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1、-智能温度控制系统设计(硬件)摘 要 温度控制对于人们日常生活、生产具有重要意义,针对我国北方冬季供暖系统的特点及存在的不足，设计了基于单片机控制技术的室内智能温度控制系统，采用DS18B20采集温度，利用电磁阀的开关控制供热水管中的水流量，并且利用模糊控制技术实现了室内温度的精确控制，给用户带来了很大的方便，系统的实现将对减少热能的浪费及提高人们的生活质量起着重要的作用。从温度控制系统的发展来看，以单片机为核心构成的微机温度控制系统调节装置己经成为主要的发展方向。对于温室温度这个被控对象，有很多控制方案可选。首选方案就是PID控制，因为它简单，容易实现,它有可消除稳态误差的优点，但它的快速性
2、和超调量之间的矛盾关系，使它不能满足控制的技术要求。其次就是模糊控制，它的优点是超调量很小，但是稳态误差却很大。最后是用模糊规则参数的模糊自整定PID控制方法，基本上能够达到反应速度快、零超调、稳态误差小的理想结果。本文简述了温度控制器的应用及其原理，介绍了基于单片机的检测系统的硬件设计，并说明了用模糊自整定PID控制方法设计出的温度控制的控制算法及其系统实现方法，实现对温度的检测，显示和控制功能。此外，本文还详细介绍了系统硬件和软件设计原理。 关键词：单片机；智能温度控制；DS18B20；PID 控制；串口通信温度控制； Design Of Intelligent Temperature C
3、ontrol System Design（Hardware）ABSTRACT Temperature control for peoples daily life, the production of great significance, characteristics and shortcomings of Chinas northern winter heating system, the design of microcontroller-based control technology for indoor smart temperature control system, usin
4、g the DS18B20 collection temperature, the solenoid valve switch controlthe flow of water in the heating pipes, and fuzzy control technology to achieve accurate control of room temperature, has brought great convenience to the user, the system will reduce energy waste and improve peoples quality of l
5、ife plays an importantrole. From the perspective of the development of the temperature control system to single-chip microcomputer temperature control system for the core components of the adjustment device has become the main direction of development. Greenhouse temperature controlled object, a lot
6、 of control scheme is optional. The preferred solution is the PID control, because it is simple, easy to implement, it has the advantages that can eliminate the steady state error, but the contradictory relationship between the fast and overshoot, so that it can not meet control technology requireme
7、nts. Secondly, fuzzy control, it has the advantage of very small overshoot, but the steady-state error. Finally, the fuzzy rule parameters of the fuzzy self-tuning PID control method is basically able to achieve fast response, zero overshoot, small steady state error of the desired result. This pape
8、r outlines the application of the principle of the temperature controller, microcontroller-based detection system hardware design, and describes the design of the fuzzy self-tuning PID control method control temperature control algorithm and its implementation, to achieve temperature measurement, di
9、splay and control functions. In addition, the article also details the system hardware and software design principles.Key words: AT89C51 ; temperature control; DS18B20 ; PID control; serial communication temperature control;目 录第一章 绪论11.1课题研究背景与意义11.1.1课题研究背景11.1.2 课题硏究意义21.2 系统方案分析21.2.1 系统硬件方案分析21.
10、2.2 系统软件方案分析3第二章 系统功能与结构42.1 系统功能42.1.1 系统参数42.1.2 系统功能42.2 系统的构成42.2.1 组成结构42.2.2 工作原理5第三章 系统硬件设计63.1 核心控制器的设计63.1.1 单片机AT89C51简介63.1.2 单片机引脚功能分配73.2 温度显示模块的设计83.2.1 LED显示器结构及工作原理83.2.2 LED连接电路93.3 温度采集模块的设计103.3.1 DS18B20概述103.3.2 DS18B02工作原理及功能指令103.3.3 DS18B02连接电路113.4 温度控制模块的设计123.4.1 电动调节阀123.
