冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　Design of refrigerator detection device temperature control module </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p&

2、gt;<p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 電冰箱的系統(tǒng)組成1</p><p>　　1.2 電冰箱工作原理3</p><p>　　1.3 冰箱檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)目的和意義3</p><p>　　1.4

3、冰箱溫度控制現(xiàn)狀3</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.2課題中涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題5</p><p>　　2.3 技術(shù)指標(biāo)5</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 微處理器6&

4、lt;/p><p>　　3.1.1 主要特性6</p><p>　　3.1.2 管腳說(shuō)明6</p><p>　　3.1.3 運(yùn)算器8</p><p>　　3.1.4 中斷系統(tǒng)8</p><p>　　3.1.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)8</p><p>　　3.2 熱電阻測(cè)溫電路9</p&

5、gt;<p>　　3.2.1 PT100簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換器12</p><p>　　3.3.1 TLC549的主要特點(diǎn)12</p><p>　　3.3.2 TLC549芯片的工作原理13</p><p>　　3.4 RS485接口14</p><p>　　3.

6、4.1 RS485簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.4.2 RS485接口標(biāo)準(zhǔn)14</p><p>　　3.4.3 RS485節(jié)點(diǎn)數(shù)14</p><p>　　3.4.4 RS485通信方式15</p><p>　　3.5 開關(guān)量輸出電路17</p><p>　　第4章 Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議19</

7、p><p>　　4.1 LRC校驗(yàn)20</p><p>　　4.2 CRC校驗(yàn)20</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.1 主程序流程圖21</p><p>　　5.2 系統(tǒng)初始化程序流程圖21</p><p>　　5.3 讀A/D程序與數(shù)據(jù)處理流程圖2

8、2</p><p>　　5.4 PID控制算法22</p><p>　　5.4.1 PID控制算法選擇22</p><p>　　5.4.2 PID控制算法流程圖23</p><p>　　5.5 通信程序流程圖24</p><p>　　第6章 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)26</p><p>　　6.1

9、 TOP200工作原理26</p><p>　　6.2 開關(guān)電源電路27</p><p>　　第7章 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境28</p><p>　　7.1 Protel 99簡(jiǎn)介28</p><p>　　7.2 Keil C51軟件介紹28</p><p>　　7.2.1 Keil C51概述28</p>

10、;<p>　　7.2.2 Keil µVision2集成開發(fā)環(huán)境介紹28</p><p>　　7.2.3 STC-ISP軟件介紹29</p><p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　附錄A 原理圖

11、32</p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷增強(qiáng),許多高性能的新型機(jī)種不斷涌現(xiàn)出來(lái)。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)，稱為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件

12、，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其在日常生活中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。人們對(duì)家用電冰箱的控制功能越來(lái)越高，這對(duì)電冰箱控制器提出了更高的要求。多功能，智能化是其發(fā)展方向之一，傳統(tǒng)的機(jī)器控制，簡(jiǎn)單的電子控制已經(jīng)難以滿足發(fā)展的要求。而采用基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，不僅可大大縮短設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的時(shí)間,同時(shí)只要增加少許外圍器件在軟件設(shè)計(jì)方面就能實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，以及智能化方面的提高，因此可最大限度地節(jié)約成本。本文即為基于單片機(jī)的電冰箱溫度控制系統(tǒng)。<

13、;/p><p>　　目前市場(chǎng)銷售的雙門直冷式電冰箱，含有冷凍室和冷藏室,冷凍室通常用于冷凍的溫度為-6～-18℃;冷藏室用于在相對(duì)冷凍室較高的溫度下存放食品,要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品,室溫一般為0～10℃?！　鹘y(tǒng)的電冰箱溫度一般是由冷藏室控制,冷藏室、冷凍室的不同溫度是通過(guò)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器在兩室的面積大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的,溫度調(diào)節(jié)完全依靠壓縮機(jī)的開停來(lái)控制.但是冰箱內(nèi)的溫度受諸多因素的影響，如放入冰箱物品初始溫度的高

