基于單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1 基于單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 1 緒論 片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的選題背景 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時(shí)無刻不在與溫度打著交道。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎 80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度不但對(duì)于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測(cè)與控制也有著十分重要的意義。 我國(guó)人多地少，人均占有耕地面積更少。因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能實(shí) 現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，想辦法來提高單位畝產(chǎn)量。溫室大棚技術(shù)就是其中一個(gè)好的方法。 溫室大棚就是建立一個(gè)模擬適合生物生長(zhǎng)的氣候條件，創(chuàng)造一個(gè)人工氣象環(huán)境，來消除溫度對(duì)生物生長(zhǎng)的約束。而且，溫室大棚能克服環(huán)境對(duì)生物生長(zhǎng)的限制，能使不同的農(nóng)作物在不適合生長(zhǎng)的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響不大，部分或完全擺脫了農(nóng)作物對(duì)自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)越來越普及，并且已成為農(nóng)民增收的主要手段。 隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制便成為一個(gè)十分重要的課 題。傳統(tǒng)的溫度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計(jì)，通過讀取溫度值來知道大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度與額定溫度進(jìn)行比較，看溫度是否過高或過低。如果過高，就對(duì)大棚進(jìn)行降溫處理；如果過低，就對(duì)大棚進(jìn)行升溫處理。這些操作都是在人工情況下進(jìn)行的，耗費(fèi)了大量的人力物力?，F(xiàn)在，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來越多，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。大型溫室大棚的建設(shè)對(duì)溫度檢測(cè)技術(shù)也提出了越來越高的要求。 今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為 單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊 2 控制化己成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。采用單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作 用。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。基于此，本課題圍繞應(yīng)用于溫室大棚的基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)展開應(yīng)用研究工作。 片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義 隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，溫室環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的溫度控制措施。但是，目前應(yīng)用于溫室大棚的溫度檢測(cè)系統(tǒng)大多采用模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、 2。這種溫度采集系統(tǒng)需要在溫室大棚內(nèi)布置大量的 測(cè)溫電纜，才能把現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)送到采集卡上，安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時(shí)線路上傳送的是模擬信號(hào)，易受干擾和損耗，測(cè)量誤差也比較大。為了克服這些缺點(diǎn)，本文參考了一種基于單片機(jī)并采用數(shù)字化單總線技術(shù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大棚的的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)實(shí)用者提出的問題進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方案。 數(shù)字化單總線技術(shù) 4是利用 將系統(tǒng)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根導(dǎo)線，允許在這根導(dǎo)線上掛接數(shù)百個(gè)控制對(duì)象，形成多點(diǎn)單總線測(cè)控系統(tǒng)。這些測(cè)控對(duì)象所用的芯片都由該公司提供。采用 單總線協(xié)議后，可在檢測(cè)點(diǎn)將模擬信號(hào)數(shù)字化。這樣，在單總線上傳輸?shù)谋闶菙?shù)字信號(hào)。本文介紹的溫度測(cè)控系統(tǒng)就是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集，利用溫度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制數(shù)字顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫度，同時(shí)通過比較，對(duì)大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進(jìn)行分析。如果超過我們預(yù)先設(shè)定的溫度限制，溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警，并同時(shí)自動(dòng)對(duì)大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。 