11、4.2 驱动电路133.4.3 温度控制模块电路133.4 串行通信模块设计143.4.1 MAX232芯片简介143.4.2 RS-232简介153.4.3 RS232串口通讯电路图173.5 单片机复位电路的设计173.5.1 复位电路的作用173.5.2 基本的复位方式173.6 红外检测模块的设计203.6.1 红外传感器作用203.6.2 红外传感器原理203.6.3 红外传感器接线图21第四章 系统软件设计224.1 温度采集模块224.1.1 DS18B20工作程序224.1.2 DS18B20程序流程图234.2 温度显示模块244.2.1 显示模块程序流程图244.3 红外监
12、控模块254.3.1 红外监控流程图254.4 系统初始化模块264.5 模糊自整定PID控制算法模块264.5.1 模糊PID控制理论264.5.2 PID控制器各校正环节对系统的影响284.5.3 温控模型的建立294.5.4 模糊自整定PID算法30第五章 系统整体设计325.1系统硬件设计325.2系统软件设计325.3 系统整体设计345.3.1 系统程序流程图345.3.2 系统硬件原理图35第六章 总结36参考文献37谢辞38第一章 绪论1.1课题研究背景与意义1.1.1课题研究背景 温度是生产、科学和日常生活中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产
13、，必须对生产工艺过程中的主要参数，准确地测量和有效地控制。温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。 在大力提倡节能减排以及追求高质量生活的今天，冬季供暖系统存在的不足日益显现出来。我国北方城市大部分采用集中供暖，在整个供暖期内，无论室内有人与无人，系统全天连续供暖；系统热能的输送是不变的，不能根据室内外温度的变化以及个人对室温的不同要求做出相应的调整，这就造成了热能的严重浪费以及供暖不人性化等问题。现今世界能源日益紧缺。据测算，目前我国民用建筑耗能量占全国商品能源消耗的25，其
14、中采暖能耗为60，相当于发达国家在同等条件的采暖能耗的三倍，在同等条件下，耗费了更多的煤矿资源，为此我们需要设计出节能环保的供热系统，以减少资源的浪费。设计一种比较理想的温度控制系统是非常有价值的.日常生活中，温度值也是一个重要的参考量。人们的居室，医院等环境都要求对温度的有一定的控制。此外，对温度信息的釆集，检测，控制, 不仅保证产品质量，还节约能源,安全生活生产方面积极作用。这就使得温度的控制，温度值釆集成为 了人们日常生活生产中一个极有意义的工作。由于温度的采集，控制属于四遥遥测、遥信、遥控、遥调）领域。单片机在凭借其在系统设计中的成本、复杂度和系统稳定性方而的优势，在控制领域中得到了广
15、泛运用。自70年代以来，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定方面取得成果。并且生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，目前国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面迅速发展。温度控制系统的国内的各行各业的应用虽然已经十分广泛但从国内生产的温度控制器来看总体发展水平仍然不高，同国外的先进国家相比仍然有着较大差距。目前我过在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平成熟产品主要以点位控制及常规的PID控制器为主，它只能适应于一般温度系统控制难于控制滞后复杂时变温度系统控制，进入21世纪后智能温度控制器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性等
16、方向迅速发展。设计开展之前，本人当前一些温度控制系统进行详细的调硏，对比总结了其中的优缺点。基于当前 的一些温度控制系统数据都没有传送至PC机。本设计将温度数据传送至PC上，方便后续处理。可将PC得到的数据，运用不同的PC应用软件，进行统计工作，远程操作。1.1.2 课题硏究意义 对于不同的用户其对室温的要求不同，当温度高于用户要求时，一般采取的方法是打开窗户进行温度调节。特别是对于长期外出的时候用户不能对使用状态进行控制，这样造成很大的能源浪费，对用户来讲承担了一部分不必要的经济支出。目前世界发达国家集中供热系统都已实现了系统的自动监测和控制。自动化监测和控制是集中供热系统供热可靠、节能运行
17、、提高运行效率和降低运行成本的重要手段,其内容有流量、温度、压力、热量和报警等。但是在我国，甚至在世界发达国家对用户单元进行自主控制的要求的产品还没有。鉴于上述情况，提出了供暖温度的智能控制设计。 本设计主要是测量室内温度，并根据室温要求对其进行控制，使温度能够很好的满足住户的要求，在要求的温度范围内保证其精确度，并且能够做到连续控制，大大的减少了能源的浪费；并可通过红外检测室内有人与无人系统自动调节室内的温度，合理的减少了热能的浪费，提高了人们的生活质量。基于温度控制在日常生活生产的重要意义，温度控制系统的设计成了重要的设计课题，当前温控系统种类繁多，而且功能不一，应用范闹广泛。本文介绍一种
