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1、目 录1 引言2 工作原理3 主控制部分 4 测量部分5 温度控制及超温和超温警报单元 6 温度控制器件电路7 温度测试单元8 七段数码管显示单元9 计算分析 部分 10 电源输入单元11 程序结构分析 12 主程序 13 测设分析结论 空调温度控制与冷库温度控制综合性能分析1 引言温度控制与系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而
2、导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的 PID 控制方式,但 PID 控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器 DS18B20，因其内部集成了 A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器 DS18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就
3、可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器 DS18B20 进行范围的温度检测。2 设计要求 设计基于空调与冷库温度控制器，用于控制温度。具体要求如下: 1. 温度连续可调，范围为 0-40 2. 超调量 %20% 3. 温度误差0.5 4. 人-机对话方便 3 工作原理温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上
4、限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接 PC 机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。3-1 工作原理图AT89S518BIT CPU键盘电路DS18B20 温度芯片数据传输数据显示继电器 1 N压缩制冷器继电器 2 加热器MAX232
5、电平转换芯片 片超温报警PC 机输入电源4 温度测量部分方案DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-92 小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个 DS18B20 可以并联到三根
6、或者两根线上，CPU 只需一根端口线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上，在本系统中我采用温度芯片 DS18B20 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。图 4-1 温度芯片 DS18B205 主控制部分方案AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system p
7、rogrammable)的可反复擦写 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 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 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 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计
8、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。此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 A TMEL 公司的 A T89S51 单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T
9、89S51 芯片内含有 4 kB 的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024 MHz ,并且价格低廉 ,批量价在 10 元以内。其主要功能特性：兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写(1000 次）ISP Flash ROM32 个双向 I/O 口 4.5-5.5V 工作电压2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHz全双工 UART 串行中断口线 128x8 bit 内部 RAM2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式 3 级加密位看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针
10、 可以看出 AT89S51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个 16 位定时器/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。AT89S51 引角功能说明Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0
11、 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因
12、为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1 接收低 8 位地址。表 4-1 为 P1 口第二功能。表 4-1 P1 口第二功能端口引脚 第二功能P1.5 MOSI（用于 ISP 编程）P1.6 MISO（用于 ISP 编程）P1.7 SCK（用于 ISP 编程）P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）
13、时，P2 口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 也接收高位地址和其它控制信号。 ）P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 I。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表 4-2。 表 4-2 P3 口的第二功能端口功能 第二功能 端口引脚 第二功能RXD（P3.0） 串行输入口 T
14、0（P3.4） 定时/计数器 0 外部输入TXD（P3.1） 串行输出口 T1（P3.5） 定时/计数器 1 外部输入INT0（P3.2） 外中断 0 WR（P3.6） 外部数据存储器写选通INT1（P3.3） 外中断 1 RD（P3.7） 外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST 引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT 益出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用
15、于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：第当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位禁位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有效的 PSEN 信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 公访问外部程序存储器（地址 0000HFFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。需注意的