這種設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示 和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，具 3 有較高的測(cè)量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，安裝簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高，可維護(hù)性好。這種溫度測(cè)控系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，是一種比較智能、經(jīng)濟(jì)的方案，適于大力推廣，以便促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，從而提高溫室大棚的畝產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 外溫室環(huán)境控制 國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于 20世紀(jì) 70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。 80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目 前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。像園藝強(qiáng)國(guó)荷蘭，以先進(jìn)的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世，其玻璃溫室全部由計(jì)算機(jī)操作。英國(guó)倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研制的溫室計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測(cè) 50、濕、氣和水等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控。 內(nèi)溫室控制技術(shù) 我國(guó)對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于 20世紀(jì) 80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機(jī)控制 技術(shù)，該技術(shù)僅限于溫度、濕度和 度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫室設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。我國(guó)溫室現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化農(nóng)業(yè)的境地，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著溫室裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。 室環(huán)境控制技術(shù)的三個(gè)發(fā)展階段 從國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā) 展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段： 1、手動(dòng)控制。這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒有真正意 4 義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對(duì)溫室內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測(cè)及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。 2、自動(dòng)控制。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代控制理論對(duì)溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子如溫度、光照、濕度、 ，進(jìn)行自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)成為溫室控制的主要方式。人為創(chuàng)造適宜作物生長(zhǎng)最佳環(huán)境的自動(dòng)控制技術(shù)手段成為主流。此時(shí)的溫室有比較完整的控制系統(tǒng)，有各種傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，良好的人機(jī)界面使種植者的操作過程形象而且簡(jiǎn)便。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。 3、智能化控制。智能化的控制技術(shù)將農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與溫室自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以溫室綜合環(huán)境因子作為采集與分析對(duì)象，通過專家系統(tǒng)的咨詢與決策，給出不同時(shí)期作物生長(zhǎng)所需要的最佳環(huán) 境參數(shù)，并且依據(jù)此最佳參數(shù)對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理，自動(dòng)選擇合理、優(yōu)化的調(diào)整方案，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)溫室的智能化管理與生產(chǎn)。這種控制方式既能體現(xiàn)作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)揮農(nóng)業(yè)專家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的指導(dǎo)作用，又可充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)的調(diào)控非常方便和有效，實(shí)現(xiàn)溫室的完全智能化控制。 室控制存在的問題 首先是農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)自身的問題，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的技術(shù)還不十分成熟。各種專家系統(tǒng)在收集、整理農(nóng)業(yè)專家知識(shí)時(shí)并沒有把專家是如何學(xué)習(xí)和獲得這些知識(shí)的過程整理出來，這樣開發(fā)的專家系統(tǒng)并不具有真 正的學(xué)習(xí)能力。其次是采集數(shù)據(jù)的束縛，溫室控制技術(shù)主要停留在對(duì)溫室環(huán)境因子的監(jiān)控上，并沒有考慮溫室作物本身的生理過程。