14、低、存放品的散熱特性及熱容量、物品在冰箱的充滿率、環(huán)境溫度的高低、開門的頻繁程度等。因此對(duì)這種受控參數(shù)及隨機(jī)因素很多的溫度控制，既難以建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型,也無(wú)法用傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn).一臺(tái)品質(zhì)優(yōu)良的電冰箱應(yīng)該具有較高的溫度控制精度,同時(shí)又有最優(yōu)的節(jié)能效果,而為了達(dá)到這一設(shè)計(jì)要求采用模糊控制技術(shù)無(wú)疑是最佳的選擇。</p><p>　　1.1 電冰箱的系統(tǒng)組成 </p><p>　　液體

15、由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)，會(huì)吸收很多熱量，簡(jiǎn)稱為“液體汽化吸熱”，電冰箱就是利用了液體汽化的過(guò)程中需要吸熱的原理來(lái)制冷的。 </p><p>　　蒸氣壓縮式電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖如圖1-1所示，主要由壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等部件組成，其動(dòng)力均來(lái)自壓縮機(jī)，干燥過(guò)濾器用來(lái)過(guò)濾贓物和干燥水分，毛細(xì)管用來(lái)節(jié)流降壓，熱交換器為冷凝器和蒸發(fā)器。制冷壓縮機(jī)吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑，經(jīng)壓縮后成為高溫高壓的過(guò)

16、熱蒸氣，排入冷凝器中，向周圍的空氣散熱成為高壓過(guò)冷液體，高壓過(guò)冷液體經(jīng)干燥過(guò)濾器流入毛細(xì)管節(jié)流降壓，成為低溫低壓液體狀態(tài)，進(jìn)入蒸發(fā)器中汽化，吸收周圍被冷卻物品的熱量，使溫度降低到所需值，汽化后的氣體制冷劑又被壓縮機(jī)吸入，至此，完成一個(gè)循環(huán)。壓縮機(jī)冷循環(huán)周而復(fù)始的運(yùn)行，保證了制冷過(guò)程的連續(xù)性。 </p><p>　　圖1-1 電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　直冷式電冰箱的控制原理

17、是根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟、停，當(dāng)檢測(cè)冰箱的溫度、耗電量時(shí)，保持冰箱測(cè)試環(huán)境溫度恒定。冷凍室用于冷凍食品通常用于冷凍的溫度為－3～－15℃,冷藏室用于相對(duì)于冷凍室較高的溫度下存放食品，要求有一定的保鮮作用，不能凍傷食品，溫度一般為0～10℃，當(dāng)測(cè)得冷凍室溫度高至－3 ~0℃時(shí)或者是冷凍室溫度高至10～13℃是啟動(dòng)壓縮機(jī)制冷，當(dāng)冷凍室溫度低于－15～－18℃或冷藏室溫度低于0～－3℃時(shí)停止制冷，關(guān)斷壓縮機(jī)。采用單片機(jī)控制，可以使

18、控制更為準(zhǔn)確、靈活。</p><p>　　1.2 電冰箱工作原理</p><p>　　根據(jù)冷藏室和冷凍室的溫度情況決定是否開壓縮機(jī)，若冷藏室的溫度過(guò)高，則打開電磁冷門V1,關(guān)閉閥門V2，同時(shí)打開壓縮機(jī)，產(chǎn)生高溫高壓過(guò)熱蒸氣，經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝，干燥過(guò)濾器干燥，毛細(xì)節(jié)流管降壓后，在蒸發(fā)器汽化制冷，產(chǎn)生低溫低壓的干燥氣體。經(jīng)過(guò)電磁閥門V1 流入冷藏室，使冷藏的溫度迅速降低，當(dāng)溫度達(dá)到要求時(shí)關(guān)閉壓縮

19、機(jī)，同時(shí)關(guān)閉電磁閥門V1 。若是冷凍室的溫度過(guò)高，則應(yīng)打開V2關(guān)閉V1。</p><p>　　1.3 冰箱檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)目的和意義</p><p>　　現(xiàn)今時(shí)代在家用電器領(lǐng)域中，對(duì)家電產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀造型、耐用性等方面的要求越來(lái)越高。冰箱冷柜除了上述要求外，還對(duì)制冷性能提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求。制冷性能主要包括儲(chǔ)藏溫度和耗電量?jī)煞矫?，他們由GB805911~4家用制冷器具的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和GB12

