B12溢流阀4Y-10B13过滤器45XU-BU2*10014压力表开关-K-6B15减压阀20J-63B16单向阀2024D-40B17而维思通电磁阀20XI-63B18单向顺序阀-DP-63B19压力继电器-DP-63B20压力继电器--1.3.2油管的选择根据选定的液压阀的连接油口尺寸确定管道尺寸。液压缸的进、出油管按输入、排出的最大流量来计算。由于本系统液压缸差动连接快进快退时，油管内通油量最大，其实际流量为泵的额定流量的两倍达45L/min，则液压缸进、出油管直径d按产品样本，选用内径为10mm1.4双面钻孔组合机床液压系统控制分析机床动力滑台和工件定位、夹紧装置由液压系统驱动。定位装置和夹紧装置用液压系统控制，传感器传递信号完成工件的定位和夹紧，实现自动加工。钻孔滑台的前进后退和钻孔动力头的动作用由PLC控制，行程开关传出信号，实现钻孔加工量的调整和钻孔加工。电磁阀线圈YV9和YV10控制定位销液压缸活塞运动方向；YV1和YV2控制夹紧装置液压缸活塞运动方向；YV3、YV4和YV7为左机滑台油路中电磁阀换向线圈；YV5、YV6和YV8为右机滑台油路中电磁阀换向线圈，电磁阀动作状态见表1-2。表1-2电磁阀动作状态表序号动作名称定位夹紧左机右机卸荷左电机右电机液压泵切削液电机YV9YV10YV1YV2YV3YV4YV7YV5YV6YV8YV11M1M2M3M41启动+--+-2工件定位++-3工件夹紧+-++-4快进+-+-+-++-++-5工进+-+-+--+++++6快退+-+--++-+++-7松开夹紧+--++-8拔销-++-9紧急停止从表1-2中可以看出，电磁阀YV9线圈通电时，机床工件定位装置将工件定位；当电磁阀YV1通电时，机床工件夹紧装置将工件夹紧；当电磁阀YV1、YV3通电时，左机滑台快速移动；当电磁阀YV1、YV5通电时，右机滑台快速移动；当电磁阀YV1、YV7或YV1、YV8通电时，左机滑台或右机滑台工进；当电磁阀YV1、YV4或YV1、YV6通电时，左机滑台或右机滑台快速后退；当电磁阀YV2通电时，松开定位销；当电磁阀YV10通电时，机床拨开定位销；定位销松开后，撞击行程开关SQ1，机床停止运行[3]。液压控制程序系统及各工步转换主令、电磁阀线圈通电状态如图1-3所示。图1-3液压系统原理图1液压泵；2溢流阀；3电磁阀；4减压阀；5过滤器；6换向阀；7调速阀；8单向阀；9定位液压缸；10溢流阀；11压力继电器；12换向阀；13节流阀；14单向阀；15夹紧液压缸；16节流阀；17换向阀；18换向阀；19液压缸；20液压缸；21换向阀；22节流阀；23换向阀；双面钻孔组合机床左、右机液压滑台控制要求完全相同，都是完成“快进→工进→快退→停止”循环过程，可采用顺序程序设计法设计。2双面钻孔组合机床控制系统总体设计2.1双面钻孔组合机床主电路设计本机床采用四台电动机和液压系统相结合的驱动方式，其中电动机M2，M3分别带动左、右主轴箱的刀具主轴提供切削运动，而左、右动力滑台和工件定位夹紧装置则由液压系统驱动，M1为液压泵的驱动电动机，M4为冷却泵电动机。生产实践中很多机械（如龙门刨床、导轨磨床等）的工作台需要往复运动，利用行程开关可实现往复运动控制。双面钻孔组合机床的左，右钻头的旋转，分别由交流电机带动，而左右滑台的移动由液压缸通过电磁阀实现驱动，控制主电路如图2-1所示。液压泵电动机 左刀电机 右刀电机切削液电机液压泵电动机 左刀电机 右刀电机切削液电机 M13~M13~M33~M43~L1L2L3QSFU1FU2FU3FU4KM1KM2KM3KM4FR1FR2FR3FR4图2-1双面钻孔组合机床主电路原理图2.2双面钻孔组合机床总控制过程（1）系统启动：按下系统启动按钮SB3→接触器KM1启动并自锁→液压泵电动机M1启动→系统启动。（2）液压回路启动：按下液压回路启动按钮SB2→启动液压回路。（3）工件定位：当启动液压回路后由于KM1自锁→电磁铁YV9得电，液压缸工作实现工件定位。（4）工件的夹紧：当工件定好位后遇到定位行程开关SQ2→接通电磁铁YV1，液压缸夹紧工件。工件夹紧后压力继电器KP闭合→电磁铁KM2、KM3通电→左机刀具电动机M2,右机刀具电动机M3接通，电机工作。KM2、KM3通电后→自锁使电磁铁KM4得电→切削液电动机M4启动。（5）滑台快进：工件定位后接通中间继电器KA3→电磁铁YV3得电→左机滑台液压缸快进或者KA6接通→电磁铁YV5得电→右机滑台液压缸快进。（6）滑台工进：当快进结束时碰到左机滑台快进结束行程开关SQ3→YV3失电，电磁阀YV7得电→左机滑台液压缸工进或者遇到SQ6右机滑台快进结束行程开关→YV5失电，电磁阀YV8得电→右机滑台工进。（7）滑台快退：当工进结束时遇到左机滑台工进结束行程开关SQ4→电磁铁YV7失电，电磁铁YV4得电→左机滑台液压缸快退或者遇到右机滑台工进结束行程开关SQ7→电磁铁YV8失电结束工进，电磁铁YV6得电→右机滑台快退。（8）松开工件：当左机滑台快退结束遇到行程开关SQ5和右机滑台快退结束遇到行程开关SQ8时→电磁铁YV4,YV6失电结束快退→电磁铁YV2得电→液压缸松开工件。（9）拔定位销：当松开工件后，同时回到原位遇到工件压紧原位行程开关SQ1→电磁铁YV10得电→液压缸拔出定位销→完成一次加工过程。（10）点动按钮：在加工过程中可以实现点动控制：SB5→左刀具电动机M2点动按钮；SB6→右刀具电动机M3点动按钮；SB7→夹紧松开点动按钮；SB8→左机快进点动按钮；SB9→左机快退点动按钮；SB10→右机快进点动按钮；SB11→右机快退点动按钮。