還有就是農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在溫室實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用的局限性，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)對(duì)溫室環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不同于開發(fā)單純的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，其中涉及與控制系統(tǒng)的“接口”問題。在開發(fā)溫室農(nóng)業(yè)專家控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)知識(shí)的表達(dá)及推理策略等要認(rèn)真考慮。同時(shí)，將更多的農(nóng)業(yè)知識(shí)用于溫室生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制中，不僅僅局限于對(duì)環(huán)境因子的專家指導(dǎo)。 5 總之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)、傳感器智能化技術(shù)、機(jī)械電子一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)研究的發(fā)展，溫室技術(shù)體系己經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家為合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的前沿性研究領(lǐng)域。 片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)方案；二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：三是單片機(jī)及通信接口的硬件電路及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；四是對(duì)連接單片機(jī)的上位管理計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述。 本文將信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息存儲(chǔ)技術(shù)及信息處理技術(shù)等相互融合，將 溫室環(huán)境多種參數(shù)監(jiān)測(cè)和單片機(jī)控制理論相結(jié)合，提出一種切實(shí)可行的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以全面、實(shí)時(shí)、自動(dòng)地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和處理，并將有關(guān)信息根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用最有效方式送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并可對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。滿足了對(duì)作物生長(zhǎng)狀態(tài)實(shí)行全面、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的要求。與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 傳感器設(shè)計(jì)成智能型，可以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度，減輕監(jiān)控計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。 增加了輔助存儲(chǔ)功能，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)不工作的時(shí)候，采用多媒體存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)。 單片機(jī)的設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)速度， 系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性都有很大提高 對(duì)模擬設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，為防止失真，采用了數(shù)據(jù)插值算法。 利用語(yǔ)音芯片，超限報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了人性化管理。 6 2 單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能如下： 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，測(cè)量空間多點(diǎn)的溫度和濕度：根據(jù)測(cè)量空間或設(shè)備的實(shí)際需要，由多路溫度、濕度傳感器對(duì)關(guān)鍵溫、濕度敏感點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由單片機(jī)對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能、多空間點(diǎn)的測(cè)量。 實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警。 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具 有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程通信功能。 通信系統(tǒng)具有較高的可靠性、較好的實(shí)時(shí)性和較強(qiáng)的抗干擾能力。與計(jì)算機(jī)通訊功能，采用 0米。 長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)記錄功能：可以根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應(yīng)具有功能強(qiáng)大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點(diǎn)。要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)溫范圍： 100 測(cè)溫精度：正負(fù) 測(cè)溫范圍： 0 100%溫精度： 正負(fù) H 片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的原則 要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。 l、可靠性 高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理；對(duì)供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波：系統(tǒng)自診斷功能等。 