20、02112《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級(jí)》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制。</p><p>　　國(guó)內(nèi)大型冰箱制造企業(yè)由于采用較先進(jìn)的生產(chǎn)線在線測(cè)試，冰箱在生產(chǎn)線上移動(dòng)過(guò)程中完成測(cè)試。中小型制造企業(yè)由于其生產(chǎn)規(guī)模和資金限制，無(wú)法使用這種在線測(cè)試系統(tǒng)，而采用人工目測(cè)溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，存在比較大的誤差，而且測(cè)試數(shù)據(jù)記錄凌亂，難以管理。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)小型的冰箱自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)冰箱的制冷和耗電性能進(jìn)

21、行實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控，該檢測(cè)系統(tǒng)完全可以代替人工檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，大大提高了企業(yè)的自動(dòng)化程度，有助于企業(yè)的管理，其成本也是中小型制冷設(shè)備制造企業(yè)可以接受的。</p><p>　　1.4 冰箱溫度控制現(xiàn)狀</p><p>　　目前，市場(chǎng)上出售的冰箱有機(jī)械溫控、電子溫控和電腦溫控等控制方式，它們的溫度控制裝置、化霜裝置和其他控制裝置的控制值都是事先設(shè)定的，這就易使許多能量消耗在目的相異的各種

22、動(dòng)作及因缺少靈活性而發(fā)生的各種多余動(dòng)作，造成器件的頻繁開啟，一方面造成器件損壞，溫度的起伏較大，不利于食品保鮮，另一方面，浪費(fèi)了大量能量。電冰箱的主要任務(wù)是保證所儲(chǔ)存的食品在經(jīng)過(guò)冷凍、冷藏之后，其質(zhì)、色、味不變，主要手段是通過(guò)保持箱體內(nèi)的最佳溫度達(dá)到食品保鮮的目的。但電冰箱的使用對(duì)象情況比較復(fù)雜，冰箱內(nèi)的溫度受諸多因素的影響，因而其數(shù)學(xué)模型很難建立，用傳統(tǒng)的控制方法很難達(dá)到令人滿意的控制效果。 為此，本課題確定了用單片機(jī)專家模糊控制器對(duì)

23、冰箱進(jìn)行控制。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) </p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1 所示，主要由開關(guān)電源，溫度傳感器，單片機(jī)，RS485接口電路，A/D接口電路，和開關(guān)量輸出裝置等構(gòu)成。</p><p>　　圖2-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p&g

24、t;<p>　　本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為控制核心，溫度傳感器Pt100提供溫度信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)根據(jù)實(shí)測(cè)溫度控制電磁閥的工作進(jìn)而控制壓縮機(jī)以實(shí)現(xiàn)溫度控制功能。主要電路包括：熱電阻信號(hào)處理，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)，電源電路，開關(guān)量輸出與RS485接口電路。</p><p>　?、?熱阻信號(hào)處理電路是將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，用來(lái)測(cè)量溫度；</p><p>　　②

25、AD接口電路是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值，即將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字信號(hào)；</p><p>　?、蹎纹瑱C(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)電路的核心，控制采集通道的選擇、數(shù)據(jù)的處理和RS485相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和通信；</p><p>　?、?RS485是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，Modbus協(xié)議是通用的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，RS485接口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與

26、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊之間的通訊；</p><p>　?、?開關(guān)量輸出電路將單片機(jī)根據(jù)測(cè)溫值產(chǎn)生的控制信號(hào)，隔離后控制電源的斷開與閉合，以保證測(cè)試過(guò)程中冰箱環(huán)境溫度的精確恒溫；</p><p>　　⑥電源電路是將220VAC通過(guò)開關(guān)電源穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓輸出+5V，-5V，給裝置中的各個(gè)器件提供工作電壓。</p><p>　　2.2課題中涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題</p>&

