空調溫度控制系統設計畢業設計說明書(文件)

　

【正文】 控制都是不可能實現的。衡量傳感器靜態特性的重要特性的重要指標是：線性度、遲滯性、重復性、和靈敏度。遲滯性反映了傳感器機械部分不可避免的缺陷。傳感器的動態特性是指傳感器對于隨時間變化輸入量的響應特性。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點，特別適合于構成多點溫度測控系統。它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數據的高速暫存器（內含便箋式RAM），用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL觸發器存儲與控制邏輯，8位循環冗余校驗碼（CRC）發生器等七部分。8位檢驗CRC48位序列號8位工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB 64位ROM結構圖DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEROM。溫度LSB溫度MSBTH用戶字節1TL用戶字節2配置寄存器保留保留保留CRC1字節2字節3字節4字節5字節6字節7字節8字節9字節TH用戶字節1TL用戶字節2EEROM 高速暫存RAM結構DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉換為相應精度的數值。高速暫存RAM的第8字節保留未用，表現為全邏輯1。2322212021222324SSSSS262524LS字節MS字節 溫度數據值格式當符號位S=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位S=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制值。DS18B20的測溫原理。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置值將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。DS18B20控制方法： CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器和數據進行操作。 光電耦合器光耦合雙向可控硅驅動器是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一個砷化鎵發光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發出足夠強度的紅外光，觸發輸出部分。另一方面，光電耦合器的發光二極管是電流驅動器件，可以形成電流環路的傳遞形式。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發光源為發光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。光電耦合器作為線性耦合器使用，在發光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發光二極管上，這樣光電晶體接收到的是偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。 （2）光信號單向傳輸，輸出信號對輸入端無反饋，可有效阻斷電路或系統之間的電聯系，但并不切斷他們之間的信號傳遞。（6）易與邏輯電路連接。匯編語言更接近機器語言，常用來編制與系統硬件相關的程序，如訪問I/O端口、中斷處理程序、實時控制程序、實時通信程序等；而數學運算程序則適合用C51高級語言編寫，因為用高級語言編寫運算程序可提高編程效率和應用程序的可靠性。Keil ，編譯匯編源程序，并生成16進制文件和列表文件。模擬器采用Windows系統，能完全模擬AT89C51的所有功能。 部分程序的流程圖 主程序流程圖。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，要轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路和軟件調試都比較復雜，且制作成本高。在功能上能夠實現對溫度的實時顯示和對恒定溫度20℃的控制，基本實現了在任務書里面所提出的要求。總之，通過本次設計感受頗深，受益匪淺。DS18B20三個基本子程序為：DS18B20初始化程序、讀DS18B20子程序、寫DS18B20子程序。其次是所學的知識點很零散，未曾進行過系統的分析和理解，未能夠學以致用，而在本次設計之后，我對所學知識有了比較系統的理解和掌握，有了一定的運用能力。如：溫度顯示只考慮了零度以上的顯示，不能顯示出零下的溫度；軟件的編譯方面還不夠完善；在硬件上本來應該制作實物出來，但因為時間的關系沒能做出實物也是十分的遺憾。其測溫范圍為55℃～125℃，℃，設計中我采用了AT89C51來作為控制的核心，用DS18B20對溫度進行采集，并用LED數碼管實時顯示，通過后端的升溫降溫驅動電路來完成對恒定溫度的控制。： 顯示部分程序流程圖總結體會經過三個多月的努力，在老師和同學的幫助下基本完成了本次設計的任務。 主程序流程圖 DS18B20的溫度采樣程序流程圖CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器和數據進行操作。 主程序功能單一化，只對各子程序進行控制、調動，使整個程序成為有機的整體。調試器采用Windows系統，允許用戶使用AT89C51的UART串行接口在芯片上調試代碼執行。也就是說，在用戶系統保留AT89C51的情況下，通過開發系統與AT89C51的串行接口通信，直接對用戶系統進行調試，并在調試完成后將調試好的程序下載到AT89C51中。（8）工作溫度范圍寬，符合工業和軍用溫度標準。（4）抗共模干擾能力強，能很好地抑制干擾并消除噪音。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現了“電光電”的轉換。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種“電光電”轉換器件，它由發光源和受光器兩部分組成。光電耦合器也常用于較遠距離的信號隔離傳送。 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個字節內容 寫暫存器 4EH 將數據寫入暫存器的TH、TL字節 復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節寫到E2RAM中 重新調E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節寫到暫存器TH、TL字節 讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發送電源供電方式的信號給主CPU 使用DS18B20的注意事項：(1) DS18B20有很強的承受負壓的能力，這樣偶爾的誤操作不會損壞溫度計；(2) 連接DS18B20的總線電纜（普通三芯線）在只有上拉電阻的情況下，可靠傳輸長度可達45m左右，距離再長時須根據分支點數、總線長度匹配其線間電容及阻抗；(3) 溫度轉換時間DS18B20的為750ms，且靈敏度大為提高，在逐漸升溫的水中與精度為177。