7 2、操作維護(hù)方便 在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對(duì)操作人員專用知識(shí)的要求，以 利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減少人機(jī)交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡(jiǎn)化的方法。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。 3、性價(jià)比 單片機(jī)除體積小、功耗低等特點(diǎn)外，最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡(jiǎn)化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。 片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的組成與工作原理 以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè) 量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測(cè)量電路，濕度測(cè)量電路， A/據(jù)存儲(chǔ)及顯示電路，語(yǔ)音報(bào)警電路，見圖 用的主要器件有：溫度傳感器 度傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 據(jù)存儲(chǔ)器 儲(chǔ)卡， 4 數(shù)碼管顯示模塊，語(yǔ)音報(bào)警芯片 成定時(shí)器 555芯片等。 圖 硬件結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)以單片機(jī) 據(jù)采集、 存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警以及上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理都要通過單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過單總線的智能溫度傳感器 模擬的濕度傳感器 采集數(shù)據(jù)超出預(yù)警值時(shí)，有語(yǔ)音報(bào)警芯片 時(shí)報(bào)警，然后進(jìn)行相應(yīng)處理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以在計(jì)算機(jī)完成，在計(jì)算機(jī)不工作時(shí)還設(shè)置了輔助的多媒體卡 數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示接收的數(shù)值；數(shù)據(jù)處理主要是上位機(jī)完成的數(shù)據(jù)曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)打 8 印等功能。 在整個(gè)系統(tǒng)中采用了多種總線、協(xié)議技術(shù)，如智能溫度傳感器 儲(chǔ)擴(kuò)展的 擬 片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接的 議技術(shù)等。為防止模擬傳感器數(shù)據(jù)采集的失真，采用了線形插值算法。 在這個(gè)系統(tǒng)中單片機(jī)部分采用語(yǔ)言為匯編和 C 語(yǔ)言混合編程，計(jì)算機(jī)部分采用 。 9 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 統(tǒng)硬件電路構(gòu)成及測(cè)量原理 由于系統(tǒng)要對(duì)大棚內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，因此采用單片機(jī)對(duì)單總線系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)控是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案，其硬件連接非常簡(jiǎn)單，可用單片機(jī)并口 且還可通過 85 轉(zhuǎn)換器串行口使單片機(jī) 與上位計(jì)算機(jī) ( )連接，以便在 統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集溫度的采集、處理、顯示、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖 3 1所示。系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機(jī)、 485串口通信和計(jì)算機(jī)組成。 圖 溫度傳感器的作用是采集大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行判斷和顯示。由于智能溫度傳感器 能對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，又能設(shè)定所需要控制的溫度，并對(duì)溫度值能夠把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，所以本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中 選用智能溫度傳感器傳感器是利用在板專利技術(shù)來測(cè)量溫度的。傳感器和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路都被集成在一起，每個(gè) 具有唯一的 64 位序列號(hào)。并且 有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入 /輸出口，因此，多個(gè) 以并聯(lián)到 3 或 2 根線上， 0 只需一根端口線就能與諸多 行通信，而它們只需簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就能加以識(shí)別，這樣就節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。用戶還可自設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值，并可用報(bào)警搜索命令識(shí)別溫度超限的 于該溫度計(jì)采用數(shù)字輸出形式，故不需要 A/D 轉(zhuǎn)換器。 單片機(jī)主要是對(duì)溫度傳感器行編程，讀取溫度傳感器的溫度值，并把溫度值通過串口通信送入計(jì)算機(jī)。由于 列單片機(jī)與 51 系列單片機(jī)兼容，所以，本系統(tǒng)中的單片機(jī)選用 口通信的作用是把單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)里，起到傳輸數(shù)據(jù)的作用。雖然 串行通訊中目前最常用的接口，且在系列中，每臺(tái)微機(jī)均配有標(biāo)準(zhǔn)的 是這種共地傳輸，由于受距離與環(huán)境的影響，極易受到干擾。因此， 般應(yīng)用于速度低于20kb/s，距離 20m 以內(nèi)的條件下，不適合 于高速、遠(yuǎn)距離通訊。