27、lt;p>　　（1）Modbus協(xié)議單片機(jī)的編程實(shí)現(xiàn)</p><p>　　工業(yè)過(guò)程以從單擊控制走向集中控制、集散控制，如今已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，工業(yè)控制器聯(lián)網(wǎng)也為網(wǎng)絡(luò)管理提高了方便。Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器的一種通用語(yǔ)音，通過(guò)此協(xié)議，控制器之間?？刂破鹘?jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間可以通信，它已經(jīng)成為一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>

28、　　（2）數(shù)字PID精確控溫的編程實(shí)現(xiàn)</p><p>　　用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，不僅可以用軟件實(shí)現(xiàn)PID算法，而且可以利用計(jì)算機(jī)的邏輯功能，使PID控制更加靈活。數(shù)字PID控制在成產(chǎn)過(guò)程中是一種最常用的控制算法。</p><p>　　（3）PWM輸出的編程實(shí)現(xiàn)</p><p>　　PWM控制技術(shù)一直是變頻中的核心部分，采用全數(shù)字化方案

29、，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線PWM信號(hào)輸出，由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)，由此在交流傳動(dòng)及其他能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　2.3 技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　?。?）輸入信號(hào)：PT100；</p><p>　?。?）測(cè)溫分辨：0.05℃；</p><p>　?。?）測(cè)溫精度

30、；0.1℃；</p><p>　?。?）輸出信號(hào)：直流電壓/可控硅輸出/繼電器開關(guān)；</p><p>　?。?）供電電源：220VAC±10%；</p><p>　?。?）環(huán)境溫度：0～55℃；</p><p>　　（7）環(huán)境濕度：≤85%；</p><p>　?。?）通信方式：RS485現(xiàn)場(chǎng)總線。</

31、p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) </p><p><b>　　3.1 微處理器</b></p><p>　　微處理器是本系統(tǒng)的核心，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，鑒于本系統(tǒng)為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，所以單片機(jī)采用INTEL公司的高效微控制器AT89C51。他是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes

32、ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。</p><p>　　3.1.1 主要特性</p><p>　?。?）4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲(chǔ)器；</p><p>　?。?）時(shí)鐘頻率為0～33MHz

33、；</p><p>　　（3）128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）；</p><p>　?。?）32個(gè)可編程輸入/輸出引腳；</p><p>　?。?）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；</p><p>　?。?）5個(gè)中斷源，2級(jí)優(yōu)先級(jí)；</p><p>　?。?）全雙工串行通信接口；</p><p>

34、<b>　?。?）監(jiān)視定時(shí)器；</b></p><p>　?。?）2個(gè)數(shù)據(jù)指針。</p><p>　　3.1.2 管腳說(shuō)明</p><p><b>　　單片機(jī)引腳如下：</b></p><p>　　圖3-1 AT89C51 單片機(jī)引腳圖</p><p><b>　　

35、VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸

36、出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口

37、緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。<

38、;/p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　表3-1 P3口的特殊功能<

39、;/p><p>　　P3：口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此

40、頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　3.1.3 運(yùn)算器 </p><p>　　(1)算術(shù)／邏輯部件ALU：用以完

41、成+、-、*、/ 的算術(shù)運(yùn)算及布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，并通過(guò)運(yùn)算結(jié)果影響程序狀態(tài)寄存器PSW的某些位，從而為判斷、轉(zhuǎn)移、十進(jìn)制修正和出錯(cuò)等提供依據(jù)。</p><p>　　(2)累加器A：在算術(shù)／邏輯運(yùn)算中存放一個(gè)操作數(shù)或結(jié)果，在與外部存儲(chǔ)器和I/O接口打交道時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送都要經(jīng)過(guò)A來(lái)完成。</p><p>　　(3)寄存器B：在 *、/ 運(yùn)算中要使用寄存器B 。乘法時(shí)，B用來(lái)存放乘數(shù)以及積的

42、高字節(jié)；除法時(shí)，B用來(lái)存放除數(shù)及余數(shù)。不作乘除時(shí)，B可作通用寄存器使用。</p><p>　　(4)程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW：用來(lái)存放當(dāng)前指令執(zhí)行后操作結(jié)果的某些特征，以便為下一條指令的執(zhí)行提供依據(jù)。</p><p>　　3.1.4 中斷系統(tǒng)</p><p>　　8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，其基本特點(diǎn)是：有5個(gè)固定的可屏蔽中斷源，3個(gè)在片內(nèi)，2個(gè)在片外，它們?cè)?/p>

