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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号: 教研室: 电气自动化教研室专 业:电气自动化技术 题 目:基于单片机的温度控制系统设计 指导者: 评阅者: 年 5 月毕业设计( 论文) 评语学生姓名: 班级、 学号: 题 目: 综合成绩: 指导者评语: 该生能按时完成毕业设计( 论文) 任务书规定的工作, 积极查阅有关文献资料, 设计态度端正, 能独立思考并解决有关技术问题, 论文符合学校规定的格式, 写作的规范化程度好。设计方案可行, 有一定的创新性, 如果再多参考一些外文资料, 将会更加完善。建议成绩评定为 , 能够提交答辩。 指导者(签
2、字): 5月15日毕业设计( 论文) 评语评阅者评语: 评阅者(签字): 年 月 日答辩委员会( 小组) 评语: 答辩委员会负责人(签字): 5月20日毕业设计说明书( 论文) 中文摘要 文 献 综 述 摘要 本设计用AT89C51单片机实现房间的恒温控制。该系统由温度检测模块、 温度显示模块、 标准温度设定以及温度控制模块组成。温度检测模块是将DS18B20温度传感器对温度进行测量所传出的数字信号利用单片机进行读取和处理; 温度显示模块用四位LED数码管显示, 温度显示的精度为0.1度; 温度设定模块用三个按键进行房间标准温度值的输入; 温度控制是根据房间的实际温度与设定的标准温度之间的差值
3、来调节可变脉宽( PWM) 的宽度, 从而控制可控硅的导通或截止的时间实现系统的恒温控制。本设计的相关软件编程由汇编语言实现, 与硬件电路相辅相成, 很好实现了系统的功能。本温度控制系统实现简单, 经济有效, 能够达到良好的温度控制效果。本系统操作简单, 实用性强, 成本低廉, 在实际生产生活中能够广泛应用。关键词 AT89C51单片机 温度传感器DS18B20 恒温控制 可变脉宽( PWM) 目录1绪论11.1温度控制系统研究的目的和意义11.2温度控制系统研究概况11.3温度传感器技术12 系统总体方案设计42.1 方案论证42.2 系统功能介绍53系统硬件电路设计73.1传感器接口电路设
4、计73.1.1温度数据采集电路73.2 LED显示接口电设计93.2.1 AT89C51单片机103.2.2 LED数码管123.3 温度控制电路的设计134 脉宽调制164.1脉宽调制的介绍144.2基本原理144.3 脉宽调制信号的设计思想154.4脉宽调制信号的作用154.5脉冲宽度调制优点165系统软件设计166 系统软件调试196.1目测196.2硬件调试196.3 软件的调试196.4 注意事项20结束语22参考文献23致 谢24附录一 程序25附录二 硬件电路图361绪论1.1温度控制系统研究的目的和意义在人类的生活环境中, 温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参
5、数之一, 任何物理变化和化学反应过程都与温度密相关, 因此温度控制是生产自动化的重要任务。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, 智能化是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近几年来, 温度控制系统早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, 却又与人们息息相关的一个世纪问题。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意义。本设计为房间温度控制系统设计, 控制的对象是房间温度。温度控制在日常生活及工业领域应用十分广泛, 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
6、度都需要得到很好的控制。针对这一问题, 本系统设计的目的是实现能够根据设定温度进行自行调节的系统, 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。1.2温度控制系统研究概况国外对温度控制技术研究较早, 始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表, 采集现场信息并进行指示、 记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。当前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快, 一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、 无人化的方向发展。中国对于温度测控技术的研究较晚, 始于20世纪80年代。中国工程技术人员在吸收发
