机电一体化专业毕业论文--基于单片机控制的恒温箱设计

机电一体化专业毕业论文--基于单片机控制的恒温箱设计内容摘要：

源， 1 为外部电源 图 DS18B20 与 AT89C51 单片机的接口电路 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； DS18B20 与 AT89C51 通信分析： 当程序运行时，首先将 DS18B20 初始化，设置好要求的初始值，再调用温度读取子程序读取温度测量值，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。 对应的温度计算：当符号位 S 0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S 1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 第九个字节是冗余检验字节。 DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位 0 温度值高位 1 高温限值 TH2低温限值 TL3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7CRC 检验 8 根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16～ 60 微秒左右，后发出 60～ 240 微秒的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。 根据 ROM 指令表指 令约定代码 功能读 ROM 33H读 DS1820ROM 中的编码（即64 位地址）符合 ROM55H 发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。 搜索 ROM0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM地址。 为操作各器件作好准备。 跳过 ROM0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820发温度变换命令。 适用于单片工作。 告警搜索命令 0ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。 根据 RAM 指令表 指令约定代码功能温度变换 44H 启动 DS1820 进行温度转换， 转换时最长为 500ms（典型为 200ms）。 结果存入内部 9 字节 RAM 中。 读暂存器 0BEH内部 RAM 中 9字节的内容写暂存器 4EH发出向内部 RAM 的 4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器 48H将 RAM 中第 4 字节的内容复制到 EEPROM 中。 重调 EEPROM0B8H 将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 4 字节。 读供电方式 0B4H 读 DS1820 的供电模式。 寄生供电时 DS1820 发送“ 0”，外接电源供电 DS1820 发送“ 1”。 DS18B20的读写时序和测温原理与 DS1820相同 ,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 根据上述工作编写相关子程序： 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需进行 CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。 2 温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令 ,当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成。 3 计算温度子程序 计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的 判定。 将以上子程序或单独调用或加入初始化中优化程序布局。 温度数据的计算处理方法： 从 DS18B20 读取出的二进制值必须先转换成十进制值，才能用于字符的显示。 因为 DS18B20 的转换精度为 9~12 位可选项的，为了提高精度采用 12 位。 在采用 12 位转换精度时，温度寄存器里的值是以 为步进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以 ，就是实际的二进制温度值。 一个十进制值和二进制值之间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的低半字节化成十进制后，就是温度值的小数部分。 小数部分因为是 半个字节，所以二进制值范围是 0~F，转换成十进制小数值就是 0。 0625 的倍数（ 0~15）。 采用 1位显示小数，可以精确到 ℃。 按键输入电路 在按键模块 （ a） （ b） 如图 按键输入模块 按键电路图分析： ，设置为预设温度个位调整位 ，设置为预设温度十位调整位 预定低电平为有效按键，采用去抖动子程序确定按键的有效性 按键电路运行分析： 当系统通电正常运行时，系统每一秒钟就对按键电路扫秒一次 ，扫描结束后，将扫描的结果送至系统中进行校验，如果有按键按下，则判断是那个键按下，在进行相关操作。 例如，判断是 按下，此按键设定为预设温度各位调整位，每检测一次有按键按下，则预设位就自动加一，当加到 9 时再加一则变为 整方法相同。 同时，在 DS18B20 里面的存储数据也会改变，进行温度的调整。 其流程图如 所示： 继电器模块 固态继电器 SSR 工作原理 本系统采用固态继电器进行控制 ,它的控制原理是：固态继电器只有两个输入端 和 及两个输出端，是一种四端器件。 