而 行通訊是一種多發(fā)送器的電路新標(biāo)準(zhǔn)，它采用了差分平衡的電氣接口，利用平衡驅(qū)動(dòng)、差分接收的方法，從根本上消除了地線信號(hào)。因此， 用于距離 1200m，速度為 100kb/s 的高速通訊。由于從大棚到計(jì)算機(jī)的距離較長(zhǎng)，因此，在本課題設(shè)計(jì)中，需要在 達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹Ｓ?jì)算機(jī)主要是進(jìn)行編程，對(duì)溫度進(jìn)行顯示、報(bào)警和控制等。 統(tǒng)工作原理 采用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖 3 2 所示。整個(gè)系統(tǒng)以片機(jī)為主機(jī)，其他設(shè)備 為從設(shè)備。單片機(jī)通過 線與 作上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，控制器選用 成上電復(fù)位和看門狗電路。該系統(tǒng)只要一條雙絞線 (一根為信號(hào)線，一根為地線 )從單片機(jī)拉向監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，然后將各種監(jiān)控對(duì)象 (傳感器 )掛接在一根總線上就可以了。本系統(tǒng)通過單總線可以掛接很多個(gè)智能溫度傳感器 于溫室大棚內(nèi)不同地方的溫度測(cè)量和控制。圖 3 2 中只畫出了一個(gè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的配置，其布線接頭與通常電話線路使用的一樣，插入和拔出都很方便。 11 圖 該溫度測(cè)控系統(tǒng)的 工作原理就是進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程和單片機(jī)編程，使智能溫度傳感器 常工作，去檢測(cè)大棚內(nèi)實(shí)際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當(dāng)時(shí)的溫度值。如果采集的溫度值高于上限報(bào)警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制冷設(shè)備，把溫度降下來，當(dāng)溫度降到一定的程度，即低于上限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制冷設(shè)備，使制冷設(shè)備停止工作。當(dāng)采集的溫度值低于下限報(bào)警溫度值時(shí)，系統(tǒng)又發(fā)出報(bào)警，并同時(shí)起動(dòng)制熱設(shè)備，使大棚內(nèi)的溫度上升，當(dāng)溫度上升到一定的程度，即高于下限復(fù)位值時(shí)，立即關(guān)閉制熱設(shè)備，使制熱設(shè)備停止工作，從而使溫室大棚的溫度值維持在一定的 范圍內(nèi)。其具體的溫度越限自動(dòng)控制過程如圖 3 3所示。 圖 溫室控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用開關(guān)量控制，本系統(tǒng)選用了可尋址的單總線控制開關(guān) 它送出 1 位。或 1 作為控制碼信息，去勝制報(bào)警設(shè)備、通風(fēng)機(jī)執(zhí) 12 行機(jī)構(gòu) (空調(diào) )等的開啟與關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)發(fā)現(xiàn)溫度傳感器 讓控制開關(guān) 時(shí)開啟空調(diào)機(jī)工作。 主要特性為： 適用于單總線協(xié)議。 由單 總線上的數(shù)據(jù)作為開關(guān)信號(hào)，控制漏極開路輸出端的通斷狀態(tài)。 控制信號(hào)輸出端 不用外接電源。 三種封裝形式： 92 三腳塑封； 223 四腳平面封裝和 C 腳表面安裝封裝。 防靜電保護(hù)二極管。為防止處在開路狀態(tài)易受靜電等干擾侵入，通常在單總線線路的末端都接上 圖 3 2 中每個(gè)與單總線直接相連的測(cè)控對(duì)象的機(jī)構(gòu)芯片內(nèi)均有一個(gè) 64 位( 中存有 48 位 (進(jìn)制編碼的序列號(hào)，稱之為身份證，以確保芯片掛接在總線上可以被識(shí)別出來，這是在單總線上實(shí)現(xiàn)定位和尋址通信的關(guān)鍵所在。 單總線芯片入口示意圖如圖 3 4所示。由圖 3 4可見，芯片內(nèi)還含有收、發(fā)控制和電源電路，其耗電量都很小，從總線上獲得一點(diǎn)電量存儲(chǔ)在大電容中 就可以正常工作了，故一般不需要另附電源。 圖 、發(fā)控制和入口示意圖 13 統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 測(cè)量范圍： +125，測(cè)量精度： 反應(yīng)時(shí)間 500 度傳感器的選擇 測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個(gè)階段： 的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )： 控制器； 模擬集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在 20世紀(jì) 80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用 擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 (僅測(cè)量溫度 )、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有 模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)和可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有些增強(qiáng)型集成溫度控制器 (例如 53) 中還包含了 A/D 轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。 智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是在 20世紀(jì) 90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù) (結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開發(fā)出多 種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (只讀存儲(chǔ)器 (智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器 (并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。 