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。采用寄生電源供電方式時VDD和GND端均接地。 DS18B20測溫原理圖DS18B20與單片機的接口電路：DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，進而完成溫度測量。圖中GND為地，I/O為數據輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態下呈高電平，VDD是外部+5V電源端，不用時應接地，NC為空腳。當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換，轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第2字節。 配置寄存器TMR1R011111 DS18B20分辨率的定義規定R1R0分辨率/位溫度最大轉換時間/ms009011010113751112750，DS18B20溫度轉換的時間比較長，而且設定的分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間就越長。頭2個字節包含測得的溫度信息，第3和第4字節是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。DS18B20的性能特點如下：l 獨特的單線接口引腳進行通信；l 多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現多點組網功能；l 無須外部器件；l 可以通過數據線供電，~；l 零待機功耗；l 溫度以9或12位數字讀出；l 用戶可定義的非易失性溫度報警設置；l 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；l 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。在本次設計中用DS18B20作為溫度傳感器，它是集成的專門測量溫度的芯片，下面就介紹關于DS18B20的知識。特性曲線一致，重復性就好，誤差也小。傳感器的靜態特性是在靜態標準條件下進行校準（標定）。本次設計中的所用的就是溫度傳感器，下面介紹傳感器的特性：傳感器有靜態特性和動態特性。當LE為“0”電平時，TG1導通，TG2截止；當LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存作用。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。它主要用來檢測數碼管是否損壞。用CD4511實現LED與接口方法如下圖： CD4511實現LED與接口：BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在復位期間CPU檢測并鎖存/EA/VPP引腳電平狀態，當該引腳為高電平時，從片內程序存儲器取指令，只有當程序計數器PC超出片內程序存儲器地址編碼范圍時，才轉到外部程序存儲器中取指令；當該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器中取指令。PSEN：外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效。 ALE：低8位地址鎖存信號。T0（）——定時/計數器T0的外部輸入端 T1（）——定時/計數器T1的外部輸入端 /WR（）——外部數據存儲器寫選通信號，低電平有效 在讀/寫外部存儲器時，P2口輸出高8位地址信號A15～A8。 可編程串行通道1288位內部RAM壽命：1000寫/擦循環AT89C單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51提供4K字節Flash閃速存儲器，128字節內部RAM，32個I/O端口，2個16位可編程定時計數器,5個向量兩級中斷結構，2個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。石英晶振起振后要能在X2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使MCS51片內的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產生一定頻率的機械變形，而這種機械振蕩又會產生交變電場，上述物理現象稱為壓電效應。本電路選用的電容為33pF，晶振頻率為12MHz。供電部分輸入220V、50HZ的交流電，輸出電壓+5V，供給整個電路電源，電流最大為400mA； LM17812和LM17805負載重，功率大，加裝了散熱片。 按鍵電路 電源電路本設計所用的電源電壓為220V，首先交流電經過變壓器降壓為9V的交流電，通過橋式整流，E1,C1濾波，輸出+5V左右的直流電壓，然后再經過集成三端穩壓器IC2（17805），E2,C2濾波，輸出直流5V，給溫度檢測電路、時鐘電路、顯示電路、復位電路等提供工作電壓。按鍵的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時掃描方式），中斷掃描方式。單片機及應用系統中，鍵盤掃描只是CPU的工作內容之一。本鍵盤設計中只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別、決定按鍵的讀數等僅靠軟件來完成，故硬件較為簡單，但占CPU時間較多。 鍵盤設置電路鍵盤是人與微機打交道的主要設備，按鍵的讀取容易引起誤動作。本設計中，我采用了光耦合雙向可控硅驅動器，光耦合雙向可控硅驅動器是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵發光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發出足夠強度的紅外光，觸發輸出部分；輸出部分是一個硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向導通。具體轉換過程如下：我們先將要顯示的數據裝入累加器A中，再將A中的數據轉換成高低兩位的BCD碼，再放回A中，然后將A中的值輸出。數據與代碼轉換。理論上，若兩次顯示之間的時間間隔小于32ms時，人眼既無法分辨，因此，為了達到此要求，LED的掃描頻率一般可以按照下式計算得出:f=32*N。通過分時輪流控制各個數碼管的公共極，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。 LE