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王鸿源 自动化一班 20110703123 计算机控制技术作业 作业一1、 PID控制器引言 在实际的过程控制与运动控制系统中，PID家族占据有相当的地位，据统计，工业控制的控制器中PID类控制占有90%以上。 PID控制器是最早出现的控制器类型，因为其结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术人员的喜爱。（1）什么是PID控制？(Proportional-Integral-Derivative Controller) PID控制是由反馈系统偏差的比例、积分和微分的线性组合构成的反馈控制。又称为三态控制器（ three-mode control ）主要用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统 。 控制器分为模拟和数字控制器两种：模拟PID控制器通常是电子、气动或液压型的。数字PID控制器是由计算机实现的。（2）PID控制原理 常规的模拟PID控制系统原理图如图所示。该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)，e(t)=r(t)-y(t)，e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。理想模拟PID控制器的输出方程式为： （1）式中，u(t)是PID控制器的输出信号，e(t)是PID控制器的输入信号，也就是系统的误差信号。Kp称为比例系数，Ti、Td分别称为积分和微分时间常数。 对（1）式作拉式变换，可以得到传递函数： （2）式中，Ki为积分系数，Kd为微分系数。 PID控制器中的三项控制作用是相互独立的，工程应用时，可以根据被控对象特性和负荷扰动情况以及控制性能要求，对PID三项控制作用进行组合，构成所需要的控制律，比如：比例（P）控制、比例积分（PI）控制、比例微分（PD）控制以及三项（PID）控制。（3）PID控制器对控制系统的作用： 1. 增加比例系数可加快系统的响应速度，减小稳态误差；但比例系数太大会影响系统的稳定性。 2.积分时间常数越小，积分作用越强。积分控制作用可以消除系统的稳态误差；但积分作用太大，会使系统的稳定性下降。 3.微分时间常数越大，微分作用越强。微分作用能够反映误差信号的变化速度。误差信号变化速度越大，微分作用越强，从而有助于减小震荡，增加系统的稳定性。但是,微分作用对高频噪声信号（不管幅值大小）很敏感。如果系统存在高频小幅值的噪音，则它形成的微分作用可能会很大，这是不希望出现的。（4）比例积分微分(PID)控制器： PID控制器是一种滞后-超前校正装置。在低频区，主要是PI控制器起作用，用以提高系统型别，消除或减小稳态误差；在中、高频区，主要是PD控制器起作用，用以增大幅值穿越频率和相位裕度，提高系统的响应速度。因此，PID控制器可以全面地提高系统的性能。PID控制器参数与系统时域性能指标间的关系PID控制器参数选择的次序：比例系数；积分系数；微分系数。（5）数字PID控制器设计数字PID控制算法 在计算机控制系统中，使用的是数字PID控制器，数字PID控制算法通常又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。1、位置式PID控制算法 由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此式（1）中的积分和微分项不能直接使用，可将需要对它采用数值逼近的方法，将连续形式的微分方程变为离散形式的差分方程。 利用模拟控制器离散化方法将上式离散化，采用向后差分变换法得到理想数字PID控制器的Z传递函数。 （3） T为采样周期； 和 分别为积分和微分系数。 将前式化为差分方程，即为理想数字PID控制算法： （4）由于上式的积分项需要存储过去的全部偏差，故在应用中常改为递推算法。2、 增量式PID控制算法 PID算法的增量式也称为速度式，控制器的输出是控制量每一步的增量。 （5） （6）（6）实际PID控制 理想PID的控制实际效果并不理想，其主要原因是，理想中的微分控制作用对于幅值变化快的强扰动反应过快，而工业执行机构的动作速度相对比较缓慢（即其频带很有限），不能及时响应微分控制作用，因而使得理想微分控制不能有效发挥抑制扰动，改善系统动态性能的作用。此外理想微分控制对偏差信号e（t）中夹杂的噪声干扰十分敏感，即使噪声干扰的幅值很小，只要它的频率较高，经理想微分后，就会产生较大的噪声输出，因此在实际应用中，要在理想微分项或整个理想PID控制器前面或后面串接一个低通滤波环节。实际PID控制的三种形式： （7） （8） （9）（7）数字PID算法的改进1、 积分分离PID控制算法 采用积分分离算法，在被控量由于开启等原因引起较大偏差时，暂时关闭积分作用。当被控量接近参考值时，再启动积分环节，保持系统的精度，这种改进方法称为积分分离PID控制算法。以位置型算式（1-4）为例，写成积分分离控制算法的形式如下： （10） 积分分离PID控制算法的阶跃响应与普通PID控制算法的比较如下图：2、 梯形积分PID控制算法 该算法采用双线性变换离散方法将PID控制中的模拟积分项离散化为梯形数值积分算法，即： （11） 与之相应的数字积分增量输出方程为： （12）比例、微分项算法不变。该算法有较高的积分运算精度，因此可以进一步减小系统残差，提高稳态控制精度。此外保证了积分运算精度，还应将计算机运算字长取得足够长。3、 抗积分饱和PID控制算法采用一般PID控制，当系统由扰动或给定输入阶跃变化引起的较大偏差时，控制量u（k）有可能很快增大（或减小）到机构的极限位置而系统偏差仍未消除，因而积分作用控制量将继续增大（或减小），但执行机构因已处于极限位置而无相应动作，从而导致被控量出现较大超调和长时间的波动。