综上，双面钻孔组合机床的工作过程为，启动液压泵电动机M1,按下启动按钮SB3，KM1自锁接通KM1，液压泵电动机工作→按下液压回路启动按钮SB2→工件定位电磁阀YV9得电，工件定位→碰上工件定位结束行程开关SQ2→工件夹紧电磁阀YV1得电，同时断开定位电磁阀YV10→接触器KA3、KA6通电并自锁同时接通左机快进电磁阀YV3和右机快进电磁阀YV5，实现快进→碰上左机快进结束行程开关SQ3，断开YV3，工进电磁阀YV7工作；同时遇到右机结束行程开关SQ6，YV5失电，YV8工作，实现工进→碰到左机工进结束行程开关SQ4，右机工进结束行程开关SQ7，电磁阀YV7，YV8断电，结束工进过程→KM7断电，YV3失电，同时YV4、YV6通电，滑台快退→遇到SQ5，SQ8快退结束行程开关，结束快退过程→YV4、YV6失电，同时YV2得电松开工件→工件压紧原位行程开关SQ9，YV10得电并拔定位销完成工作过程。2.3PLC控制系统简介2.3.1PLC的定义及组成PLC是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，即可编程控制器（ProgrammableLogicController）。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了这样的定义：一种基于数字运算操作的、专为在工业环境而设计的电子控制系统。PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，它采用了存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、计数、定时与算术操作等面向用户的指令，并通过模拟或数字式I/O控制各种类型的机械或生产过程[PLC是一种数字运算操作的电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩散其功能的原则设计。PLC的发展经历了五个阶段：初始阶段、崛起阶段、成熟阶段、飞速发展阶段、开放性，标准化阶段。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术机密结合等方向发展。由于微处理器芯片及有关元件的价格大大降低使得PLC的成本下降；随着计算机、芯片、软件、控制等技术的飞速发展，也使得PLC的功能大大增强。它不仅能更好的完成原来得心应手的顺序逻辑控制任务，也能处理大量的模拟量，解决复杂的计算和通信连网问题。在当前最热的现场总线控制系统中，主站何从站几乎都有PLC的身影，PLC的通信技术又往前发展了一大步。现在开放式、标准化的PLC也已走向前台，为适应现在和未来自动化技术的发展要求做好了准备[5]。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）、电源、储存器和专门设计的输入/输出接口电路等组成，PLC的结构框图如图2-2所示。图2-2PLC结构框图2.3.2PLC的工作方式与运行框图PLC的工作原理类似于计算机工作原理，是一种工业控制计算机。即通过执行用户程序来实现，并且在执行过程中反映控制要求[6]。CPU是按分时操作方式来完成各项任务的，计算机在同一时间只能做一件事，所以程序属于串行工作方式，它是按程序顺序依次完成相应各电器的动作[7PLC工作的整个过程可用图2-3所示的运行框图来表示。整个运行流程可大致分为三个部分：第一，接通电源的过程。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括输入/输出模块配置检查，硬件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。第二，扫描过程。PLC在上电完成以后进行。在完成输入任务以后，再完成与其他外设的通信处理，依次进行时钟、特殊寄存器等更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查[7]。第三,错误处理。每个PLC扫描时执行一个自我诊断检查来确定行动的PLC是否正常,如果电池电压、程序内存、CPU、I/O、通讯不正常或检查异常,在CPU上面板的异常继电器将被激发，并且将错误代码存储在专用的寄存器中。当一个致命错误发生时,CPU是被迫停止模式,所有扫描随即停止。概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次扫描所用的时间称做扫描周期或工作周期。图2-3PLC工作运行框图3PLC控制系统硬件设计本系统以PLC为控制核心，采用电气控制与液压控制相结合的方法，取代传统的继电器-接触器控制方法，完成系统双面切削的要求。PLC输出控制对象主要是控制电路中的执行器件，如接触器、电磁阀等，我们可以通过设计程序完成对硬件系统的操作，使它们按照我们的需求完成相应的操作以达到设计目的。3.1PLC的选型根据双面钻孔组合机床的工作特点,采用以可编程控制器(PLC)作下位机、计算机(PC)作上位机的分布式控制系统。不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现上下位机之间的通信。系统具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、扩充性强、自动化程度高等特点,完全能够满足机床的控制要求。系统以三菱公司的FX2N-48MR型PLC为控制核心[8]。FX2N是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置，48代表有24个输入与24个输出，M代表基本单元（就是没有特殊功能模块的），R代表继电器输出。 3.2PLCI/O分配和接线本控制系统的PLC的输入、输出点数的确定是根据控制系统设计要求和所需控制的现场设备数量加以确定。（1）PLC的输入端口包括自动循环工作按钮、点动按钮、油泵启动、总停按钮、SAI等，还包括电动机的热保护继电器输入，输入形式是热继电器的常开触点。（2）PLC的输出端口包括运行指示灯、交流接触器、继电器等。PLC输入输出点分配表如表3-1，分配图如图3-1所示。