43、程序存儲(chǔ)器中各有固定的中斷入口地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個(gè)中斷源有兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可形成中斷嵌套；2個(gè)特殊功能寄存器用于中斷控制和條件設(shè)置的編程。5個(gè)中斷源的符號(hào)、名稱及產(chǎn)生的條件如下:</p><p>　　INT0：外部中斷0，由P3．2端口線引入，低電平或下跳沿引起。</p><p>　　INT1：外部中斷1，由P3．3端口線引入，低電平或下跳沿引起。</p><

44、;p>　　T0：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器0中斷，由T0計(jì)滿回零引起。</p><p>　　T1：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器l中斷，由T1計(jì)滿回零引起。</p><p>　　TI／RI：串行I／O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引起。 </p><p>　　3.1.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部

45、分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖所示。</p><p>　　圖3-2 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。</p><p>　　單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位

46、電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。</p><p>　　晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與

47、同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。</p><p>　　STC89C51使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。</p><p>　　3.2 熱電阻測(cè)溫電路 </p><p>　　在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)

48、測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。我們?cè)跒楸錅y(cè)溫系統(tǒng)中，為了克服上面提到的三個(gè)問題，我們采用三線制平衡電橋法在熱電阻測(cè)量。本文分析了測(cè)量熱電阻平衡電橋法中存在的問題，提出了恒壓分壓式三線制測(cè)量方法，分析了測(cè)量電路產(chǎn)生誤差的原因及影響因素，推導(dǎo)并建立了待測(cè)電阻的影響參數(shù)及公式，設(shè)計(jì)了完整的測(cè)量電路，包括信號(hào)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器以及與單片機(jī)的接口電路。取得了良好的測(cè)溫效果。</p>

49、<p>　　3.2.1 PT100簡(jiǎn)介</p><p>　　熱電阻是利用鉑絲的電阻值隨著溫度的變化而變化這一基本原理設(shè)計(jì)和制作的，按0℃時(shí)的電阻值R(℃)的大小分為10歐姆（分度號(hào)為Pt10）和100歐姆（分度號(hào)為Pt100）等，測(cè)溫范圍均為-200~850℃.10歐姆鉑熱電阻的感溫原件是用較粗的鉑絲繞制而成，耐溫性能明顯優(yōu)于100歐姆的鉑熱電阻，只要用于650℃以上的溫區(qū)：100歐姆鉑熱電阻主要用

50、于650℃以下的溫區(qū)，雖也可用于650℃以上溫區(qū)，但在650℃以上溫區(qū)不允許有A級(jí)誤差。100歐姆鉑熱電阻的的分辨率比10歐姆鉑熱電阻的分辨率大10倍，對(duì)二次儀表的要求相應(yīng)地一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在650℃以下溫區(qū)測(cè)溫應(yīng)盡量選用100歐姆鉑熱電阻。</p><p>　　就結(jié)構(gòu)而言，鉑熱電阻還可以分為工業(yè)鉑熱電阻和鎧裝鉑熱電阻。工業(yè)鉑熱電阻也叫裝配鉑熱電阻，即是將鉑熱電阻感溫元件焊上引線組裝在一端封閉的金屬管或陶瓷管內(nèi)，

51、再安裝上接線盒而成；鎧裝鉑熱電阻是將鉑熱電阻元件，過(guò)渡引線，絕緣粉組裝在不銹鋼管內(nèi)再經(jīng)模具拉實(shí)的整體，具有堅(jiān)實(shí)，抗震，可繞，線徑小，使用安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響，目前熱電阻的引線主要有三種方式

52、。</p><p>　　二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合 </p><p>　　三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程

53、控制中的最常用的。 </p><p>　　四線制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過(guò)另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。 </p><p>　　熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電

54、橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。</p><p>　　本系統(tǒng)使用的熱電阻PT100的三線制接法測(cè)量電路如圖：</p><p>　　圖3-3 熱電阻測(cè)溫電路