目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器 是朝著高精度、 多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器 為溫度測(cè)量裝 14 置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9 2位數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 50位和 12位的數(shù)字量，并且從 單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的無需額外電源。因而使用 靠性更高。同時(shí)其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。 線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 +125，在 +85范圍內(nèi)，精度為正負(fù) ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件 合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果?？蓮V泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。 (1)采用 (2)在使用中不需要任何外圍元件。 (3)可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍： + (4)測(cè)溫范圍： +固有測(cè)溫分辨率為 當(dāng)在 +85范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過 在 +125范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過 2。 (5)通過編程可實(shí)現(xiàn) 9 12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 (6)用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 (7)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 15 (8)負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)此時(shí)芯片無法正常工作。 (9)行 9位的溫度轉(zhuǎn)換僅需 (10)適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)。 (11)內(nèi)含 64位激光修正的只讀存儲(chǔ) 除 8位產(chǎn)品系列號(hào)和 8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (后，產(chǎn)品序號(hào)占 48位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其 構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片 在硬件上， 單片機(jī)的連接有兩種方法。一種是將 I/0與單片機(jī)的 I/0線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) 地，其 I/0 接單片機(jī) I/0。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/0 口線要接 5K 見左右的上拉電阻。表 3 5所示： 表 訪問流程是：先對(duì) 始化 ,再進(jìn)行 作命令 ,最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作和對(duì)數(shù)據(jù)操作。 如主機(jī)控制 成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)須經(jīng)歷三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì) 位成功后發(fā)送一條 后發(fā)送 樣才能對(duì) 16 6所示。 圖 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度 系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， 對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將 對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法 計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖 3 6中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是 片機(jī)的選擇 片機(jī)的概述 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四 17 代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路 以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國(guó)際上逐漸采用微控制器 (替單片微型計(jì)算機(jī)(一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。 單片機(jī)的主要特點(diǎn)有： 1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 3)控制功能強(qiáng)。 4)低電壓，低功耗。 芯片 K 字節(jié)快閃存儲(chǔ)器的 8位單片 機(jī)。它具有如下的一些特性： 指令和 89 內(nèi)含 2耐久性 1,000寫 /擦除周期 全靜態(tài)操作 04 二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖 內(nèi)含 128*8位內(nèi)部 15根可編程 I/0引線 2個(gè) 16位的計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 6個(gè)中斷源 帶有可編程串行通訊口 可直接驅(qū)動(dòng) 片內(nèi)模 擬電壓比較器 低功耗空載和掉電方式 另外 ,該單片機(jī)還具有體積小 ,價(jià)格低等特點(diǎn)。 低電壓、高性能 8位 型計(jì)算機(jī)。它采用 51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 司生產(chǎn)的 一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)，它對(duì)許多嵌入式控制的應(yīng)用，提供了一種高度靈活和成本低的解決辦 法。圖 3 7 為 18 圖 入通道的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)輸入通道的作用是將溫控箱的溫度 (非電量 )通過傳感器電路轉(zhuǎn)化為電量 (電壓或電流 )輸出，本系統(tǒng)就是將溫度轉(zhuǎn)化為電壓的輸出。