基于单片机的电阻炉温控制系统设计_毕业设计.doc

毕 业 设 计设计题目名称：基于单片机的电阻炉温控制系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日iii江苏建筑职业技术学院毕业技术报告教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要温度控制是工业对象中主要的控制参数，它的控制系统本身的动态属性属于纯滞后环节，比如机械、食品、化工等工业中，各种加热炉、反应炉等被广泛使用。它对工件的处理温度要严格控制。本论文主要是以围绕电阻炉为研究对象的设计。此温度控制系统主要包括数据处理模块、温度传感器模块、温度控制和温度显示模块。温度传感器采用了数字温度传感器，将采样的结果由模拟信号转换成数字信号。单片机根据当前的炉内温度进行计算，控制pwm方波，由此来控制可控硅的通与断来调节电热丝的加热功率，从而可以让水的温度迅速达到预定值并且保持不变。关键词:电阻炉、at89c51、温度控制系统、单片机58江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 江苏建筑职业技术学院毕业技术报告目 录1 .概述1.1研究课题的意义112主要性能指标21.3主要工作任务22 .系统方案设计和工作原理2.1系统概述22.2 工作原理2.3 炉温控制系统的原理3 系统硬件设计3.1stc89c52构成的最小系统73.1.1 晶振回路73.1.2 复位电路83.2温度传感器模块83.2.1温度传感器ds18b20概述83.2.2温度传感器模块的硬件设计103.3 报警电路及电源电路设计113.4按键电路设计123.4.1矩阵式键盘的结构与工作原理123.4.2矩阵键盘两种扫描方式133.5 显示电路设计133.5.1 lcd1602简介133.5.2 lcd1602管脚功能介绍143.5.3温度显示模块电路图173.6 电源系统设计33.7 控制执行单元设计3.8 继电器驱动电路设计223.8.1 固态继电器的分类与工作原理223.8.2固态继电器的硬件连接图244 .系统的软件设计4.1 主程序的设计254.2 液晶显示模块264.3温度模块软件设计274.3.1 ds18b20测温数据的读取程序设计274.3.2 ds18b20温度读取流程324.4中断服务函数334.5上位机软件设计345.装置硬件介绍5.1处理器部分 355.1.1关于at89c52的说明405.1.2外部引脚的功能 425.2关于8155部分5.2.1 关于8155的说明385.2.2外部管脚功能405.2.3 8155的工作方式与基本操作416 .系统抗干扰措施6.1软件抗干扰措施47结束语48致 谢.参考文献48附录a 系统原理图49附录b 系统总程序501 概述1.1 课题研究的意义江苏建筑职业技术学院毕业技术报告 随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造等诸多领域中，人们需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们都相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。并随着电炉广泛应用于各行各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。为适应以上现实需要有必要设计一个基于单片机的性能良好、 操作方便的温度控制系统。1.2主要性能指标根据生活环境，设计本产品的技术指标为：测温范围：0+99.9 。温度测量精度：在085 时精度为0.5。可设置上限报警值，当温度超限时，发出报警信号。电源工作范围：dc4.55.5v。能够按照设定的温度曲线控温。1.3 主要工作任务在对各类温度传感器原理介绍的基础上，根据毕业设计实际的任务要求，完成温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，设计出电源电路、显示接口电路、键盘电路、单片机与上位机通信电平转换电路。根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制3。江苏建筑职业技术学院毕业技术报告2 系统方案选择和工作原理2.1 系统综述本文所要研究的课题是基于单片机控制的水炉温度控制系统，主要是介绍了对水箱温度的测控，实现了温度的实时显示及控制。用ds18b20、stc89c52单片机及lcd的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，由ds18b20检测炉内温度，并在lcd1602中显示。控制器是用stc89c52单片机，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。ds18b20可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片ds18b20都有唯一的产品号，可以一并存入其rom中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个ds18s20芯片。从ds18s20读出或写入ds18s20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的ds18b20供电，故不需要额外电源。同时ds18b20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。