通常称这种现象为积分饱和。防止积分饱和的方法之一是对PID控制器输出的控制量加以限幅，设上限为 Uma ，下限为Umi，分别对应于执行机构的最大位置和最小位置。4、 带死区PID控制算法对于控制精度要求不高的系统，采用带死区的PID控制算法，可以减少执行机构的频繁动作，增强系统运行的平稳性。带死区的PID控制算法就是将输入的偏差信号设置一个适当的范围的死区。（8）PID控制器的参数整定 数字PID参数整定就是要确定T，Kp，Ti，Td。采用的方法： 1）采样周期的选择 2）扩充响应曲线法 3）扩充临界比例算法 4）归一参数整定法1、 采样周期的选择采样周期的选择必须满足香农（Shannon）采样定理，即其中： 是输入的最高频率。2、 扩充响应曲线法先求出系统的单位阶跃响应曲线，然后在曲线弯折处（最大斜率处）做切线，做切线与时间轴及系统稳定值线（此线与横轴平行）的交点，找出时延L与等效惯性时间常数T，两者的比值T/L。最后选择控制度 Q。3、 扩充临界比例度法 首先要求选择适当的采样周期 T，然后求临界比例增益 Kp 、临界振荡周期 Tcr 。使控制系统只有比例控制，逐渐增加比例增益Kcr 使控制系统产生等幅振荡，此时响应的振荡周期为临界振荡周期 Tcr ，比例增益为临界增益 Kcr 。根据选定的控制度，查表计算出 T，Kp，Ki，Kd 的值。4、归一参数整定法 归一参数整定法是一种简化扩充临界比例度整定法，此法只需一个参数。有如下所示的经验公式： 式中 Tcr 为纯比例控制时的临界振荡周期。5、 多组参数整定法 实际应用中，有时固定使用一组参数很难满足要求，此时，可以根据不同的工况，设置多组参数以适应各种情况的要求。方法很多，简介如下： 根据系统的各种负荷，设置几组（n）参数，如： 根据工艺要求，按时间顺序设置若干组参数； 采用智能方法，由计算机自动改变 Kp ，Ki，Kd参数值，使系统始终保持高性能的运行。拓展：模拟PID控制器（调节器）的参数整定 调节器参数整定的任务是根据被控过程的特性，确定PID调节器的比例度 、积分时间Ti以及微分时间Td的大小。在简单过程控制系统中，调节器的参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率为主要指标，以保证系统具有一定的稳定裕量。另外还应满足系统稳态误差、最大动态偏差（或超调量）和过渡过程时间等其它指标。 参数整定的方法可以分为三类，即理论计算整定法、工程整定法和自整定法： 理论计算整定法主要是依据系统的数学模型，采用控制理论中的根轨迹法、频率特性法、对数频率特性法、扩充频率特性法等，经过理论计算确定调节器参数的数值。 这种方法只有理论指导意义。工程整定法主要是依靠工程经验，直接在过程控制系统的实际运行中进行。自整定法是对一个正在运行中的控制系统特别是设定值改变的控制系统,进行自动整定控制回路中的PID参数。（1）稳定边界法（临界比例度法） 属于闭环整定方法，根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据（临界比例度Pm和振荡周期Tm），按经验公式求出调节器的整定参数。1） 置调节器Ti，Td=0，比例度较大值，将系统投入运行。2） 逐渐减小，加干扰观察，直到出现等幅减振荡为止。记录此时的临界值m和Tm。y(t)Tm系统临界振荡曲线t根据m和Tm，按经验公式计算出控制器的参数整定值。 经验公式虽然是在实验基础上归纳出来的，但它有一定的理论依据。就以表中PI调节器整定数值为例，可以看出PI调节器的比例度较纯比例调节时增大，这是因为积分作用产生一滞后相位，降低了系统的稳定度的缘故。稳定边界方法在下面两种情况下不宜采用： 临界比例度过小时，调节阀容易游移于全开或全关位置，对生产工艺不利或不容许。例如，一个用燃料油加热的炉子，如果阀门发生全关状态就要熄火。 工艺上的约束条件严格时，等幅振荡将影响生产的安全。（2）衰减曲线法 也属于闭环整定方法，但不需要寻找等幅振荡状态，只需寻找最佳衰减振荡状态即可。方法：1）把调节器设成比例作用（Ti=，Td=0），置于较大比例度，投入自动运行。2）在稳定状态下，阶跃改变给定值（通常以5%左右为宜），观察调节过程曲线。3）适当改变比例度，重复上述实验，到出现满意的衰减曲线为止。 记下此时的比例度s及周期Ts。n=10:1时，记s及TsTsTr4）按n=4:1或按n=10:1求得各种调节规律时的整定参数。 衰减比为4:1时，整定参数计算表衰减比为10:1时，整定参数计算表 （3）反应曲线法（动态特性参数法）属于开环整定方法。反应曲线法是利用系统广义过程的阶跃响应曲线对调节器参数进行整定。具体做法是对于右图所示的系统，先使系统处于开环状态，在输入端Gv（s）施加一个阶跃信号，记录下测量变送环节的输出响应曲线1） 对于无自衡能力的广义被控过程，传递函数可写为 若是单位阶跃响应，系统中各参数的意义如下图；根据阶跃响应曲线求得广义被控过程的传递函数后根据下表的经验公式计算调节器的参数。 ）对于有自衡能力的广义被控过程，传递函数可写为 若是单位阶跃响应，系统中各参数的意义如下图；根据阶跃响应曲线求得广义被控过程的传递函数后，根据下表的经验公式计算调节器的参数。 此方法在不加控制作用的状态下进行，对于不允许工艺失控的生产过程，不能使用。（4）经验法 凭经验凑试。 其关键是“看曲线，调参数”。在闭环的控制系统中，凭经验先将控制器参数放在一个数值上，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，根据、 TI 、 TD对过渡过程的影响为指导，对比例度、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的曲线为止。 经验法的方法简单，但必须清楚控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系。