由于此時(shí)的電量 (電壓 )還是單片機(jī)所不能識(shí)別的模擬量，所以還需要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，即將模擬的電量轉(zhuǎn)化成與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，提供給單片機(jī)判斷和控制。輸入通道由傳感器、A/ 溫度傳感器的種類比較繁雜，各種不同的溫度傳感器由于其構(gòu)成材 料、構(gòu)成方式及測(cè)溫原理的不同，使得其測(cè)量溫度的范圍、測(cè)量精度也各不相同。因此在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)選擇不同的溫度傳感器。 850范圍內(nèi)是精度最高的溫度傳感器之一。與熱電偶、熱敏電阻相比較，鉑的物理、化學(xué)性能都非常穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強(qiáng)，離散性很小，精度最高，靈敏度 19 也較好。這些特點(diǎn)使得鉑電阻溫度傳感器具有信號(hào)強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好的特點(diǎn)。由于在本系統(tǒng)中，測(cè)溫范圍較大 (在室溫到 600之間 )，且要求檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好，因此選用 器。 鉑電阻溫度傳感器主要有兩種類型：標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器和工業(yè)鉑電阻溫度傳感器。在測(cè)量精度方面，工業(yè)鉑電阻的測(cè)量穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性一般不如標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，這主要有兩個(gè)方面的原因，其一是高溫下金屬鉑與周圍材料之間的擴(kuò)散使其純度受到污染，從而降低了鉑電阻測(cè)溫的復(fù)現(xiàn)性能，其二是因?yàn)楦邷貤l件下的應(yīng)力退火影響了其復(fù)現(xiàn)性能。但是標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器也存在價(jià)格昂貴，維護(hù)起來較為困難等缺點(diǎn)。考慮到成本，故在本系統(tǒng)中采用工業(yè)級(jí) 鉑電阻測(cè)溫電路的工作方式一般分為恒壓方式和恒流方式兩種。按照接線方式的 不同又可以分為二線制、三線制和四線制幾種。本系統(tǒng)采用的是恒流四線制接法對(duì) 電阻進(jìn)行采樣。鉑電阻溫度傳感器采樣電路如圖 3 8 所示。該電路將溫控箱的溫度轉(zhuǎn)化為電壓輸出。 采用恒流四線制接法的測(cè)溫電路中需要用到一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓源。本系統(tǒng)采用精密基準(zhǔn)電壓源 生基準(zhǔn)電壓，圖中參考電壓 來自準(zhǔn)電壓源電路如圖 3 9所示。 出電壓 是迄今為止同類產(chǎn)品中溫度系數(shù)最低的器件，內(nèi)部有恒溫電路，保證了器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本系統(tǒng) 中基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的電壓不僅提供給鉑電阻采樣電路而且還提供給 A/ 圖 20 圖 ，控制或測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變量，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移、速度等物理量。但是大多數(shù)單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理數(shù)字量，因此必須經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 (A/，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象的識(shí)別和處理。完成 A/。 A/ (1)分辨率表示 A/的分辨能力。 A/ (2)轉(zhuǎn)換時(shí)間指 A/輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)； (3)轉(zhuǎn)換誤差表示 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示； (4)線性度 線性度指實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。目前有很多類型的 A/們?cè)谵D(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色，其中大多數(shù)積分型或逐次比較型的 A/轉(zhuǎn) 換效果不夠理想。溫度控制中 A/統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法是在 A/樣就增加了成本，電路也較為 21 復(fù)雜。綜合考慮，本系統(tǒng)選用 司生產(chǎn)的 16位 。 6位 -型 A/包括由緩沖器和增益可編程放大器 (成的前端模擬調(diào)節(jié)電路、 -調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器等部件組成。能直接將傳感器測(cè)量到的多路微小信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 用 三線串行接口，具有兩個(gè)全差分輸入通道，能達(dá)到 線性的 16 位無誤碼輸出，其增益和輸出更新率均可編程設(shè)定，還可以選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。工作電壓 3V 或 5V，在 3V 工作電壓時(shí)，器件的最大功耗僅為 1 10所示。 圖 (1)行時(shí)鐘，將一個(gè)外部的串行時(shí)鐘加于這一輸入端口，以訪問 串行時(shí)鐘可以是連續(xù)時(shí)鐘以連續(xù)的脈沖串傳送所有數(shù)據(jù)，反之，它也可以是非連續(xù)時(shí)鐘，將信息 發(fā)送給 (2)以晶體 /諧振器或外部時(shí)鐘的形式提供。晶體 /諧振器可以接在 引腳之間，時(shí)鐘頻率的范圍為5005 (3)主時(shí)鐘為晶體 /諧振器時(shí)，晶體 /諧振器被接在 間，如果在 腳處接上一個(gè)外部時(shí)鐘， 提供一個(gè)反向時(shí)鐘； (4)電平有效； (5)電平有效； 22 (6)差分模擬輸入通道 2的正輸入端； (7)差分模擬輸入通道 1的正輸入端； (8)差分模擬輸入通道 1的負(fù)輸入端； (9)差分模擬輸入通道 2的負(fù)輸入端； (10)差分基準(zhǔn)輸入的正輸入端，基準(zhǔn)輸入是差分的，并規(guī)定 )必須大于 )， )可以取 (11)個(gè)輸出端上的邏輯低電平表示可以從 成對(duì)一個(gè)完全的輸出字的讀操作后，該引腳立即回到高電平。