本设计主要实现温度测控，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动相应的功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再结合上位机通信部分来共同实现温度的监测与控制。2.2 工作原理一个反馈系统，在干扰的情况下，被控量偏离给定值。可以通过控制器来抵消干扰的影响。大多数被控对象有纯滞后现象，所以就采用反馈控制来提高精度和系统的性能指标。2.3 炉温控制系统的原理 我设计的温度控制系统是以at8951为核心，并囊括了数码显示管、报警、键盘以及转换电路等，该控制系统采用铂电阻测量入口温度与出口温度。经数模转换后送入单片机与设计温度比较，其偏差经运算后输出，控制晶体管三相调功模块通断时间的不同以此来控制电热元件的时间，由此来控制加热电阻的加热温度。 控制系统控制继电器的姐通与断开控制加热电阻丝是否工作,从而来控制温度。 3 系统硬件设计3.1 stc89c52构成的最小系统stc89c52是一种高性能、低功耗的cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash 存储器。该器件采用ateml非易失内存的技术制造，可以和工业标准的80c51和80c52指令集、输出管脚相兼容。因为把多功能8位cpu与闪速内存组合在单个芯片中，所以at89c52是一种高效的微控制器，为许多嵌入式控制系统创造了一种灵活性高的方式。它具有以下标准功能： 8k flash，512 ram， 32 位i/o 接口线，内置4kb eeprom，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构和全双工串行口。3.1.1 晶振回路为stc89c52单片机正常工作需要的时钟电路创造稳定的工作频率这是晶振回路的目的。根据stc89c52对单片机时钟周期的要求，回路要求的频率是11.0592mhz。晶振回路电容、陶瓷谐振器晶振两部分组成。担当单片机的时钟源。他内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，这个放大器的输入和输出端分别是引脚xtal1与xtal0,在xtal1和xtal0端口接上时钟电源即可构成时钟电路。本设计中采用内部时钟产生方式。在xtal0和xtal1两端跨接晶振，和内部的反相器构成稳定的自激振荡器。他发出的时钟脉冲可以直接送入单片机内定的时控制各部件。电容c2和c1对频率有微调整作用。电容c2和c1应安装在单片机芯片旁边，为了减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的运行。晶振电路如图3-1所示 图3-1 晶振电路江苏建筑职业技术学院毕业技术报告3.1.2 复位电路电路正常工作需要供电电源为5v5%，即4.855.25v。因为微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，所以在电源上电时，只有vcc超过4.75v且低于5.25v以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才可以被撤除，微机电路才能开始正常工作。复位电路第二功能是手动复位。手动复位需要人为在复位输入端rst上加入高电平，一般采用的办法是在rst端和正电源vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则vcc的+5v电平就会直接加到rst端。复位电路如图3-2所示： 图3-2复位电路3.2温度采集模块的硬件设计3.2.1温度传感器ds18b20概述温度传感器是将温度信号转换为电信号的装置，型号有很多，数字式温度传感器常用的有ds18b20等。此设计采用的是ds18b20。ds18b20是一种一线式数字温度传感器，也是世界上第一片支持“ 一线总线”接口的温度传感器, 在其内部使用了在板(on-board)专利技术。被测温度用扩展符号的16位数字量方式串行输出，多个ds18b20可并联到三根或者两根线上，cpu只要一根端口线就能和诸多ds18b20通信，占用微处理器的端口比较少，所以可以节省大量的引线和逻辑电路。ds18b20内部结构如图3-4所示，主要由四部分组成：温度传感器，64位rom、非挥发的温度报警触发器th与tl、配置寄存器。dq为数字信号输入输出端；gnd为电源地；vcc为外接供电电源5。图3-3 ds18b20内部结构框图ds18b20中的温度传感器可以完成对温度的测量，用十六位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/lsb形式表达，其中s为符号位。ds18b20主要特性如下：适应更宽的电压范围,电压范围：3.05.5v,在寄生电源方式下可以由数据线供电。独一无二的单线接口方式, ds18b20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与的双向通讯。ds18b20可以支持多点组网的功能,多个ds18b20能并联在唯一的三线上,实现组网多点测温等。3.2.2温度采集模块的硬件设计当ds18b20正在执行温度转换或从高速暂存器epprom传送数据时，工作电流可达1.5ma，这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降，这需要更大的电流，而此时cpp（寄生电源储能电容）无法提供，为了保证ds18b20有充足的供电，当进行温度转换或拷贝数据到eeprom操作时，必须给单总线一个上拉电阻，一般为4.7k的上拉电阻，根据距离远近可以适当调节阻值，距离近时减小阻值，但不能低于2.1k，否则ds18b20将无法复位。