7、达国家温度测控技术的基础上, 才掌握了温度室内微机控制技术, 该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。中国温度测控设施计算机应用, 在总体上正从消化吸收、 简单应用阶段向实用化、 综合性应用阶段过渡和发展。在技术上, 以单片机控制的单参数单回路系统居多, 尚无真正意义上的多参数综合控制系统, 与发达国家相比, 存在较大差距。中国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度, 生产实际中依然有许多问题困扰着我们, 存在着装备配套能力差, 产业化程度低, 环境控制水平落后, 软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。1.3温度传感器技术传感器技术是现代信息技术的主要内容之一, 信息技术包括计算机技术、 通
8、信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快, 相当成熟, 而传感器应用技术因为需要使用模拟技术, 而模拟技术还有很多问题难以解决, 因此传感器应用技术也有待进一步发展。为了适应现代科学技术的发展, 世界总舵国家都把传感器技术列为现代的关键技术之一。一般将能把非电量转换为电量的器件称为传感器, 其实质上是一种功能块, 作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。它是实现测试与自动控制系统的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠地测量, 那么无论是信号转换或信息处理, 或者最佳数据的显示和控制都将无法实现。 温度传感器, 使用范围广, 数量多, 居各种传感器之手。温度传感器的发展大致经历了以
9、下三个阶段: 传统的分立式温度传感器( 含敏感元件) , 主要输能够进行非电量和电量之间的转换; 模拟集成温度传感器/控制器; 智能温度传感器。当前, 国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、 集成化、 智能化及网络化的方向发展。温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类, 其中, 接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触, 经过热传导及对流原理达到热平衡, 这个示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高, 并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、 热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象, 这种方法将会产生很大的误差。非接触测温
10、的测温元件与被测对象互不接触。常见的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象, 也可测量温度场的温度分布, 但受环境的影响比较大。温度传感器的发展大致可分为以下几种: ( 1) 热电偶传感器。热点偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器, 它与被测对象直接接触, 不受中间介质的影响, 具有较高的精度; 测量范围广, 可从-501600进行连续测量, 特殊的热电偶如金,铁,镍,铬最低可测到-269, 钨,铼最高可达2800。( 2) 模拟集成温度传感器。采用硅半导体集成工艺制成的, 因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是
11、在20世纪80年代问世的, 它将温度传感器集成在一个芯片上、 可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是: 功能单一、 测温误差小、 价格低、 响应速度快、 传输距离远、 体积小、 微功耗等, 适合远距离测温, 不需要进行非线性校准, 外围电路简单。( 3) 光纤传感器。光纤测温技术可分为两类:全辐射测温法, 单辐射测温法, 双波长测温法, 多波长测温法等。特点是: 光纤挠性好、 透光谱段宽、 传输损耗低, 无论是就地使用或远传均十分方便而且光纤直径小, 能够单根、 成束、 Y型或阵列方式使用, 结构布置简单且体积小。缺点是: 测量起来困难,难于实现较高的精度, 工艺比