表3-1PLCI/O地址分配PLC端口地址代号功能PLC端口地址代号功能X000SB1总停X027-工件夹紧检测X001SB2液压系统启动Y000KM1液压泵电机控制X002SB3液压泵启动Y001KM2左刀具电机控制X003SB4液压泵停止Y002KM3右刀具电机控制X004SB5左刀具点动Y003KM4冷却电机控制X005SB6右刀具点动Y004KA1工件夹紧X006SB7夹具松开Y005KA2工件松开X007SB8左机点动快进Y006KA3左滑台快进X010SB9左机点动快退Y007KA4左滑台工进X011SB10右机点动快进Y010KA5左滑台快退X012SB11右机点动快退Y011KA6右滑台快进X013SA1左机接通Y012KA7右滑台工进X014SA2右机接通Y013KA8右滑台快退X015SA3工作方式选择Y014KA9工件定位X016SQ1拔定位销Y015KA10拔定位销X017SQ2工件夹紧Y016HL1左机工作指示X020SQ3左机滑台快进Y017HL2右机工作指示X021SQ4左机滑台工进Y020HL3手动指示X022SQ5左机滑台快退Y021HL4自动指示X023SQ6右机滑台快进Y022HL5原位指示X024SQ7右机滑台工进X025SQ8右机滑台快退X026SQ9工件松开 图3-1PLC端子输入/输出端子分布图4PLC控制系统的软件设计根据机床各执行部件的运动和操作特性，系统在以模块化的程序设计思想上，双面钻孔组合机床的电气化控制程序采用了PLC的编程软件编写，其核心部分包括状态转移图、梯形图、语句表的设计，最后以此设计来编写运行的程序指令，以达到程序化自动控制的目的。4.1PLC的编程方式编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的各种要求[9]。PLC提供的编程语言通常有梯形图和语句表等。不同PLC生产厂家的编程语言也存在或大或小的差异，这种差异限制了PLC的开放性、可复用性和互换性。编程语言基本上可归纳为字符表达方式（即用文字符号表达程序，如语句表程序表达方式）和图形符号表达方式（即用图形符号表达程序，如梯形图程序表达方式）两种，也可以将这两种方式结合起来表示PLC程序。（1）梯形图：梯形图是最早使用、并且也是现在最常使用的PLC编程语言，直观、清晰是梯形图的最大特点。它在继电器控制系统原理图的基础上演变，继承了继电器控制系统中的基本工作原理和电气逻辑关系的表示方法，梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别，所以得到了广泛的使用。（2）功能块图：功能块图是另外一种图形式的PLC编程语言。使用功能块图的好处是用户可以编制出自己的函数或功能块。它使用像电子电路中的各种门电路，加上输入、输出模块，通过一定的逻辑连接方式来完成控制逻辑，可以把函数和功能块连接到电路中，完成各种复杂的功能和计算。较早的PLC没有提供功能块图编程功能，另外由于使用习惯问题，在我们国家使用的功能块图人不多。（3）顺序功能图：顺序功能图，亦称功能图，是一种真正的图形化的编程方法。使用它可以对具有并发、选择等复杂结构的系统进行编程，特别适合在复合的顺序控制系统中使用。在顺序功能图中，最重要的三个元素是状态、和状态相关的动作、转移。它的转移条件可以使用多种语言实现，另外还提供了和步有关的多种元素供用户使用。（4）结构化文本：对目前使用PLC的人来说，结构化文本是一种较新的编程语言。使用结构化文本可以编程出非常复杂的数据处理或逻辑控制程序。原来学习过PASCAL或C语言的人都知道结构化编程的好处，结构化就是这样的一种用于PLC的结构化方式编程的语言。（5）指令表：指令表也是一种比较早的PLC的编程语言，它使用一些逻辑和功能指令的缩略语来表示相应的指令功能，类似于计算机中的助记符语言，是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能，按照一定的语法和句法编写出一行一行的程序，来实现所要求的控制任务的逻辑关系或运算。4.2PLC控制系统设计思路根据控制要求，机床在启动并且初始化之后，都要进行自动和手动控制工作方式的选择。二者之间通过选择开关SA实现切换，分别对应不能同一时间接通的输入端口X0和输出端口Y0。系统会在进入自动控制方式后按顺序执行控制指令。首先柴油机缸盖由机床夹具动作夹紧，然后液压左滑台、右滑台同一时间快速向前行进，在转为工进之前，按下行程开关SQ3和SQ6，并按预先设定的工件精度和工件的加工参数完成两端的螺栓通孔、导管通孔和定位孔的加工工序。工序结束后，滑台快退，工件沿着程序线进入下一道加工工序。加工过程中的精确点定位主要由手动程序来完成，以及机床维修时便于技术人员点动控制。状态图如图4-1所示。图4-1机床加工状态转换流程图4.3PLC顺序功能图双面钻孔组合机床控制要求中M1应先启动，控制程序的启动应满足一个条件，即满足液压系统控制电动机和其他电动机在系统正常供油后才能启动[10]。组合机床的运行方式包括有手动工作和自动工作方式。可以通过开关SA选择不一样的工作方式，假设SA断开时，机床以自动工作方式工作；SA闭合时，工作于手动工作方式。根据以上双面钻孔组合机床控制系统的总过程分析过程，可设计出钻孔组合机床PLC控制系统的总顺序功能图，如图4-2所示。图4-2PLC控制系统总顺序功能图总结对于本次设计，成功采用PLC控制多个电机的工作，完成了本次设计任务的基本要求。PLC具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。通过这次设计，使我对自动控制设计有了更深刻的认识，也使自己的动手能力和方案设计的思路有了更进一步的提高，同时也更加熟悉了本专业的设计软件。对PLC的功能也有了进一步的认识，了解了三菱的FX2N-48MR以及相关的编程软件。在完成这个题目的过程中，我遇到了一些困难，也走了很多弯路。