在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。控制器参数对控制过程的影响调整经验: 1）比例度越大，放大系数Kc越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大；反之，过渡过程振荡越剧烈，稳态误差越小；若 过小，则可能导致发散振荡； 2）积分时间TI越大，积分作用越弱，过渡过程越平稳，消除稳态误差越慢；反之，过渡过程振荡越激烈，消除稳态误差越快； 3）微分时间TD越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；但TD过大，则会增加过渡过程的波动过程。几种整定方法的比较 2、 热电偶防爆隔离热电偶 工业用隔爆热电偶是一种温度传感器，在化学工业自控系统中应用极广，通过温度传感器，可将控制对象的温度参数变成电信号，传递给显示、记录和调节仪，对系统施行检测、调节和控制。在化工厂，生产现场常伴有各种易燃、易爆等 化学气体、蒸汽，如果使用普通的热电偶非常不安全，极易引起环境气体爆炸。因此，在这些场合必须使用隔爆热电偶作温度传感器。（1）工作原理 如果由两种不同成份的均质导体(热电极)组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中防爆热电偶，就有电流通过,那么两端之间就存在热电势。防爆原理利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部 件都密封在接线盒内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄 火和冷却，使爆炸后的火焰和温度不传到腔外，从而实现防爆。热电偶产生的热电势经过温度变送器的电桥产生不平衡信号，经放大后转换成为4-20mA的直流电信号给工作仪表，工作仪表便显示出所对应的温度值。（3）特点多种防爆形式，防爆性能好；压簧式感温元件，抗振性能好； 测温范围大； 机械强度高，耐压性能好； （4）主要技术参数型号WRN-140/WRN2-140WRE-140/WRE2-140WRN-140/WRN2-140WRE-140/WRE2-140WRN-140/WRN2-140WRE-140/WRE2-140WRN-140/WRN2-140WRE-140/WRE2-140分度号K，E，J，TK，E，J，TK，E，J，TK，E，J，T测量范围0+13000+13000+13000+1300精度等级级，级级，级级，级级，级测量端形式单支，双支单支，双支单支，双支单支，双支探头连接3，63，63，63，6过程连接固定螺纹M272G3/4，3/4NPT 固定法兰GB/ANSI标准固定螺纹M3321NPT，G1插入长度100，150，20，0300400，500，750，1000100，150，20，0300400，500，750，1000100，150，20，0300400，500，750，1000100，150，20，0300400，500，750，1000保护管材质1Cr18Ni9Ti0Cr25Ni201Cr18Ni9Ti0Cr25Ni201Cr18Ni9Ti0Cr25Ni201Cr18Ni9Ti0Cr25Ni20保护管直径161616公称压力10MPa2。5MPa接线盒材质铸铝合金，不锈钢铸铝合金，不锈钢铸铝合金，不锈钢铸铝合金，不锈钢防爆等级ExdCT4/T5/T6ExiaCT4/T5/T6ExdCT4/T5/T6ExiaCT4/T5/T6ExdCT4/T5/T6ExiaCT4/T5/T6ExdCT4/T5/T6ExiaCT4/T5/T6防护等级IP65IP65IP65IP65电气出口M201.51/2NPTM201.51/2NPTM201.51/2NPTM201.51/2NPT附加选项带一体化温度变送器保护管带变截面带一体化温度变送器保护管带变截面带一体化温度变送器保护管带变截面带一体化温度变送器备注1)带一体化温度变送器的型号后加B，例WRNB-4402)带保护管带变截面的型号加G，例WRN-440G以带现场显示一体化防爆热电偶（带温度变送器带表头）为例1、应用通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用，输出4-20mA，直接测量生产现场存在碳氯化合物等爆炸物的-200-1300范围内液体、蒸汽的气体质以及固体表面温度。2、特点二线制输出4-20mA，抗干扰能力强；节省补偿导线及安装温度变送器费用；安全可靠，使用寿命长；冷端温度自动补偿，非线性校正电路；3、测温范围及允差热电阻测温范围及允差型号分 度 号测温范围精度等级允许偏差WZPBPt100-200-+500A级B级（0.15+0.002ItI）（0.30+0.005 ItI）WZCBCu50，Cu100-50-+100（0.30+0.005 ItI）热电偶测温范围及允差型 号分 度 号允 差 等 级III允 差 值测温范围允 差 值测温范围WRNBK1.5-40-3752.5-40-3330.004 ItI375-10000.0075 ItI333-1200WRMBN1.5-40-3752.5-40-3330.004 ItI375-10000.0075 ItI333-1200WREBE1.5-40-3751.5-40-3330.004 ItI375-8000.004 ItI333-900WRFBJ1.5-40-3751.5-40-3330.004 ItI375-7500.004 ItI333-750WRCBT1.5-40-1251-40-1330.004 ItI125-3500.0075 ItI133-10004、输出信号：4-20 mA ，负载电阻250，传输导线电阻 