55、</p><p>　　熱電阻測(cè)量電路的輸出電壓僅與電流和熱電阻RT有關(guān)，與R無(wú)關(guān)，消除了由導(dǎo)線電阻引入的測(cè)量誤差．恒流源電流，對(duì)測(cè)量精度有直接影響，本設(shè)計(jì)采用由LM358構(gòu)成的精密恒流源電路，如圖所示．</p><p>　　圖3-4 恒流源電路</p><p>　　由運(yùn)算放大關(guān)系得輸出恒定電流I如下式： </p><p><b>

56、;　　(4-1)</b></p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)中需要測(cè)量和控制的參數(shù)往往都是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，如溫度，壓力，流量，速度等。這些物理量和控制參數(shù)往往都是連續(xù)變化的電壓和電流，因此，必須將其變換成數(shù)字量（即需經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換），才能被數(shù)字計(jì)算機(jī)所識(shí)別。這些數(shù)字量在計(jì)算機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理，可以得到一個(gè)數(shù)字形式的控制量，將這些控制量

57、經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，變成模擬電壓或電流信號(hào)，再送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。</p><p>　　3.3.1 TLC549的主要特點(diǎn) </p><p>　　TLC549是采用IinCMOSTM技術(shù)并以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的8位串行A／D芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)I／O CLOCK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。TLC549具有4MH

58、z的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為17μs，允許的最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s。總失調(diào)誤差最大為±0．5LSB，典型功耗值為6 mW。TLC549采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，由于其VREF-接地時(shí)，(VREF+)-(VREF-)≥1 V，故可用于較小信號(hào)的采樣，此外，該芯片還單電源3～6v的供電范圍。總之，TLC549具有控制口線少，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價(jià)格便宜等特T

59、LC549的極限參數(shù)如下： </p><p>　　◇電源電壓：6．5 V： </p><p>　　◇輸入電壓范圍：0.3V～VCC：+o.3V： </p><p>　　◇輸出電壓范圍：0.3V～VCC：+0．3 V； </p><p>　　◇峰值輸入電流（任一輸人端）：±10 mA； </p><p>　　◇

60、峰值輸人電流(所有輸入端)：±30mA </p><p>　　◇工作溫度：TLC549C：0℃～70~C </p><p>　　◇TLC549I：-40℃～85℃ </p><p>　　◇TLC549M．-55"C～125℃ </p><p>　　3.3.2 TLC549芯片的工作原理 </p><p&

61、gt;　　TLC549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I／O CLOCK是獨(dú)立工作的，無(wú)需特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸DATA OUT端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I／O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLc549時(shí)，共用I／O CLOCK，以減少多路(片)A／D使用時(shí)的I／O控制端口。一組通常的控制時(shí)序操作如下： </p><p>　　(1)將Cs置低，內(nèi)部電路在測(cè)得CS下降沿后，在等待

62、兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，再確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATAOUT端； </p><p>　　(2)在前四個(gè)I／O CLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個(gè)位(D6，D5，D4，D3)，片上采樣保持電路在第4個(gè)I／O CLOCK下降沿開始采樣模擬輔人： </p><p>　　(3)接下來(lái)的3個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿可移出第6、

63、7、8(D2，D1，D0)各轉(zhuǎn)換位；</p><p>　　(4)最后，片上采樣保持電路在第8個(gè)I／OCLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8(D2，D1，D0）各轉(zhuǎn)換位。然后使保持功能持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，接著開始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A／D轉(zhuǎn)換。在第8個(gè)I／O CLCOK后,CS必須為高或I／O CLOCK保持低電平這種狀態(tài)需要維持36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時(shí)，I／O CL

64、OCK上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器，控制器將與器件的I／O時(shí)序失去同步；而在CS為高時(shí)若出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。在36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟(1)～(4)，可重新啟動(dòng)一次新的A／D轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換將終止。但應(yīng)注意，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，則應(yīng)使第8個(gè)I／O CLOCK時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)。因?yàn)樾酒m在第