但通过不断的努力和同学们的大力支持，以及指导老师的悉心教导，我克服了困难完成了本次设计，同时我也获得了很多宝贵的经验，学到了很多新的知识。参考文献：[1]周慧玲.组合机床控制系统数控化改造的研究与应用[J].机电工程，2005,22（9）:22.[2]孟淑华.机械制图[M].1版.北京：高等教育出版社，2001:22-26.[3]刘延俊.液压与气压传动[M].北京:清华大学出版社，2021.[4]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.[5]钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2002.[6]江汉秀等.可编程序控制器原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，2003.[7]张进秋，陈永利，张中民.可编程序控制器原理及应用举例[M].北京:机械工程出版社，2003：24-25.[8]赵华.用PLC改造双面钻孔组合机床控制系统[J].机械加工工艺与装备，2006，（8）:65-66.[9]马顺忠.PLC在组合机床电气控制系统中的应用[J].机床电器，2021，（3）:33-39.[10]熊幸明，王新辉.基于PLC的二工位组合组合机床控制系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2004，（6）：24-25.致谢本课题在选题及研究过程中得到任老师的悉心指导。任老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不但教会我知识，更教会了我怎样做人，虽然只有三年，却对我产生巨大的影响。对任老师的感激之情是不能用言语表达的。由于设计课题内容覆盖面相对较广，涉及到机械、液压、电气控制等多门主干课程，也是因为自己专业课程学习的不够扎实，设计过程中遇到了大量的问题，有的通过查阅资料得到了解决，但更多的是向任老师求助，是任老师的不辞辛苦让我顺利地完成了这次毕业设计。向老师求助的那些问题，既有任老师所教授的课程，也有他并不熟知的方面，尽管如此，任老师还是耐心的去帮我找方法解决，这包括问老师、查资料。在任国军老师的帮助下，我也逐渐学会了怎样通过查资料解决学习问题，更重要的还有对待知识的认真，一丝不苟的态度。几个月来，任老师在指导我做毕业设计的过程中那种兢兢业业、孜孜不倦、无怨无悔的精神给我留下了深刻的印象，使我们明白了很多书本上学不到的道理。在此谨向我的指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。愿老师身体健康，工作顺利！感谢在大学期间教授我各种知识的各位老师，是你们的教育才有我学业的进步和做人的成长，感谢你们！感谢在一起愉快的度过大学生涯的同学，感谢你们在学习和生活上给予我的帮助。河南工业职业技术学院课程设计温度监测与控制系统系别：机电工程系专业名称：机电一体化学生姓名：张奇美学号：0202180432指导教师姓名：田林红完成日期2021年3月30日温度监测与控制系统摘要温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。目录1前言 11.2温度控制系统的目的 11.3温度控制系统完成的功能 12总体设计方案 22.1方案一 22.2方案二 23DS18B20温度传感器简介 73.1DS18B20的工作原理 73.2DS18B20工作时序 73.2ROM操作命令 93.2DS18B20的测温原理 93.2.1DS18B20的测温原理: 93.2.2DS18B20的测温流程 114单片机接口设计 124.1设计原则 124.2引脚连接 12晶振电路 12串口引脚 12其它引脚 135系统整体设计 145.1系统硬件电路设计 14主板电路设计 14各部分电路 145.2系统软件设计 16系统软件设计整体思路 16系统程序流图 175.3调试 21附录 24参考文献 311前言1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。1.2温度控制系统的目的本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。1.3温度控制系统完成的功能本设计是对温度进行48点实时监测并对其进行控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限0℃温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限0℃温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限50℃温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行，从而实现将温度控制在0℃～50℃。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。2总体设计方案2.1方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。2.2方案二考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如图1.1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器。加热继电器电风扇继电器加热继电器电风扇继电器单片机DS18B20LED显示指示灯图2－1温度计电路总体设计方案控制部分单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2.