其数据线dq端接单片机p2.2。硬件电路如图3-4所示。图3-4 ds18b20接线图在外部电源供电方式下, ds18b20工作电源由vcc引脚接人, 不存在电源电流不足的问题, 可以保证转换的精度, 同时在总线上理论可以挂接多个ds18b20传感器, 组成多点测温系统。3.3 报警电路设计报警电路的功能是指在at89c52单片机的控制下达到声光报警或解除报警的目的。假若单片机检测实时温度大于设定报警温度时，通过报警电路向报警器发出信号，声音报警电路接收到有效电平后就自动发出预置的报警声，与此同时报警指示灯发出信号。报警电路结构如图所示图3-5报警电路接线图3.3 电源电路设计系统温度测量的电源为直流电源。电源是整个系统的地基，他的稳定工作对整个以单片机为核心的系统的内稳定工作起着十分重要的作用。stc89c52单片机与ds18b20温度传感器芯片工作电压范围是dc4.55.5v。为了使系统安全稳定的工作，还需要设计系统的电源电路。+220v的交流电压需要经过变压器降到15v左右。经过桥式整流电路把交流电转变成直流电。然后的电流经过稳压器lm7805输出稳定的+5v电压。vd1和vd3两个二极管组成一对桥臂；因为二极管的启动电压比较小，所以经过变压器的电压可以使vd1与vd3二极管组成的桥臂在正半周期导通，vd2与vd4 2个二极管组成的桥臂可在负半周期导通。稳压器lm7805由三个管脚组成的串联型降压式电源芯片。vin是输入端，vout输出端。经稳压器lm7805稳压后，输出端输出稳定的+5v直流电压。电源输出基本不受外输入变动的干扰。稳压器lm7805电源电路设计如图3-6所示。图3-6电源电路图3.4 按键电路设计3.4.1矩阵式键盘的结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少i/o口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如p1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的i/o口作为输出端，而列线所接的i/o口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。3.4.2矩阵键盘两种扫描方式行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常见的按键识别方法，介绍过程如下： 1)判断键盘中有无键按下。将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 2)判断闭合键所在的位置。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。高低电平翻转法首先让p1口高四位为1，低四位为0,。若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。 然后让p1口高四位为0，低四位为1,。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。 方法程序更简洁，这里使用第二种方法“高低电平翻转法”。硬件连接图如3-7所示：图3-7 矩阵键盘电路3.5 显示电路设计3.5.1 lcd1602简介液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，因此，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。本系统采用lcd1602液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5v电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。lcd1602实物图如3-8所示：图3-8 lcd1602实物图3.5.2 lcd1602管脚功能介绍主要管脚介绍：v0：液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度是最弱的，接地电源时对比度是最高的，对比度过高时会产生影响，所以可以通过一个10k的电位器调整对比度。rs：寄存器选择，高电平时选择数据寄存器；低电平时选择指令寄存器。r/w：当rs和r/w共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。e：使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。lcd1602控制指令如表3-9所示：表3-2 lcd1602控制指令指令功能清屏清ddram和ac值输入方式设置设置光标、画面移动方式显示开关控制设置显示、光标及闪烁开、关光标、画面位移光标、画面移动，不影响ddram功能设置工作方式设置（初始化指令）cgram地址设置设置cgram地址。