65、4個(gè)I／O CLOCK時(shí)鐘的下降沿開始采樣，卻在第8個(gè)I／O CLOCK的下降沿才開始保存。 </p><p>　　本系統(tǒng)以8位A／D轉(zhuǎn)換芯片TLC549為核心部件。它適臺(tái)完成單通道8位轉(zhuǎn)換，即比較適合在速度要求不高時(shí)，組成一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。TLC549芯片可以方便地與具有外圍串行接口(SPI)的單片機(jī)連接使用。按照TC549嚴(yán)格的時(shí)序，它在完成A/D轉(zhuǎn)換后，其串行輸出的A0～A7二進(jìn)制數(shù)據(jù)可由時(shí)序控制，并串行輸

66、出到申入并出的移位寄存器。將該寄存器的8位數(shù)據(jù)與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連，即可完成效據(jù)傳遞。由此設(shè)計(jì)如下圖：</p><p>　　圖3-5 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.4 RS485接口</p><p>　　3.4.1 RS485簡(jiǎn)介</p><p>　　RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)

67、品等諸多領(lǐng)域?？捎糜赗S-485接口的芯片種類也越來(lái)越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問題。RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。希望本文對(duì)解決RS-485接口的某些常見問題有所幫助。 </p><p>　　3.4.

68、2 RS485接口標(biāo)準(zhǔn) </p><p><b>　　傳輸方式：差分 </b></p><p><b>　　傳輸介質(zhì)：雙絞線 </b></p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)：32 </b></p><p>　　最遠(yuǎn)通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V；-7V

69、</p><p>　　差分輸入范圍：-7V～+12V </p><p>　　接收器輸入靈敏度：±200mV </p><p>　　接收器輸入阻抗：≥12kΩ </p><p>　　3.4.3 RS485節(jié)點(diǎn)數(shù) </p><p>　　所謂節(jié)點(diǎn)數(shù)，即每個(gè)RS-485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-485負(fù)載

70、。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載（≥24kΩ）、1/4負(fù)載（≥48kΩ）甚至1/8負(fù)載（≥96kΩ），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節(jié)點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　表3-2 常見芯片節(jié)點(diǎn)表</p><p>　　3.4.4 RS485通信方式</

71、p><p>　　RS485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。</p><p>　　圖3-6 半雙工通信電路</p><p>　　圖3

72、-7 全雙工通信電路</p><p>　　在電參數(shù)儀的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集由單片機(jī)AT89C51負(fù)責(zé)，上位PC機(jī)主要負(fù)責(zé)通信（包括與單片機(jī)之間的串行通信和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信），以及數(shù)據(jù)處理等工作。在工作中，單片機(jī)需要定時(shí)向上位PC機(jī)傳送大批量的采樣數(shù)據(jù)。通常，主控PC機(jī)和由單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)，近則幾十米，遠(yuǎn)則上百米，并且數(shù)據(jù)傳輸通道環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常有大容量的電器（如電動(dòng)機(jī)，電焊機(jī)等）啟動(dòng)或切斷。為了保

73、證下位機(jī)的數(shù)據(jù)能高速及時(shí)、安全地傳送至上位PC機(jī)，單片機(jī)和PC機(jī)之間采用RS485協(xié)議的串行通信方式較為合理。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中，由于大多數(shù)普通PC機(jī)只有常用的RS232串行通信口，而不具備RS485通信接口。因此，為了實(shí)現(xiàn)RS485協(xié)議的串行通信，必須在PC機(jī)側(cè)配置RS485/RS232轉(zhuǎn)換器，或者購(gòu)買適合PC機(jī)的RS485卡。這些附加設(shè)備的價(jià)格一般較貴，尤其是一些RS485卡具有自己獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)程

74、序，上位PC機(jī)的通信一般不能直接采用WINDOW95/98環(huán)境下有關(guān)串口的WIN32通信API函數(shù)，程序員還必須熟悉RS485卡的應(yīng)用函數(shù)。為了避開采用RS485通信協(xié)議的上述問題，我們決定自制RS485/RS232轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)之間的通信。</p><p>　　單片機(jī)的通信信號(hào)首先通過(guò)光隔，然后經(jīng)過(guò)RS485接口芯片，將電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流環(huán)信號(hào)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，再通過(guò)另一個(gè)RS485接口芯片，將電