1005、输出方法：二线制6、精度等级温度变送器精度等级：0.10.2 0.5 显示器精度等级：模拟指示式2.5级;数字显示式0.5级.7、供电电源：24V.DC108、防护等级：IP659、防爆等级 隔爆型：dBT4，dCT5，dCT6；本质安全型：iaCT610、绝缘电阻：仪表输出接线端子与外壳之间的绝缘电阻应不小于50.11、热响应时间：当温度出现阶跃变化时，仪表的电流输出信号变化至相当于该阶跃变化的50%所需的时间 ，通常以t0.5表示当温度变送器的阶跃响应稳定时间不超过热电偶（阻）热响应稳定时间t0.5的五分之一时，则用热电偶（阻）热响应时间作为仪表的热响应时间； 当温度变送器的阶跃热响应稳定时间不超过热电偶（阻）热响应稳定时间t0.5的二分之一时，则用温度变送器热响应时间作为仪表的热响应时间；12、基本误差：仪表的基本误差应不超过热电偶（阻）和温度变送器基本误差的合成误差。13、工作环境安装场所等级温 度 相 对 湿 度 大气压力KPaCx1-25-+555-9586-106Cx2-25-+70Cx3-40-+8014、型号及规格举例固定螺纹式防爆一体化热电偶（其它传感器型号参见隔爆热电偶选型）型 号分度号测温范围热响应时间隔爆等级规 格dLWRMB-240WRMB-240GK0-80090SdBT4dCT5dCT6iaCT616300X150350X200400X250450X300500X350550X400650X500900X7501150X10001650X15002150X200024SWRNB-240WRNB-240GN0-80090S24SWREB-240WREB-240GE0-60090S24SWRCB-240WRCB-240GT0-35090S24SWRFB-240WRFB-240GJ0-5590S24SWZPB-241WZPB-241GPt100-200-500120S1224SWZCB-241WZCB-241GCu50-50-100120S24S15、 接线3、 燃气阀门燃气阀是一种新型的燃气管道工程的安全配套装置；用于截断、接通、调节管路中的气体，具有良好的控制特性和关闭密封性能，燃气阀门被广泛应用城市供气管网系统煤气、液化石油气、天然气、氧气等多种燃气介质管路上；驱动形式有手动、蜗轮传动、电动、 气动、液动、电液联动等执行机构，可实现远距离控制和自动化操作。下面介绍液化石油气阀门中的一种：然气启动紧急切断阀（1） 用途和规范范围 本阀是一种安全保护阀，安装在液化石油气（燃气）的液相与气相管路上，与远距离气源配套使用，利用气源控制阀门开启关闭，以便在管道或储罐上发生大量泄漏甚至起火时，快速手动使气源卸压，或高温75%p5C%D时易熔合金熔化，而气缸自动卸压，阀门迅速关闭而止漏，起安全保护作用。（2）电控工作原理本阀气源入口安装一只二位三通电磁阀，利用远程电气控制台控制阀门开关。燃气泄漏报警器报警通电，电磁阀通电排气，阀门自动关闭；手动控制电磁阀排气，阀门自动关闭。（3） 主要性能规范（4） 主要零件材料（5） 气动紧急切断阀安装尺寸 作业二1、 温度传感器 温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。下面详细介绍DS18B20芯片（1）DS18B20的主要特征： 全数字温度转换及输出； 先进的单总线数据通信； 最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度；12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒； 可选择寄生工作方式；检测温度范围为55C +125C (67F +257F)； 内置EEPROM，限温报警功能；64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接； 多样封装形式，适应不同硬件系统； （2）DS18B20引脚功能： GND 电压地 DQ 单数据总线 VDD 电源电压 NC 空引脚 （3）DS18B20工作原理及应用： DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是： 1）ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是 19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。 2）RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，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。 3）EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。 RAM及EEPROM结构图： 控制器对18B20操作流程： 1、复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在1560uS后回发一个芯片的存在脉冲。 2、存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在1560uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60240uS的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。 3、控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。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的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。