显示部分显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。3.温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。将48个DS18B20传感器并联在惟一的三线上，并通过一线总线方式将测量信号通过时序控制送入单片机，即可实现48点温度监测，为下一步的显示工作提供条件。图2-2多路温度传感器采集模块此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。1)DS18B20的性能特点如下[9]：1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3)无须外部器件；4)可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V；5)零待机功耗；6)温度以3位数字显示；7)用户可定义报警设置；8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9)负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。(2)DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR－35封装，如图1.2所示；DS18B20的内部结构，如图3所示。图2－3DS18B20封装(3)DS18B20内部结构主要由四部分组成[5]：1)64位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因[10]。64位闪速ROM的结构如下.表2－1ROM结构8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB图2－4DS18B20内部结构2)非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。3)高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图1.3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图1.3所示。低5位一直为１，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。表2－2DS18B20内部存储器结构Byte0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）E2PROMByte2TH高温寄存器TH高温寄存器Byte3TL低温寄存器TL低温寄存器Byte4配位寄存器配位寄存器Byte5预留（FFH）Byte6预留（0CH）Byte7预留（IOH）Byte8循环冗余码校验（CRC）DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如图1.4。图2－3DS18B20字节定义TMR1R011111由表1.1可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表1.2是一部分温度值对应的二进制温度数据[6]。表2－4DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表2－5一部分温度对应值表温度/℃二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H续表2－5-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H4)CRC的产生

在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。3DS18B20温度传感器简介3.1温度传感器的历史及简介温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。3.2DS18B20的工作原理3.2.1DS18B20工作时序根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：1.每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位；2.复位成功后发送一条ROM指令；3.最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待15～60微秒左右后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，具体工作方法如图2.1，2.2，2.3所示。(1)初始化时序图3－1初始化时序总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7KΩ上拉电阻将总线拉高，延时15～60us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us[12]。(2)写时序图3－2写时序写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us[8]。(3)读时序图3－3读时序总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us[4]3.2.2当主机收到DSl8B20的响应信号后，便可以发出ROM操作命令之一，这些命令如表2.2：ROM操作命令。3.3DS18B20的测温原理3.3.1DS18B20的测温原理:每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中。