12、较复杂,且造价高, 推广应用有一定困难。( 4) 半导体吸收式光纤温度传感器。半导体吸收式光纤温度传感器是利用了半导体材料的吸收光谱随温度变化的特性实现的。一种传光型光纤温度传感器, 是指在光纤传感系统中, 光纤仅作为光波的传输通路, 而利用其它如光学式或机械式的敏感元件来感受被测温度的变化。在这类传感器中, 半导体吸收式光纤温度传感器是研究得比较深入的一种。( 5) 智能温度传感器。智能温度传感器(亦称数字温度传感器) 是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、 计算机技术和自动测试技术( ATE) 的结晶。当前, 国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传
13、感器、 A/D传感器、 信号处理器、 存储器( 或寄存器) 和接口电路。有的产品还带多路选择器、 中央控制器( CPU) 、 随机存取存储器( RAM) 和只读存储器( ROM) 。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量, 适配各种微控制器( MCU) , 而且可经过软件来实现测试功能, 即智能化取决于软件的开发水平。随着科学技术的不断进步与发展, 温度传感器的种类日益繁多, 数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有能够克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点, 被广泛应用于工业控制、 电子测温计、 医疗仪器等各种温度控制系统中
14、。其中, 比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、 MAX6575、 DS1722、 MAX6635等。相比较而言, 传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件, 热敏电阻成本低, 但需要后续信号处理电路, 而且热敏电阻的可靠性相对较差, 测量温度的准确度低, 检测系统的精度差。数字式温度传感器的种类也不少, 而且在实际工程设计中具有上述诸多优点。2 系统总体方案设计2.1 方案论证方案一: 本课题的初步设计方案是经过控制调功电路的导通比, 来实现对被调对象的控制, 由图1可见, 负载是加热器件, 而过零触发电路是由锯齿波发生, 信号综合, 直流开关, 同步电压与过零脉冲输出5个环节组成。如
15、下图所示: 图2.1 方案一电路图 图2.1为第一个设计方案, 该方案的工作原理简述如下: （1） 锯齿波是由单结晶体管BT和R1, R2, R3, W1和C1组成的张驰震荡产生, 然后经射极跟随器V1、 R4输出。（2） 控制电压( Uk) 与锯齿波电压进行电流叠加后送到V2的基极, 合成电压为Us, 当Us0( 0.7) 时V2导通, Us0(0.7), V2导通, Ube3接近零电位, V3截止, 直流开关导通。输出24V直流电压。（4） 过零脉冲的输出, 由同步变压器TB, 整流桥D1及R10, R11组成一削波同步电源, 这个电源与直流开关的输出电压共同去控制V4与V5。只有当直流开
16、关导通期间, V4截止, V4、 V5基电极和发射极之间才有工作电压, 才能工作在期间, 同步电压每次过零时, V4截止, 其集电极输出正电压, 使V5由截止转导通, 经脉冲变压器输出触发脉冲而此脉冲使晶闸管T在需要导通的时刻导通。在直流开关导通期间使出连续的正弦波控制电压Uk的大小决定了直流开关导通时间的长短, 也就决定了在设定周期内导通的周波数, 从而可输出功率的调节。显然, 控制电压Uk越大, 则导通的周波数就越多, 输出的功率也就越大, 电阻炉的温度也就越高, 反之, 电阻炉的温度就越低。闭环控制自动调温的基本指导思想是在系统中增设温度传感器和温度调节器, 温度传感器的基本功能是检测电
17、炉的实际温度, 并变换成电压讯号和炉温控制电压Uk进行比较, 根据两者差值的大小( e=Uk-Uft) 和变化方向( 即e为正还是为负) , 经过调节器进行相反方向的调节, 使调节器的输出控制直流开关导通时间的长短, 从而使设定周期内晶闸管的导通周波数增大或者减小, 相应的电炉温度升高一点或者减小一点。采取这种控制方式, 能够使炉温在较小的范围内变化, 控制精度高。方案二: 为了使得电路的简单化, 采用单片机作为控制核心来设计本课题, 温度信号采集使用温度传感器DS18B20, 温度控制的基本思想为: 经过采集到的温度与标准温度之间的差值来控制加热电阻丝的通电时间长短, 从而起到恒温控制的目的
18、。方案二的设计框图如下图所示: 单片机温度采集按键电路电源显示电路温控电路图 2.2 方案二设计框图本方案采用单片机作为控制核心, 使用温度传感器进行温度采集, 经过将采集到的温度与标准设定温度之间的差值进行温度控制, 从而使得温度维持在标准设定温度。本方案设计成本低, 具有具有较高的可靠性, 对于系统动态性能与稳定要求不是很高的场合非常的合适。2.2 系统功能介绍本设计是对房间温度进行检测与控制, 设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能: 当温度低于设定的温度时, 系统自动经过PWM启动加热装置, 使温度上升。当温度高于设定的温度时, 停止加热。三位数码管及时显示温度, 精确到小数点后一