18、智能化温度控制系统的设计。其硬件系统是以单片机作为控制器，通过控制温度传感器进行数据釆集，同吋建立起单片机与PC机的通信连接，方便温度数据传输，方便温度统计工作，还可扩展成为多点温度采集系统，温度环境的监控等功能。1.2 系统方案分析1.2.1 系统硬件方案分析 目前，温度控制系统的一般采用模拟电路和单片机以及PLC三种形式。 方案一：采用模拟控制电路，模拟控制电路各控制环节一般由运算放大器、电压比较器、模拟集成电路以及电容、电阻等外围元器件组成。它的最大优点是系统响应速度快，能实现对系统的实时控制。在本系统中，由于温度的变化是一个相对缓慢的过程，对温控系统的实时性要求不是很高，所以模拟电路的
19、优势得不到体现。 方案二：采用单片机作为控制核心。单片机是大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机。它是把中央处理单元CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器以及I/O输入输出接口电路等主要计算机部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，它的特点是：功能强大、运算速度快、体积小巧、价格低廉、稳定可靠、应用广泛。由此可见，采用单片机设计控制系统，不仅可以降低开发成本，精简系统结构，而且控制算法由软件实现，还可以提高系统的兼容性和可移植性。 方案三：采用PLC作为控制电路的核心，其他部分的电路采用和方案二同样的设计。这种方案不仅具有和方案二同样的控制精度，而且整个电
20、路的稳定性比方案二更高，但是PLC的价格远远高于单片机，其不适合大批量的生产，所以考虑到价格因素，此种方案不宜选择。综上分析,本文采用采用方案二。系统由单片机AT89C51、温度采集电路、键盘电路、显示电路、串口通讯模块，温度控制模块等部分组成。 目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有所长。AT89C51单片机是ATMEL公司出品的与MCS-51系列兼容的低电压、高性能CMOS 8位单片机。本系统选择AT89C51为核心器件组成的控制系统。1.2.2 系统软件方案分析在目前的单片机软件开发中，常用的语言是汇编语言和C语言两种。汇编语言是一种文字用助记符来表示机器指令的符号语言，
21、其优点是程序占用资源少、运行速度快、执行效率高，但具有缺乏通用性、程序可移植性差、编程比高级语言困难等缺点。C语言是是一种结构化程序设计语言，可产生紧凑代码。C语言可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言，汇编语言相比，C语言有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对单片机的存储器结构有初步了解；寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构、可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；关键字及运算函数可以近似人的思维过程方式使用；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准
22、子程序，具有较强的数据处理能力；具有方便的模块化编程技术，已编好的程序可容易的植入新程序。C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可以根据单片机的不同较快的移植过来。鉴于C语言编程有众多优点，在本设计中，采用的是C语言编写程序。第二章 系统功能与结构2.1 系统功能2.1.1 系统参数 所选用温度传感器的测量范围：050，温度测量误差03，适用中性介质。选用电磁阀。完成功能：将传感器输出的模拟电压信号进行A/D转换，数据处理和显示，温度控制。 2.1.2 系统功能结合实际情况，所设计系统应具有以下功能：（1） 实时采集室内温度，并显示
23、于显示器上；（2）根据温度的设定范围自动调节温度；（3）串行传送数据；（4）控制外围；（5）可扩展形成多点温度采集；（6）温度控制范围在设定温度2内。2.2 系统的构成 2.2.1 组成结构 智能温度控制系统的硬件设计主要由核心控制器单片机89C51、温度采集模块温度传感器DS18B20、温度显示器LED、和流量控制阀等模块构成。图一为室内智能温度控制系统的构成。 图2-1 系统总体结构（1）核心控制器:釆用单片机AT89C51；2温度釆集模块：温度传感器DS18B20；（3）温度显示模块：数码管；（4）外部设备控制电路；（5）温度智能化控制模块：PC机。（6）温度存储模块（7）键盘输入模块2
24、.2.2 工作原理 系统核心控制器起着重要的作用，它不仅与温度传感器，外部设备，数码管连接，还通过与串口电平芯片MAX232连接，由数据线连接到PC上，建立起通信连接。上电后，控制器驱动温度传感器工作，进行温度数据釆集，传输。在接到传感器传送过来的温度数据后，进行操作，一方面送至数码管显示模块进行温度显示，另一方面将数据送至PC机上，方便在PC进行一些后续处理，控制操作，方便智能化的实现。第三章 系统硬件设计3.1 核心控制器的设计3.1.1 单片机AT89C51简介 AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性