工作时只要在、上加上 一定的控 制信号，就可以控制两端之间的“通”和“断”，实现“开关”的功能，其中耦合电路的功能是为、端输入的控制信号提供一个输入 /输出端之间的通道，但又在电气上断开 SSR 中输入端和输出端之间的 电 联系，以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是“光耦合器”，它动作灵敏、响应速度高、输入 /输出端间的绝缘 耐压 等级高；由于输入端的负载是发光二极管，这使的输入端很容易做到与输入信号电平相匹配，在使用可直接与计算机输出接口相接，即受“ 1”与“ 0”的逻辑电平控制。 触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作， 但由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网，为此特设“过零控制电路”。 所谓“过零”是指，当加入控制信号，交流电压过零时，即为通态；而当断开控制信号后，要等待交流电的正半周与负半周的交界点 零电位 时，才为断态。 这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。 吸收电路是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌 电压 对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰 甚至误动作 而设计的，一般是用“ RC”串联吸收电路或非线性电阻 压敏电阻器。 SSR 成功地实现了弱信号 Vsr 对强电 输出端负载电压 的控制。 由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低 约十余毫瓦就可正常工作 ，而且 Vsr 所需的工作电平与 TTL、 HTL、 CMOS 等常用集成电路兼容，可以实现直接联接。 SSR 由于是全固态电子元件组成，与 MER 相比，它没有任何可动的机械部件，工作中也没有任何机械动作； SSR 由电路的工作状态变换实现“通”和“断”的开关功能，没有电接触点，所以它有一系列 MER不具备的优点，即工作高可靠、长寿命 有资料表明 SSR 的开关次数可达 108109次，比一般的 MER 高几百倍 无动作噪声；耐振耐机械冲击安装位置无限制很容易用 绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。 交流型 SSR 由于采用过零触发技术，因而可以使 SSR 安全地用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用 MER 而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。 SSR 能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特点。 下图是一个，单片机继电器进行通讯 LED 数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。 静态显示数据稳定，使用的硬件较多。 动态显示需要 CPU 时刻对显示器件进行数据 刷新，显示数据有闪烁感，占用的 CPU 时间多。 这两种显示方式各有利弊：静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU 时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，动态显示虽然有闪烁感，占用的 CPU 时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。 使用单片机系统串行输出，利用其串 /并转换功能，送入数码管显示。 基本的半导体数码管是有 7 个条状发光二极芯片排列而成的，也称为七段数码显示器，可实现 0～ A～ F 以及 H、 P 的显示。 从各发光电极连接方式分为共阳极和共阴极两种。 共阳极是指笔画显示器各段发光管的阳极（即 P 区）是公共的，而阴极 互相隔离。 共阴极型是笔画显示器各段发光管的阴极（即 N 区）是公共的，而阳极是互相隔离的，共阴极 LED 数码管的 a～ g 及小数点位 dp 八个发光二极管加阳极加高电平（“ 1”）发亮，加低电平（“ 0”）发暗，而共阳极的 LED 的数码管的 a 及小数点位 dp 八个发光二极管正好相反 本电路采用共阳极数码管 LG5641A 进行动态显示， L5641A 具有四位数码管，这四个数码管的段选 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分别接在一起，每一个都拥有一个共的位选端，通过动态显示可轮流显示，这有利于节省 I/O 口。 用口作为位选控制，口传输要显示的数据，数据 线和位选线直接接单片机的 I/O 口即可，因为 I/O口输出电流很小对 LED，它的电压值足以驱动 LED 本设计就是采用态显示电路图 （ 1）实时温度显示 （ 2）预设温度显示 （ 3）显示电路连接 图 动态显示电路 第 4 章 恒温控制系统软件设计 对单片机控制的软件设计是系统设计任务中的重点和难点。 因此，本章在建立系统各部分软件流程的基础上，设计了各部分的软件控制流程。 由于系统的操作过程和工作过程在程序设计的过程中 起着很重要的指导作用，因此在软件设计之前应分析加热炉的工作流程。 上电复位后电阻丝先处于停止加热状态，但也可以直接启动运行。 运行过程中，系统不断检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热；当温度下降到下限（比预定值低 5℃）时再启动加热。 这样不断地重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。 运行过程中也可以随时改变设定温度，温度设定好后随即生效，系统按新的设定温度运行。 系统软件由主程序、键盘输入程序、设定温度子程序、温度检测子程序、温度控制子程序和显示子程序组成。 . 主程序主程序完成系统的初始 化，温度预置及其合法性。