19、位。本文设计的温度控制系统具有如下功能: ( 1) 经过温度芯片DS18B20采集温度, 并以数字信号的方式传送给单片机。( 2) 四位数码管动态实时显示房间温度, 显示精度0.10C。( 3) 三个按键实现标准温度的设定。( 4) 利用PWM实现温度的控制。3系统硬件电路设计 图3.0电路硬件图此方案以AT89C51为核心, 经过DS18B20检测房间温度, 将信号传输至单片机, 用四位LED数码管显示温度, 同时经过将检测的温度与标准设定温度的偏差来控制电阻丝通断时间的长短, 从而达到恒温控制的目的。3.1传感器接口电路设计3.1.1温度数据采集电路 DS18B20是美国DALLAS半导体
20、公司生产的可组网数字式温度传感器, 与其它温度传感器相比, DS18B20具有以下特性: 独特的单线接口方式, 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DS18B20的双向通讯。DS18B20支持多点组网功能, 多个DS18B20能够并联在唯一的三线上, 实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件, 全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。温度范围55125, 固有测温分辨率0.5; 测量结果直接输出数字温度信号, 以”一线总线”串行传送给CPU, 同时可传送CRC效验码, 具有极强的抗干扰纠错能力; 测量结果以9位数字量方式串行传送。
21、DS18B20虽然具有测温系统简单、 测温精度高、 连接方便、 占用口线少等优点, 但在实际应用中也应注意以下几方面的问题: ( 1) 系统的硬件虽然简单但需要相对复杂的软件进行补偿, 由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送, 因此, 在对DS18B20进行读写编程时, 必须严格的保证读写时序, 否则将无法读取测温结果。( 2) 在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题, 容易使人误认为能够挂任意多个DS18B20, 在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超过8个时, 就需要解决微处理器的总线驱动问题, 这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意
22、。(3)连接DS18B20的总线电缆有长度限制。由于信号电缆本身存在电阻, 距离过长时将导致信号衰减。试验中, 当采用普通信号电缆传输长度超过50m时, 读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时, 正常通讯距离可达150m。DS18B20有PR-35和SOIC两种封装形式, 管脚排列如表3.1所示。本系统选用PR-35封装形式。DS18B20返回温度值虽然只有9位, 如图3.1.2所示。管脚管脚定义说明8脚SOIC 3脚PR-352 1GND地1 2I|O数据输入端8 3VCC电源3 4 5 6 7NC空脚表3.1 DS18B20管脚排列图3.1.2 DS18B20温度值表
23、示方法D9为符号位, 0表示正, 1表示负, 高字节的其它位( D10D15) 是以符号位的扩展位表示的; D0D8为数据位, 以二进制补码表示。温度是以1/2LSB形式表示的。表3.2为数值和温度的关系。温度数据( 二进制) 数据( 十六进制) +1250000 0000 1111 101000FAH+250000 0000 0011 00100032H+0.50000 0000 0000 00010001H00000 0000 0000 00000000H+0.51111 1111 1111 1111FFFFH-251111 1111 1100 1110FFCEH-551111 1111
24、1001 0010FF92H表3.2 DS18B20数值和温度的关系因房间环境温度不能出现负温情况, 因此本系统不考虑负温情况, 这样, 在硬件选取上能够考虑选用商业级器件, 不必要选用工业级器件, 能够大幅度降低成本。因此单片机读取温度信息后, 只需将低字节( D0D8) 送入上位机和控制电路即可。3.2 LED显示接口电设计 本系统选用的是四位数码管动态实时显示房间温度, 显示精度0.10C。具体电路图如图3.2: 图3.23.2.1 AT89C51单片机单片机选用ATMEL公司的可在线编程的AT89C51, 用于温度采集及数据通讯。AT89C51 是一个低功耗, 高性能CMOS 8位单片