主机在进入操作程序前必须用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出。程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。DS18B20的测温原理如图2.4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值.表3－1ROM操作命令指令约定代码功能读ROM33H读DS18B20ROM中的编码符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单线总线上与该编码相对应的DS18B20使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单片工作。续表3－1告警搜索命令0ECH执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应温度变换44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500MS，结果存入内部9字节RAM中读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3，4字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48H将E2PRAM中第3，4字节内容复制到E2PRAM中重调E2PRAM0BBH将E2PRAM中内容恢复到RAM中的第3，4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电DS18B20发送“1”

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。减法计数器减法计数器斜坡累加器减到0减法计数器预置低温度系数振荡器高温度系数振荡器计数比较器预置温度寄存器减到0图3－4测温原理内部装置3.3.2DS18B20的测温流程初始化初始化DS18B20跳过ROM匹配温度变换延时1S跳过ROM匹配读暂存器转换成显示码数码管显示图3－5DS18B20测温流程.4单片机接口设计4.1设计原则DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3.1所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式，P1.1口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管和89S51的P1.0来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10μs。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：初始化；ROM操作指令；存储器操作指令。4.2引脚连接4.2.1晶振电路单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。4.2.2串口引脚。18B20单片机18B20单片机P1.0P1.0VCCVCCGND图4－1DS18B20与单片机的接口电路P2口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分别接到显示电路的4.7K电阻上，P2.5接蜂鸣器电路，其他引脚悬空P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按键电路4.2.3其它引脚ALE引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC接电源、VSS接地、EA接电源5系统整体设计5.1系统硬件电路设计5.1.1主板电路设计单片机的P1.0接DS18B20的2号引脚，P0口送数P2口扫描，P1.1、P1.2控制加热器和电风扇的继电器。如附录2。5.1.2各部分电路(1)显示电路显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。图5－1显示电路图(2)单片机电路图5－2单片机电路引脚图(3)DS18B20温度传感器电路图5-3温度传感器电路引脚图(4)继电器电路图中P1.1引脚控制加热器继电器.图5-4继电器电路图(5)晶振控制电路图5-5晶振控制电路图(6)复位电路图5-6复位电路图5.2系统软件设计5.2.1系统软件设计整体思路一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与S51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。MCS—51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且MCS—51指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是MCS—51指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序（初始化子程序、写程序和读程序）5.2.2系统程序流图系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。