當(dāng)該引腳處于高電平時(shí)，不能進(jìn)行讀操作， 當(dāng)數(shù)據(jù)更新后，該引腳又返回低電平； (12)行數(shù)據(jù)輸出端，從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。根據(jù)通信寄存器中的寄存器選擇位，移位寄存器可以容納來自通信寄存器、時(shí)鐘寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的信息； (13)片內(nèi)的輸入移位寄存器寫入的串行數(shù)據(jù)由此輸入。 出通道設(shè)計(jì) 控箱的功率調(diào)節(jié)方式 目前多數(shù)溫控系統(tǒng)均采用可控硅來實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)?？煽毓璧目刂颇Ｊ接袃煞N：相位控制和零位控制 (分配式零位控制、時(shí)間比例零位控制 )。三者之間的比較如 圖 3 11 所示。 圖 23 (l)相位控制：作用于每一個(gè)交流正弦波，改變正弦波每個(gè)正半波和負(fù)半波的導(dǎo)通角來控制電壓的大小，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)輸出電壓和功率的大小。采用相位控制模式的可控硅控制器可以叫做調(diào)壓器，它可以方便的調(diào)節(jié)電壓有效值，可用于電爐溫度控制、燈光調(diào)節(jié)、異步電機(jī)降壓軟啟動(dòng)和調(diào)壓調(diào)速等。 (2)零位控制：在設(shè)定的周期 發(fā)信號(hào)使主回路接通幾個(gè)周波 (幾個(gè)完整的正弦波 )，再斷開幾個(gè)周波，改變可控硅在設(shè)定周期內(nèi)的通斷時(shí)間比例，以調(diào)節(jié)負(fù)載上的交流電的平均功率，即可達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載功率的目的。根據(jù)輸出電壓分布 的不同，零位控制又分為分配式零位控制 (在 期內(nèi)根據(jù)輸出百分比平均分布周波 )和時(shí)間比例零位控制 (在雙周期內(nèi)根據(jù)輸出百分比連續(xù)接通幾個(gè)周波，然后在期剩余的時(shí)間內(nèi)連續(xù)關(guān)斷幾個(gè)周波 )。它多用于大慣性的加熱器負(fù)載，采用這種控制，既實(shí)現(xiàn)了溫度控制，又消除了相位控制時(shí)帶來的高次諧波污染電網(wǎng)。 本系統(tǒng)采用分配式零位控制的模式，控制溫控箱的加熱電阻的平均加熱功率，進(jìn)而控制溫控箱的溫度。 可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件，簡(jiǎn)稱 稱晶閘管。它分為單向可控硅和雙向可控硅，在微機(jī)控制系統(tǒng)中，可作 為功率驅(qū)動(dòng)器件?？煽毓杈哂锌刂乒β市?、無觸點(diǎn)、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，在交流電機(jī)調(diào)速、調(diào)功、隨動(dòng)等系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。雙向可控硅相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向并聯(lián)。雙向可控硅與單向可控硅的區(qū)別是： (1) 它在觸發(fā)之后是雙向?qū)ā?(2) 在控制極上不管是加正的還是負(fù)的觸發(fā)信號(hào)，一般都可以使雙向可控硅導(dǎo)通。因此雙向可控硅特別適合用作交流無觸點(diǎn)開關(guān)。 本系統(tǒng)中與可控硅配套使用的是 一般的光藕器件不同之處是 帶有過零觸發(fā)檢測(cè)器，以保證電壓接近零時(shí) 觸發(fā)可控硅。可控硅輸出電路如圖 3 12所示。 24 圖 控硅輸出電路 25 4 系統(tǒng)調(diào)試 仿真的概念其實(shí)使用非常廣，最終的含義就是使用可控的手段來模仿真實(shí)的情況。單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中的仿真包括軟件仿真和硬件仿真。 (l)軟件仿真這種方法主要是使用計(jì)算機(jī)軟件來模擬實(shí)際的單片機(jī)運(yùn)行，因此仿真與硬件無關(guān)的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點(diǎn)。用戶不需要搭建硬件電路就可以對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證，特別適合于偏重算法的程序。軟件仿真的缺點(diǎn)是無法完全仿真與硬件相關(guān)的部分，因此最 終還要通過硬件仿真來完成最后的設(shè)計(jì)； (2)硬件仿真使用附加的硬件來替代用戶系統(tǒng)的單片機(jī)并完成單片機(jī)全部或大部分的功能。使用了附加硬件后用戶就可以對(duì)程序的運(yùn)行進(jìn)行控制，例如單步、全速、查看資源斷點(diǎn)等。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，程序的設(shè)計(jì)是最為重要的但也是難度最大的工作，一種最簡(jiǎn)單和原始的開發(fā)流程是：編寫程序，燒寫芯片并驗(yàn)證功能，這種方法對(duì)于功能簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)是可以對(duì)付的，但在比較大的系統(tǒng)中使用這種方法則是完全不可能的。此時(shí)就需要用到仿真器。在本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)調(diào)試的過程中使用的是 列仿真器是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司推出的高性能實(shí)時(shí)在線仿真器?？梢詫?shí)時(shí)在線仿真 導(dǎo)體公司的 80列單片機(jī)，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)在線仿真 51內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn) 80底解決 80 列仿真器在硬件上采用了 權(quán)的 真技術(shù)，并加以改進(jìn)，幾乎支持所有的 80列單片機(jī)的實(shí)時(shí)仿真，能保證用戶更加方便的操作和更加真實(shí)的仿真效果并能直接或通過簡(jiǎn)單的升級(jí)支持仿真全系列 80種型號(hào)的仿真器均能支持多種不同型號(hào) 80 26 成開發(fā)環(huán)境 成開發(fā)環(huán)境是德國(guó) 0內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立和管理、編譯連接目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的 開發(fā)流程。尤其它的 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了很高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)