a5a0=03fhddram地址设置ddram地址设置读bf及ac值读忙标志bf值和地址计数器ac值写数据数据写入ddram或cgram内读数据从ddrram或cgram数据读出清屏指令如表3-9所示：表3-3 lcd1602控制指令rs r/wdb7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db00 00 0 0 0 0 0 0 1开关控制指令如表3-10所示：表3-10开关控制指令rs r/wdb7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db00 00 0 0 0 1 d c b开关控制指令功能：设置显示、光标及闪烁开、关。其中：d表示显示开关：d=1为开，d=0为关；c表示光标开关：c=1为开，c=0为关；b表示闪烁开关：b=1为开，b=0为关。光标、画面位移指令如表3-11所示：表3-11 光标、画面位移指令rs r/wdb7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db00 00 0 0 1 s/c r/l * *光标、画面位移指令功能：光标、画面移动，不影响ddram。其中： s/c=1：画面平移一个字符位；s/c=0：光标平移一个字符位；r/l=1：右移；r/l=0：左移。功能设置指令如表3-12所示：表3-12 功能设置指令rs r/wdb7 db6 db5 db4 db3 db2 db1 db00 00 0 1 dl n f * *功能设置指令功能：工作方式设置（初始化指令）。其中：dl=1，8位数据接口；dl=0，四位数据接口；n=1，两行显示；n=0，一行显示；f=1，511点阵字符；f=0，57点阵字符。读写控制时序如表3-13所示：表3-13读写控制时序r/wrse功能00下降沿写指令代码10高电平读忙标志和ac码01下降沿写数据11高电平读数据3.5.3温度显示模块电路图lcd1602引脚详解：第1脚：gnd为电源第2脚：vcc接5v电源正极第3脚：v0是液晶对比度调整端，接正极对比度弱，接负极时对比度高。第4脚：rs是寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：rw是读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第6脚：e（或en）端为使能（enable）端。第714脚：d0d7为8位双向数据端。此处为p0口输出，因为p0口的电压过于微弱，所以添加上拉电阻使其能够驱动lcd液晶显示屏。温度显示模块的电路图如图3-14所示：图3-14 温度显示模块电路图 3.6 电源系统设计由于单片机的工作电源为+5v，而且底层电路功耗较小。因此在单片机电源系统设计中经常使用输出电压值为固定的集成稳压器，做为稳压器件。这种稳压器只有输出、输入和公共引出端三个端口。它采用三端稳压片7805制作输出为+5v的电源，为单片机提供正常的工作电源。三端稳压器由基准电压电路、启动电路、取样比较放大电路、保护电路与调整电路等部分组成。此设计中采用的直流稳压电路如图3-15所示，其中7805起到电压变化作用。图中极性电容c7、c8被用于储备功率，当电源开关时也能起到缓冲的效果。c11与c12用于滤波，在这基础上，还可以增加二极管d5和d6，分别连接在7805的3、1端与2、3端，与此形成反馈，当电路中出现短路德情况时，能对电路起到保护作用。而且，还可以接一个大约400欧姆的电阻与一个发光二极管，目的是为了检测电路是否能通电。此设计出于简化电路，电路系统原理图如图3-15所示：图3-15 电路系统原理图3.7 控制执行单元设计控制执行单元所完成的功能是根据数据处理结果而决定的，单片机对应的i/o输出高电平或者低电平，控制继电器的通断，达到控制电炉的启动与停止，然而i/o口的输出电流仅仅为20ma，不能够驱动继电器，同时也为了能提高它的驱动能力与抗干扰能力，就此设计了继电器驱动电路，在此控制电路中是由三极管q2和电阻r13组成的放大电路，而二极管d2则构成泄放回路，以备在系统断电时能迅速将继电器自感电动势迅速拉低，起到保护的作用。通过继电器的闭合控制大功率设备的开和关，以此达到自动控制的目的。3.8 继电器驱动电路设计3.8.1 固态继电器的分类和工作原理固态继电器是一种无触点电子开关，由芯片、膜固定电阻网络和分立元器件组成，采用混合工艺组装来实现控制回路和负载回路的电隔离，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部没有任何可动部件。虽然市场上的固态继电器型号规格众多，但是它们的工作原理是相似的。主要是由负载电路，驱动电路和控制电路三部分组成的。固态继电器的驱动电路包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光-双向可控硅、光-三极管、光-二极管阵列(光-伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成10mhz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。固态继电器原理： 固态继电器是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件的开关特点，达到无火花、无触电、而能通断电路的目的，所以又被称为“无触点开关”。相对于以往的“线圈簧片触点式”继电器，ssr中没有任何可以动的机械零件，具有超越emr的优势，如可靠度高、反应快、寿命长、耐机械冲击、具有优秀的防潮防霉等特性。这些特点使它在军事、各种工业民用电控设备中广泛应用。固态继电器的控制信号所要的功率很低，所以可以用弱信号控制强电流。交流型的ssr采用过零触发技术，使得ssr可以安全的用在计算机输出接口，而不会像emr那样产生一系列对计算机的干扰，更不会出现严重当机。