25、存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89C51具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89C51 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、
26、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，知道下一个中断或硬件复位为止。 图3.1 AT89C51引脚图Fig 3.1 AT89C51 pin diagram主要性能：（1）与MCS-51单片机产品兼容 （2）8K字节在系统可编程FLASH存储器 （3）32个可编程I/O口线 （4）三个16位定时器/计数器 （5）六个中断源 （6）双数据指针3.1.2 单片机引脚功能分配1.控制电路引脚（1）Rst/vpd（9脚）：复位信号备用电源引脚 当输入的复位信号延续2个机器周期以上，高电平即为有效，用以完成单片机的复位操作。复位后影响片内
27、特殊功能寄存器的状态，但不影响片内RAM状态。同一引脚的Vpd是备用电源输入端（Vpd接5V备用电源）。在Vcc断电时，为保证中的信息不丢失，可使此引脚完成掉电保护功能。 （2）ALE/PROG非（30脚）；地址锁存允许信号/编程脉冲输入端。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于是以1/6晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外边时钟或外部定时脉冲使用。 （3）PSEN非（29引脚）：外边程序存储器读选通信号。为低电平有效，AT89C51在访问片外程序存储器时，此引脚端输出负脉冲作为读片外程序存储器的选通信号，以实现
28、外部单元的读操作。要检查AT89C51上电平后CPU能否正常到程序存储器中读取指令码，可以用示波器观察引脚PSEN非有无脉冲输出，若有说明正常。 （4）EA非/vPP（31脚）：内部和外部程序存储器选择信号。当引脚接高电平时，CPU只访问片内4kbyte的EPROM/ROM，执行内部程序存储器中的指令，但在程序计数器计数超过0FFF时（即地址大于4kbyte时），将自动转向执行片外大于4kbyte程序存储器内的程序。 若EA非引脚接低电平时，CPU只访问外部程序存储器，而不管片内是否有程序存储器。 2.I/O(输入/输出）接口引脚（1）并行I/O接口的特点 AT89C51有4个8位并行I/O接
29、口P0-P3，他们都是双向端口，可以进行输入或者输出操作，每个口都有口锁存器和口驱动器两部分组成。此外，它还有一个全双工串行通信口。这4个端口为AT89C51与外围器件或外围设备进行信息（数据、地址、控制信号）交换提供了多功能的输入/输出通道，也为单片机扩展外部功能、构成应用系统提供了必要的条件。 （2）I/O接口电路功能汇总 AT89C51单片机内部属单总线结构，因此使系统在结构上增加了灵活性。通过总线，用户可根据应用需要进行多功能的系统扩展，构成用户的实际应用系统。 a、P0口是一个多功能口除可以作为通用的输入/输出口外，还具备用于系统扩展的第二功能。 b、P1口：P1口作为通用I/O接口
30、，它的每一位都可以别编程为通用I/O接口线。 c、P2口：P2口也是一个多功能口，与P0口相似，它除可被用作I/O接口外，在进行系统扩展时，还可以输16位地址总线中的高8位，和P0口共同构成16位的地址总线。d、P3口：P3口也是一个多功能口，除可以作为通用I/O接口外，还具有多种控制功能，为通用I/O接口时和其他具有控制功能的输入/输出引线在一起，共同形成单片机的控制总线。3.2 温度显示模块的设计3.2.1 LED显示器结构及工作原理 LED显示器是单片机应用系统中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应一个笔画划发光，控制某段发光二极管导通，就能显示出某
31、个数码或字符，常用八段LED显示器有两种结构，如图3.2所示。 图 3.2 LED显示器的结构 Fig 3.2 LED display structure 常用的数码管显示器为8段，每一段对应一个发光二极管.分为共阳和共阴两种。共阴极显示的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当发光二极管的阳极为高电平吋，发光二极管被点亮，相应的段被显示。同样，共阳极的的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接高电平，当某个发光二极管的阴极接低电平吋，发光二极管被点亮，相应的段被显示。 在静态显示系统中，每位显示器都应有各自的锁存器、译码器（若采用软件译码，译码器可省去）与驱动器，用以锁存各自待