25、机, 片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可重复擦写1000次的Flash只读程序存储器, 器件采用ATMEL公司的高密度、 非易失性存储技术制造, 兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构, 芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元, 功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C51具有如下特点: 40个引脚, 4k Bytes Flash片内程序存储器, 128 bytes的随机存取数据存储器( RAM) , 32个外部双向输入/输出( I/O) 口, 5个中断优先级2
26、层中断嵌套中断, 2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口, 看门狗( WDT) 电路, 片内时钟振荡器。AT89C51有3个并行I/O端口, P0:P0.0P0.7、 P1.0P1.7、 P2.0P2.7。P0端口在没有片内存储器时, 能够作为普通I/O口使用, 外接存储器时作为地址线/数据线使用。P1端口能够作为普通I/O口使用, 同时P1.0、 P1.1、 P1.5P1.7还具备特殊功能, 如表3.4所示。P2端口在没有片外存储器时, 能够作为普通I/O口使用, 外接存储器时作为高8位地址使用。引脚特殊功能P1.0T2: 定时器|计数器2的外部计数器输入P1.1T2EX: 定时器
27、|计数器2的捕捉|重载触发及方向控制P1.5MOSI: 用于在线编程( ISP) P1.6MOSI: 用于在线编程( ISP) P1.7SCK: 用于在线编程( ISP) 表3.4 AT89C51 P1端口的特殊功能引脚特殊功能P3.0RXD (串行口输入)P3.1TXD (串行口输入)P3.2INT0 (外部中断输入0)P3.3INT1 (外部中断输入1)P3.4T0( 定时器0外部输入) P3.5T1( 定时器1外部输入) P3.6WR ( 外部数据存储器写控制) P3.7RD ( 外部数据存储器读控制) 表3.5 AT89C51 P3端口的特殊功能单片机在本房间温度监控系统中主要用于通讯
28、及温度采集。P3.0接DS18B20。P0口用于温度显示接口的设计。单片机与控制电路共用一个外部时钟, 采用片内存储器, 设有上电复位功能。单片机最小系统如图3.2.1: 图 3.2.1 单片机最小系统3.2.2 LED数码管 LED显示器即为发光二极管显示器, 具有显示醒目、 成本低、 配置灵活、 接口方便等特点, 单片机应用系统中常见它来显示系统的工作状态和采集的信息输入数值等。LED显示器按其发光管排布结构的不同, 可分为LED数码管显示其和LED点阵显示器。LED数码管主要用来显示数字及少数字母和符号, LED点阵显示器可显示数字、 字母、 汉子和图形等。LED点阵显示器虽然显示灵活,
29、 但其占用的单片机系统软件、 硬件资源远大于LED数码管。因此除专门应用大屏幕LED点阵显示或有特殊显示要求场合外, 几乎所有单片机应用系统都采用LED数码管显示。本系统选用的是LED数码管显示器。数码管显示器有两种工作方式, 即静态显示方式和动态显示方式。静态显方式程序非常简单, 占用CPU时间资源很少, 只是在显示字符改变时调用一下显示程序。但硬件电路繁多, 每个数码管需要一个8位I/O口、 一个8位驱动、 8个限流电阻。一般用于数码管位数较少的场合。LED静态显示由于使用的元器件较少, 在数码管显示器较多的场合, 电路显得烦琐, 为了简化线路, 减低成本, 本系统选用的是动态扫描显示方式
30、。动态扫描显示方式的工作原理是: 逐个地循环点亮各位显示器, 也就是说在任意时刻只有1位显示器在显示。为了使人看到所有显示器都在显示, 就得加快循环点亮各位显示器的速度( 提高扫描频率) , 利用人眼的视觉残留效应, 给人感觉到与全部显示器持续点亮的效果一样。动态扫描显示电路如图3.2.2: 图3.2.2动态扫描图3.3 温度控制电路的设计 图3.3 经过调节脉冲宽度来控制双向可控硅的通断。当脉冲宽度变宽( 占空比增大) 时, 双向可控硅的导通时间延长, 电阻丝加热时间延长从而使温度升高。反之脉冲宽度变窄( 占空比减小) 时, 双向可控硅的导通时间缩短, 电阻丝的加热时间缩短使得温度降低。以此
31、方法来控制温度的恒定不变。4 脉宽调制4.1脉宽调制的介绍PWM就是脉冲宽度调制的英文缩写, 方波高电平时间跟周期的比例叫占空比, 例如1秒高电平1秒低电平的PWM波占空比是50% 脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的, 除了PWM型, 还有PFM型和PWM、 PFM混合型。脉宽宽度调制式( PWM) 开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下, 经过电压反馈调整其占空比, 从而达到稳定输出电压的目的。 脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术, 广泛应用在从测量、 通信到功率控制与变换的许多领域中。 4.2基本原理随