ROM指令在下文有详细的介绍。 4、控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。 5、执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。如执行数据读写指令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介绍。 若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500uS温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM指令、执行读RAM的存储器操作指令、读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）。其它的操作流程也大同小异，在此不多介绍。 （4）DS18B20芯片与单片机的接口： 如图所示，DS18B20只需要接到控制器（单片机）的一个I/O口上，由于单总线为开漏所以需要外接一个4.7K的上拉电阻。如要采用寄生工作方式，只要将VDD电源引脚与单总线并联即可。但在程序设计中，寄生工作方式将会对总线的状态有一些特殊的要求。（5）DS28B20芯片ROM指令表（方括号中的为16进制的命令字） Read ROM（读ROM）33H 这个命令允许总线控制器读到DS18B20的64位ROM。只有当总线上只存在一个DS18B20的时候才可以使用此指令，如果挂接不只一个，当通信时将会发生数据冲突。 Match ROM（指定匹配芯片）55H 这个指令后面紧跟着由控制器发出了64位序列号，当总线上有多只DS18B20时，只有与控制发出的序列号相同的芯片才可以做出反应，其它芯片将等待下一次复位。这条指令适应单芯片和多芯片挂接。 Skip ROM（跳跃ROM指令）CCH 这条指令使芯片不对ROM编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。 Search ROM（搜索芯片）F0H 在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时用排除法识别所有器件的64位ROM。 Alarm Search（报警芯片搜索）ECH 在多芯片挂接的情况下，报警芯片搜索指令只对附合温度高于TH或小于TL报警条件的芯片做出反应。只要芯片不掉电，报警状态将被保持，直到再一次测得温度什达不到报警条件为止。 （6）DS28B20芯片存储器操作指令表 Write Scratchpad （向RAM中写数据）4EH 这是向RAM中写入数据的指令，随后写入的两个字节的数据将会被存到地址2（报警RAM之TH）和地址3（报警RAM之TL）。写入过程中可以用复位信号中止写入。 Read Scratchpad （从RAM中读数据）BEH 此指令将从RAM中读数据，读地址从地址0开始，一直可以读到地址9，完成整个RAM数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字节以减少读取时间。 Copy Scratchpad （将RAM数据复制到EEPROM中）48H 此指令将RAM中的数据存入EEPROM中，以使数据掉电不丢失。此后由于芯片忙于EEPROM储存处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持10MS，来维持芯片工作。 Convert T（温度转换）44H 收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入RAM的第1、2地址。此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持500MS，来维持芯片工作。 Recall EEPROM（将EEPROM中的报警值复制到RAM）B8H 此指令将EEPROM中的报警值复制到RAM中的第3、4个字节里。由于芯片忙于复制处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1”。另外，此指令将在芯片上电复位时将被自动执行。这样RAM中的两个报警字节位将始终为EEPROM中数据的镜像。Read Power Supply（工作方式切换）B4H 此指令发出后发出读时间隙，芯片会返回它的电源状态字，“0”为寄生电源状态，“1”为外部电源状态。（7）DS18B20复位及应答关系示意图 每一次通信之前必须进行复位，复位的时间、等待时间、回应时间应严格按时序编程。 DS18B20读写时间隙：DS18B20的数据读写是通过时间隙处理位和命令字来确认信息交换的。 写时间隙 写时间隙分为写“0”和写“1”，时序如上图。在写数据时间隙的前15uS总线需要是被控制器拉置低电平，而后则将是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在1560uS，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有一个至少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60120uS，否则不能保证通信的正常。读时间隙 读时间隙时控制时的采样时间应该更加的精确才行，读时间隙时也是必须先由主机产生至少1uS的低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后的15uS中DS18B20会发送内部数据位，这时控制如果发现总线为高电平表示读出“1”，如果总线为低电平则表示读出数据“0”。每一位的读取之前都由控制器加一个起始信号。