所以会有dc-ac、ac-ac、ac-dc等型式，它们分别在直流或交流电源上做负载的开关，不可以混用.3.8.2固态继电器的硬件连接图这里使用交流固态继电器(acssr)，单片机高电平驱动三极管9014的基极，固态继电器的一端接在三极管的发射极。电路连接图如3-16所示：图3-16 串口硬件连接图江苏建筑职业技术学院毕业技术报告4 系统的软件设计设计软件时需遵循以下原则：容易理解、容易维护。实时。当系统发生变化，需要及时的反馈信号，做出应答。准确。当我们控制系统时，需要精确的测量数据，以达到对温度优越的控制。4.1 主程序的设计stc89c52单片机上电复位后，即进入欢迎界面显示程序，显示“dian zu lu wen kong zhi xi tong”,按切换键可以进行温控1、温控1时间、温控2、温控2时间及报警温度的设置，按运行键启动温控。主程序的作用是完成温度的检测，并把检测结果通过lcd1602显示出来。主程序首先要做初始化，包括ds18b20测量开始命令的初始化，lcd1602显示初始化，串口通信初始化等等。4.2 液晶显示模块液晶显示模块主要完成人机交互界面的显示及系统相关的操作指示。具体能显示预设温度值、预设温控时间、当前的温度值。液晶工作流程如图4-2：液晶驱动函数写命令函数写数据函数液晶管脚定义温度读取显示子函数图4-2 液晶显示流程图4.3温度模块软件设计4.3.1 ds18b20测温数据的读取程序设计对炉内温度的检测通过数字温度传感器ds18b20实现的，在温度模块硬件电路的设计中已经对的硬件电路做了设计，现在设计ds18b20的软件部分。.ds18b20的内部数据部件1)光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的, 它可以看作是ds18b20的地址序列码。64位光刻的rom排列是:开始8位(24h)是产品类型标号, 接着的48位是该ds18b20自身的序列号, 最后8位是前面56位的循环冗余校验码(crc=x8+x5+x4+1)。光刻rom的作用是使每一个ds18b20都各不相同, 这样就可以实现一根总线上挂接多个ds18b20的目的。2)ds18b20中的温度传感器可完成对温度的测量, 以12位转化为例用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供, 以0.0625/lsb的形式表达, 其中s为符号。如表4-1所示：表4-1 ds18b20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据, 存储在的两个8比特的ram中, 二进制中的前面5位是符号位, 如果测得的温度大于0, 这位为0, 只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度,如果温度小于0, 这位为1, 测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为,07d0h,+25.0625 的数字输出为,0191h,-25.0625的数字输出为,ff6fh -55的数字输出为fc90h。.单总线协议单总线协议能够实现数据的双向传输, 操作包括数据的读写和复位功能。下面对各个方面进行具体的介绍。1)总线复位,首先必须对ds18b20进行复位，由单片机给ds18b20单总线至少480us的低电平信号，当ds18b20接到此复位信号后，延时15-60us，通过大地总线60-240us来产生应答脉冲。主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单总线器件在线，通信双方达成基本协议。复位时序如图4-3所示。图4-3 复位时序图2)控制器发送rom指令。一旦总线主机检测到应答信号，便可以发起rom操作指令。rom指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻rom进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接多少个ds18b20并做出处理。一般只挂一个ds18b20时可以跳过rom指令。指令表如4-2所示：表4-2 rom指令表指令代码功能说明读rom 0x33用于读出ds18b20内集成的64位激光rom序列号匹配rom 0x55跳过rom 0xcc搜索rom 0xf0多个ds18b20在线时, 可用此命令匹配一个给定序列号，此后命令就针对该芯片忽略序列号, 对所有在线的ds18b20进行配置用于读出在线的ds18b20的序列号报警rom 0xec对温度超过上限或者下限时，读出报警的ds18b203)ds18b20共有9个ram,每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数值信息，3、4个字节是用户e2prom(常用于温度报警值存储)的镜像，在上电复位时旗帜被刷新。第五个字节则是用户第三个e2prom的镜像。第6、7、8个字节为计数器寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的crc码。e2prom非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据。ram及e2prom结构图如图4-4所示。图4-4 ds18b20 ram及e2prom结构图控制器发送存储器操作指令：在执行rom指令后才能执行内存指令。