32、着电子技术的发展, 出现了多种PWM技术, 其中包括: 相电压控制PWM、 脉宽PWM法、 随机PWM、 SPWM法、 线电压控制PWM等, 而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法, 它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形, 经过改变脉冲列的周期能够调频, 改变脉冲的宽度或占空比能够调压, 采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。能够经过调整PWM的周期、 PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 模拟信号的值能够连续变化, 其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件, 因为它的输出电压并不精确地等于9V, 而是随时间发生变化, 并可取任何实数值。与此类似, 从电池
33、吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值一般只能属于预先确定的可能取值集合之内, 例如在0V, 5V这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来进行控制, 如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中, 音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时, 电阻值变大或变小; 流经这个电阻的电流也随之增加或减少, 从而改变了驱动扬声器的电流值, 使音量相应变大或变小。与收音机一样, 模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单, 但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是, 模拟电路容易随时间漂移, 因而难以调节。能够解决这个问题的精密
34、模拟电路可能非常庞大、 笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热, 其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感, 任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 经过以数字方式控制模拟电路, 能够大幅度降低系统的成本和功耗。另外, 许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器, 这使数字控制的实现变得更加容易了。 4.3 脉宽调制信号的设计思想本课题的脉宽调制信号是设定周期为1s矩形波。它的产生将定时计数器设定在10ms定时, 后经过寄存器R3来控制脉宽调制信号的周期, 本课题只是达到一种模拟的效果, 在精确上没有过高的要求, 因此将1s周
35、期分成100等份, 即设定定时器的定时为10ms, R3中启动定时器的次数100。寄存器R2中存放的数据是根据检测电路和控制电路转换过来的一个数, R2中存放的数值的大小用于控制脉冲信号, 在1s内高电平的时间长短。这样能够从P2.6口检测到定周期脉冲可调的控制信号。4.4脉宽调制信号的作用 可控脉冲脉宽调制信号由P3.0口输出将P3.0口输出的矩形波信号接于双向可控硅的控制端来控制可控硅的通断。当矩形波在一个周期内高电平的时间越长, 双向可控硅的导通时间越长, 即发热元件上发出的热量也越多。总之, 发热元件上释放出能量的高低由矩形波在一个周期内高电平的时间长短所决定的。4.5脉冲宽度调制优点
36、PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的, 无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时, 也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点, 而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM能够极大地延长通信距离。在接收端, 经过适当的RC或LC网络能够滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 总之, PWM既经济、 节约空间、 抗噪性能强, 是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 5系统软件设计本设计总体程序框图如下, 总体程序由