注意：如上图所示，必须在读间隙开始的15uS内读取数据位才可以保证通信的正确。 在通信时是以8位“0”或“1”为一个字节，字节的读或写是从高位开始的，即A7到A0字节的读写顺序也是如图2自上而下的。 2、 压力传感器 这里介绍微压传感器SM5882。（1） HIGHLIGHTSFully amplified,pressure calibrated and temperature compensated in a single package;With access to temperature signal-conditioned digital analog and digital pressure output;Available for Differential,Gauge & Single-Ended applications;Small,low-cost S016 Plastic Package;Two pressure ranges available:0.6PSI(4.1kPa) Full-Scale and 1.5PSI(10.3kPa) full-scale.(2) TYPICAL APPLICATIONSMedical instrumentationPneumatic controlGas flowHeating,Ventilation and Air Conditioning(HVAC)(3) TECHNICAL FEATURESAmplified,calibrated,fully signal-conditioned output span of 4.0 VDC full-scale;Analog and digital temperature compensated and calibrated pressure available;Multi-order correction for pressure non-linearity and for temperature coefficient of span and offset(factory programmed);Digital read-out through I2C interface;Variety of versions(differential,gauge,and single-ended),depending on the pressure range.(4) DSCRIPTION The Silicon Microstructures SM5882 series of OEM pressure sensors combines state-of-the-art pressure sensor technology with COMS mixed signal processing technology to produce an amplified,fully conditioned, multi-order pressure and temprature compensated sensor in a small SO16 plastic package. The monolithically-integrated pressure sensor with a dedicated custom signal conditioning ASIC combined on a single die minimizes the size and simplifies the use of advanced silicon micromachined pressure sensors.The pressure sensor can be mounted directly to a standard printed circuit board and an amplified,high-level,calibrated pressure signal can be acquired from the digital interface or analog output.This eliminates the need for additional circuitry,such as a compensation network or micro-controller containing a custom correction algorithm. An evaluation kit for directly reading out the digital sensor signals is now available. The SM5882 Series pressure sensors are based on SMIs highly stable,piezoresistive pressure sensor chips mounted into a SO16 plastic package.The model SM5882 is designed for operating pressure ranges at 0.6PSI(4.1kPa) and 1.5PSI(10.3kPa).Package Dimensions & Pin-OutPIN1-2345-11121314-1516DESCRIPTIONNCSDLSCLNCGNDVDDNCANALOG OUTPUTVDD The optimum operation value for the power supply is 5.00V.R1/R2 Pull-up resistors for the digital data lines.Recommended resistor values are 10 to 100kOhm.C1a/C1b Buffer capacitor.For best performance of t