在rom指令发送给ds18b20之后，紧接着就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，见表4-3。表4-3 ram指令表指令代码功能说明温度变换 0x44启动温度转换，12位转换最长750ms读温度寄存器 0xbe读取温度寄存器的温度值写温度寄存器 0x4e发出内部ram的3、4字节写上下限温度数据命令，在该命令后紧跟两个字节数据复制温度寄存器 0x4b将ram中的3、4字节数据复制到e2prom中重调e2prom 0xb8将e2prom中的数据拷贝到温度寄存器中读供电方式 0xb4寄生供电时，ds18b20发送“0”；外接电源供电时，ds18b20发送“1”4)数据处理：ds18b20要求严格的时序来保证数据的完整性。在单线dq上，存在复位脉冲、应答脉冲、写“0”、写“1”、读“0”、读“1”几种信号类型。数据位的读写是由读写时序来实现的。写时序：当主机将数据线从高电平拉至低电平时，产生时序，写时序分别为写“0”和写“1”，时序图如下图所示。在写数据时序的前15us总线需要是被控制器拉为低电平，而后则将是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在15-60us，采样时间内如果控制器将总线拉高则表示写“1”，如果控制器将总线拉低则表示写“0”。每一位的发送都应该至少15us的低电平起始位，随后的数据“0”或“1”应该在45us内完成。整个位的发送时间应该保持在60-120us，否则不能保证通信的正常。 写时序图如图4-5所示。图4-5 写时序图读时序：该时序也是必须有主机产生1us的低电平，表示该时间的起始。然后在总线被释放后的15us中ds18b20会发送内部数据位，因此再次15us内主机必须停止把dq引脚置底，这时控制如果发现总线为高电平表示读数据“1”，如果总线为低电平，则表示读数据“0”。每一位的读取之前都由控制器加一个起始信号。图4-5为读时序图。图4-5读时序图所有的读写时序至少需要60us且每两个独立的时序至少1us的回复时间。在写时序中，主机将在拉低总线15us内释放总线，并向ds18b20写“1”。若主机拉低总先后能保持至少60us的低电平，则向单总线器件写“0”。ds18b20仅在主机发出读时序时才产生向主机传输数据，所以当主机向ds18b20发出度数据命令后。必须马上产生时序，以便ds18b20传输数据。4.3.2 ds18b20温度读取流程单片机在实现ds18b20温度转换和读取的程序设计中必须严格按照其时序来进行，此设计中，单总线上只挂接了一个ds18b20，所以不用对rom寄存器进行操作，直接跳过rom，对ram寄存器进行操作。在单片机发出温度转换命令后，须延时，以便ds18b20完成温度转换，在单片机发出读温度命令后，必须马上产生读时序接收ds18b20的发回来的数据。温度模块主流程图如图4-6所示。温度读取子程序跳过读序列号操作初始化ds18b20发起读暂存器命令跳过读序列号读取温度高、低位字节温度转换将温度数据转换为十六进制延时等待温度转换完成返回初始化ds18b20图 4-6 温度读程序流程图4.4中断服务函数该中断服务函数属于定时中断，当定时时间到则赋标志位。当flag_get=1时进行温度采集；当flag_get1=1时进行温度比较、时间比较；当second=5时进行上位机通信；当flag_pid=1时进行pid温控。中断函数流程图如下所示：温度采集、串口通信int0中断ynyn保护现场ynum=200?ynflag_pid=1？yn温控pid恢复现场返回图4-7 int0中断服务程序框图4.5上位机软件设计江苏建筑职业技术学院毕业技术报告串口通信是mcu跟pc通信经常用到的一种通信方式，做界面、写上位机程序的编程语言、编译环境有不少，诸如vb、vc+，delphi、labview等等，不过用vb无疑是最快速最简便的，实现的功能也足够强大，足以满足我们的基本需要了。我利用vb写出了一个用于数据采集的串口上位机程序，实现数据的接收和实时绘图。为了方便设计，通讯协议中将采用字符型数据（遵循ascii字符集）进行传输，一共5个字节数据，下位机按照从第一字节到第五字节的顺序以字符型形式发送数据，第一个字节是符号符，第二，三，四字节分别是百位，十位，和个位数字，第五个字节是结束符。软件程序如下：dim x as integer 定义变量x用于记录数据个数dim y0 as integer 定义变量y0用于记录上一次数据dim y as integer 定义变量y用于记录当前数据private sub command1_click() mscomm1.commport = 4设置通信端口号为com4，这个要根据自己所使用的串口而定 mscomm1.settings = 9600,n,8,1 设置串口参数，表示传输速率为9600bit/s，没有奇偶校验位，8位数据位，1位停止位这里串口上位机的设置一定要和下位机一致mscomm1.inputmode = 0接收文本型数据，如果设置为1则以二进制的形式取回传入的数据mscomm1.portopen = true打开通信端口4true即为打开端口，设置为false则为关上端口如果commport 属性设置为一个非法端口，则会产生错误68（设备无效）picture1.scale (0, 1000)-(200, -100)定义picture1的坐标系，左上角坐标值 (0, 1000)到右下角坐标值(200, -100)picture1.line (0, 0)-(200, 0), rgb(0, 0, 255)用rgb颜色（0,0,255）画出x轴shape1.fillcolor = rgb(