32、显示数字的BCD码或字段码。因此，静态显示系统在每一次显示输出后能够保持显示不变，仅在待显示数字需要改变时，才更新其数字显示锁存器中的内容。这种显示占用CPU的时间少，显示稳定可靠。缺点是，当显示的位数较多时，占用的I/O口较多。 在动态显示的系统中，CPU需定时地对每位LED显示器进行扫描，每位LED显示器分时轮流工作，每次只能使一位LED显示，但由于人的视觉暂留现象，仍感觉所有的LED显示器都在同时显示。这种显示的优点是使用硬件少，占用I/O口少。缺点是占用 CPU时间长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。但随着大规模集成电路的发展，目前已有能自动对显示器进行扫描的专用显示芯片，使电路既
33、简单又占用CPU时间。在我们所设计的温度计中数码管显示就是利用的动态显示。3.2.2 LED连接电路将单片机的P0 口作为段码信号输出口，P2 口作为位选端口，如图3.3所示： 图 3.3 LED连接电路 Fig 3.3 LED connection circuit3.3 温度采集模块的设计3.3.1 DS18B20概述 DS18B20与传统的热敏电阻等测温元件相比,它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。传统的热敏电阻等一些测量温度的元件一般输出的是电压，要转化成控制需要用到的温度数据，需要一系列的外加电路，不仅会使制作成本变髙，同时会使得硬件电路更加复杂。D
34、S18B20温度传感器是芙国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统传感器不同，DS18B20可直接将采集到的温度转换成数字信号，通过单条数据先串行发送出去。只要严格严格遵循其规定时序逻辑和脉冲间隔，就能舍去了同步时钟信号线，做到了器件引脚最少化，达到温度釆集目的。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性： （1）独特的单线接口方式，DS1820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DS1820的双向通讯。 （2）DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。 （3）DS1820在使用中不需要任何外围元件。 （4）
35、温范围55125，固有测温分辨率0.5。 （5）测量结果以9位数字量方式串行传送。3.3.2 DS18B02工作原理及功能指令采用TO-92封装的DS18B20有3个引脚，其外观形状跟普通三极管非常相似1、 GND为电源地2、 DQ为数字信号输入/输出端3、VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。由于外部电源供电方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，电路简单，是DS18B20较好的工作方式 图3.4 DS18B02封装图 Fig 3.4 the DS18B02 package diagram低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶
36、振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1 ，计数器1的预置将重新被装入，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，其输出用于修正计数器1的预置值。如图3.5所示。 图3.5 DS18B20内部结构图 Fig 3.5 the DS18B20 internal stru
37、cture of the diagram3.3.3 DS18B02连接电路图3.6 外部电源供电接法Fig 3.6 external power supply connection 图3.7 DS18B20连接电路图Fig 3.7 DS18B20 connection schematic3.4 温度控制模块的设计3.4.1 电动调节阀1、电动调节阀原理 电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。随着工业领域的自动化程度越来越高， 正被越来越多的应用在各种工业生产领域中。与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：节电动调节阀能（只在工作时才消耗电能），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复
38、杂的气动管路和气泵工作站）。由电动执行机构和调节阀连接组合后经过机械连接装配、调试安装构成电动调节阀。通过接收工业自动化控制系统的信号来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数，实现自动化调节功能。电动调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经电动调节阀的相对流量与它的开度之间关系。动作原理： 电机电源220VAC 或者380VAC，控制信号420mA，阀里面有控制器，控制器把电流信号转换为步进电机的角行程信号，电机转动，由齿轮，杠杆，或者齿轮加杠杆，带动阀杆运作，实现直行程或角行程。反馈： 电机运行，通过齿轮运转，由三接头的滑动变阻器输出