1）主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图19所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来图5-7主程序流程图DS18B20复位、应答子程序DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令跳过ROM匹配命令写入子程序写入子程序温度转换命令温度转换命令写入子程序写入子程序显示子程序(延时)显示子程序(延时)DS18B20复位、应答子程序DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令 跳过ROM匹配命令写入子程序写入子程序读温度命令子程序读温度命令子程序终终止图5-8读出温度子程序2）读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。3）复位、应答子程序P1.0口清0开始P1.0口清0开始延时537US延时537USP1.0口置1P1.0口置1否50US是否有低电平否50US是否有低电平是标志位置1P1.0口置1有234US低电平标志位置1是标志位置1P1.0口置1有234US低电平标志位置1终止终止图5-9复位、应答子程序4）写入子程序开始开始进位C清0进位C清0终止R2是否为0P1.0置0延时46US带进位右移延时12USP1.0清0终止R2是否为0P1.0置0延时46US带进位右移延时12USP1.0清0 图5-10写入子程序5)系统总的流程图开始开始初始化DS18B20显示当前温度判断当前温度值超过设定温度上限启动风扇降低温度红灯亮设定温度上、下限启动电热炉升高温度是否低于设定温度下限是绿灯亮否图5-11系统总的流程图5.3调试主程序的功能是：启动DS18B20测量温度，将测量值与给定值进行比较，若测得温度小于设定值0℃，则进入加热阶段，置P1.1为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.1为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。当测得温度大于设定值50℃，则进入降温阶段，则置P1.2为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.2为高电平断开，关闭风扇，等待下一次的启动命令。而且在执行时，加热到50摄氏度时，红灯亮起，自动断电，而低于0摄氏度时，绿灯亮起，开始加热。6结束语本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。能广泛地应用于一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像的温室花棚的温度、育婴房的温度、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。由于所学知识有限，设计中难免存在着许多不足，而且很多的器件用起来不是那么得心应手，设计中得到了老师的大力指点和同学的帮助，在此表示衷心的感谢。我愿在未来的学习过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学和朋友。附录附录1主板电路图附录2程序代码ORG0000HTEMPER_LEQU29HTEMPER_HEQU28HFLAG1EQU38H;是否检测到DS18B20标志位A_BITEQU20H;数码管个位数存放内存位置B_BITEQU21H;数码管十位数存放内存位置XSEQU30HMOVA,#00HMOVP2,AMAIN:LCALLGET_TEMPER;调用读温度子程序MOVA,29HMOVB,ACLRCRLCACLRCRLCACLRCRLCACLRCRLCASWAPAMOV31H,AMOVA,BMOVC,40H;将28H中的最低位移入CRRCAMOVC,41HRRCAMOVC,42HRRCAMOVC,43HRRCAMOV29H,ALCALLDISPLAY;调用数码管显示子程序AJMPMAIN;这是DS18B20复位初始化子程序INIT_1820:SETBP1.0NOPCLRP1.0;主机发出延时537微秒的复位低脉冲MOVR1,#3TSR1:MOVR0,#107DJNZR0,$DJNZR1,TSR1SETBP1.0;然后拉高数据线NOPNOPNOPMOVR0,#25HTSR2:JNBP1.0,TSR3;等待DS18B20回应DJNZR0,TSR2LJMPTSR4;延时TSR3:SETBFLAG1;置标志位,表示DS1820存在LJMPTSR5TSR4:CLRFLAG1;清标志位,表示DS1820不存在LJMPTSR7TSR5:MOVR0,#117TSR6:DJNZR0,TSR6;时序要求延时一段时间TSR7:SETBP1.0RET;读出转换后的温度值GET_TEMPER:SETBP1.0LCALLINIT_1820;先复位DS18B20JBFLAG1,TSS2RET;判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回TSS2:MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配LCALLWRITE_1820MOVA,#44H;发出温度转换命令LCALLWRITE_1820;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换结束,12位的话750微秒LCALLDISPLAYLCALLINIT_1820;准备读温度前先复位MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配LCALLWRITE_1820MOVA,#0BEH;发出读温度命令LCALLWRITE_1820LCALLREAD_18200;将读出的温度数据保存到35H/36HRET;写DS18B20的子程序(有具体的时序要求)WRITE_1820:MOVR2,#8;一共8位数据CLRCWR1:CLRP1.0MOVR3,#6DJNZR3,$RRCAMOVP1.0,CMOV