37、主程序, 按键子程序, 温度获取子程序三部分组成。 图5.1 总体程序框图初始化存储操作命令ROM操作命令开始DS18820 存在? 结束读取温度值否是 图5.2读温度流程图6 系统软件调试6.1目测1.有无短路处。2.对照电路图看有无接错、 漏接处。3.有无虚焊处。4元件是否都对6.2硬件调试首先应进行上电前的准备。为了防止硬件的损坏, 应在电路板上电前进行电路检查, 包括: 对芯片的焊接方向进行检查, 对芯片的引脚进行短路和断路检查。在经过检查确认芯片的焊接没有任何问题的情况下, 进行上电检查, 在电源打开后, 先判断电路是否存在异常, 如出现芯片过热等现象, 应及时切断电源, 检查电路故
38、障。在上电无异常状况的前提下, 能够用万用表和示波器进行测量。首先测量电源芯片的输出电压是否正常, 然后用示波器分别测量各个主要芯片电源引脚, 察看电源的波形情况, 如有纹波, 则在预先留出的位置上焊上退耦电容以消除纹波, 保证芯片工作正常。电源测量完毕后, 进一步用示波器测量有源晶振的输出脚, 其输出是频率为8MHz的波形(非方波, 类似正弦波)。在确定晶振起振后, 按住复位键, 使单片机始终保持在复位状态, 同时测量其各个引脚的电平情况, 并同数据手册上表述的复位时的芯片引脚状态进行比对, 由此可判断单片机是否正常。确认单片机正常之后就能够经过仿真器连接用户板进行调试。6.3 软件的调试由
39、于软件的编写都是根据各个模块进行的, 我们在进行软件的系统模拟调试时应, 先确认硬件的接口标记是否在软件程序中一一对应, 而且要检测所编写的软件有没有知识性的错误。在觉得基本没有问题后我们经过电脑将程序编译进入系统核心AT89S52单片机, 检验软件与硬件各部分是否协调的工作。出现问题时我们要耐心的检查程序并作出适当的修改, 直到软件系统的完全契合硬件电路, 那我们软件就调试成功了。1、 测试环境环境温度28摄氏度, 室内面积20平方米测试仪器: 数字万用表, 温度计0-100摄氏度2、 测试方法使系统运行, 采用温度计同时测量室内度变化情况, 得出系统测量的温度。3、 测试结果设定温度由0摄
40、氏度到40摄氏度标定温差=1摄氏度 调节时间 15s( 具体视现场情况) 静态误差=0.5摄氏度 最大超调量1摄氏度4、 经过测试分析, 对于实际室内的温度控制, 能够再提出以下 2 点方法 : 增加传感器个数, 对各个温度传感器采集的数据进行求算术平均, 可得到较为准确的温度值。 对实际室内的温度控制, 可采用功率较大的电炉, 而且经过风扇对箱内温度进行充分搅和, 降温设备可采用空气压缩机等制冷设备。 5、 经过实验测试和分析, 发现虽然传感器的温度采集精度最高可得到 0.06 , 但测试得到的数据最小间隔为 0.03 。经过分析, 当对浮点数求平均处理时, 遇到同一时刻两个传感头采集的温度
41、相差不大, 使 0.06 时求出平均温度变为 0.03 为了解该数据是否真实, 可采用一个高精度的数字温度计测试, 发现读出的值与其基本一致, 由此推断如果在同一时间增加采集温度的个数, 则能够进一步提高温度的精度。 6.4 注意事项 ( 1) 测驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况, 经检验发现主要是由于接触不良的问题。其中包括线的接触不良和芯片的接触不良, 在实验过程中, 数码管有几段时隐时现。用万用表检测发现有线接触不良, 重焊后就可正常显示。而芯片接触不良用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通, 其解决方法为把芯片拔出正对万能板孔均匀用力插入。 ( 2) 由于焊接时的
42、大意损坏了元件, 在调试是我们怎么都找不到问题的所在, 我们是用排除法一个一个元件的测试的找出损坏的元件, 重新换上新的元件, 故障得以解决。 ( 3) 还有关于程序调试过程中出现的问题。执行程序是发现程序执行不稳定, 排除软件的错误外, 经老师的指导才发现单片机的EA管脚没有接地。因为次程序只用到片内程序存储器, 因此在程序执行时一定要把管脚接的, 这样程序才能只执行片内的, 不然程序会乱跳, 从而导致程序执行不稳定。 ( 4) 接三极管的过程中, 发现电路不论程序是什么, 数码管都是显示8字, 经查除发现原来是三极管的极端弄错了, 从新调整极端顺序。 ( 5) 在电路调试时由于我们选用的是对射型的光电传感器由于没正对好使的调试一度中断, 最后我们经过重复的调试解决了问题 ( 6) 调试时由于线路的繁杂, 没有仔细的找到对应部分的线路, 使的调试的结果与预期出现很大的误差, 我们经过梳理线路后就调试成功了并达到了预期的效果。 ( 7) 在调试时几个模块的电路调试都不是很好, 我们就要对线路的硬件连接做仔细的检查, 调试的时候我们首先要确定连接的电路没有错误, 各个元件管脚间没有虚