39、阀门的定位信号，此外还有三根线的限位信号（全开，全开。公共线）2、电动调节阀的优点：（1）用电源既方便又节约，省去了建立气源站的一系列费用； （2）用“气动阀+电气阀门定位器+气源”的复杂方式，它不只是增加了费用，反而带来了可靠性的下降（环节越多，可靠性差的因素增加）； （3）从经济性上看，除省去气源站的费用外，还省去电气阀门定位器的费用：现在一台好的进口的电气阀门定位器，通常在50006000元以上，更好的在800010000的价位上，而这个价位基本上可购回上述高可靠的电子式执行机构； （4）环节减少了，相应减少了维修工作量。3.4.2 驱动电路1.光耦元件4N35简介 光电耦合器（简称光耦
40、）是以光为媒介把输入端信号耦合到输出端，来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内，将它们的光路耦合在一起，当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电光电”转换。输入和输出之间不共地，因此广泛地应用于需要信号隔离的电路中。由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号，传输信号的频率高等优点，在电路上获得了广泛的应用。图 3.8 光电耦合器4N35 Fig 3.8 optocoupler 4N353.4.3 温度控制模块电路 单片机把设定值和经过温度采集
41、电路的采样值，进行比较，通过PID运算，得到PWM输出量，软件模拟PWM控制晶闸管（Q1）的导通角控制电压，从而控制加热炉温度。由于仿真需要，本设计把晶闸管换做三极管。 图 3.9 温度控制模块电路Fig 3.9 Temperature control module circuit3.4 串行通信模块设计3.4.1 MAX232芯片简介 MAX232芯片是美信公司专门为电脑的标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。芯片引脚图如3-10所示。 图 3.10 MAX232芯片引脚结构图Fig 3.10 MAX232, chip pin-out diagram1.引脚介绍第一部分是电
42、荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R
43、1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。 2.主要特点:1、符合所有的技术标准 2、只需要单一 +5V电源供电 3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V- 4、功耗低，典型供电电流5mA 5、内部集成2个RS-232C驱动器 6、内部集成2个RS-232C接收器 7、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。 如图3.10上半部分电容C1,C2，C3,C4及V+,V-是电源变换电路部分。在实际应用中器件对电源噪声很敏感。因此，VCC必须要对地加上耦电容C5，其值为0.1uF。电容C1,C2，C3,C4取同样数值的电
44、解电容1uF/16V，用以提高抗于扰能力，在连接时尽量靠近器件。下半部分为发送和接收部分。实际应用中，T1IN，T2IN直接接TTL/CMOS电平的MCS51单片一机的串行发送端TXD；R1OUT,R2OUT可直接接TTL/CMOS电平的MCS-51单片机的串行接收口RXD；T1OUT ,T2OUT可直接接PC机的RS-232串口的接收端RXD；R1in,R2in可直接接PC机的RS-232串口发送端TXD。3.4.2 RS-232简介RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标
45、准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS-232C 接口, 全名是 “数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准是目前最常用的一种串行通讯接口，广泛应用于计算机之间、计算机与外设或终端设备之间的近距离连接和数据传输。RS-232C 是EIA的一种通信接口标准，它最初是为远程通信中DTE与DCE间的连接设计的。目的是使各厂家生产的设备能达到接插的兼容性，即不需要任何转换电路就可以互相连接起来，它实际上是一种物理接口标准。RS是“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。DB9型插头如图2.6.2-1所示。1.DB-9型插头座针脚功能如下：DB-9 串行口的针脚功能针脚符号信号名