75、流環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)。 該電平信號(hào)再經(jīng)過(guò)光電隔離，最后由RS232接口芯片，將該電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成與PC機(jī)RS232端口相兼容的RS232電平。由于整個(gè)傳輸通道的兩端均有光電隔離，故無(wú)論是PC機(jī)還是單片機(jī)都不會(huì)因數(shù)據(jù)傳輸線上可能遭受到的高壓靜電等的干擾而出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象。</p><p>　　單片機(jī)側(cè)RS485接口電路如圖所示。 </p><p>　　圖3-8 RS485

76、接口電路</p><p>　　3.5 開關(guān)量輸出電路</p><p>　　壓縮機(jī)工作原理是制冷系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入并壓縮為高壓蒸汽后排至冷凝器。同時(shí)軸流風(fēng)扇吸入的室外空氣流經(jīng)冷凝器，帶走制冷劑放出的熱量，使高壓制冷劑蒸汽凝結(jié)為高壓液體。高壓液體經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、節(jié)流機(jī)構(gòu)后噴入蒸發(fā)器，并在相應(yīng)的低壓下蒸發(fā)，吸取周圍的熱量。同時(shí)貫流風(fēng)扇使空氣不斷進(jìn)入蒸發(fā)器的肋片間進(jìn)行熱交換，并將放熱后

77、變冷的空氣送向室內(nèi)。如此室內(nèi)空氣不斷循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到降低溫度的目的。 而冰箱沒有風(fēng)扇靠自然對(duì)流來(lái)進(jìn)行熱量交換。電磁閥的工作原理非常簡(jiǎn)單，阻流板就象一個(gè)閘門，一個(gè)彈簧讓它處于關(guān)閉狀態(tài)，上面一個(gè)電磁鐵芯，鐵芯（低部橡膠）壓在阻流板中間（凸起）的一個(gè)小眼兒上，外面一個(gè)電磁線圈，接通電源后鐵芯別吸上去，小眼兒開始進(jìn)氣，壓力達(dá)到頂開彈簧后電磁閥打開。單片機(jī)控制電磁閥電路如下。</p><p>　　圖3-9 開關(guān)量輸出電路&l

78、t;/p><p>　　第4章 Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議</p><p>　　Modbus協(xié)議最初由Modicon公司開發(fā)出來(lái)，在1979年末該公司成為施耐德自動(dòng)化(Schneider Automation)部門的一部分，現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Mod

79、bus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。 </p><p>　　當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，Modbus協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成應(yīng)答并使用通信協(xié)議發(fā)送給詢問方。 </p><p>　　Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議

80、定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器使用RS232C實(shí)現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應(yīng)請(qǐng)求；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。 </

81、p><p>　　Modbus協(xié)議需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議中除有奇偶校驗(yàn)外，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式采用16位CRC校驗(yàn)，但TCP模式?jīng)]有額外規(guī)定校驗(yàn)，因?yàn)門CP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠協(xié)議。另外，Modbus采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，在實(shí)際使用中如果某Slave站點(diǎn)斷開后（如故障或關(guān)機(jī)），Master端可以診斷出來(lái)，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。 </

82、p><p>　　下面我來(lái)簡(jiǎn)單的給大家介紹一下，對(duì)于Modbus的ASCII、RTU和TCP協(xié)議來(lái)說(shuō)，其中TCP和RTU協(xié)議非常類似，我們只要把RTU協(xié)議的兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼去掉，然后在RTU協(xié)議的開始加上5個(gè)0和一個(gè)6并通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送出去即可。所以在這里我僅介紹一下Modbus的ASCII和RTU協(xié)議。</p><p>　　表4-1 ASCII協(xié)議和RTU協(xié)議的比較 </p&

83、gt;<p>　　通過(guò)比較可以看到，ASCII協(xié)議和RTU協(xié)議相比擁有開始和結(jié)束標(biāo)記，因此在進(jìn)行程序處理時(shí)能更加方便，而且由于傳輸?shù)亩际强梢姷腁SCII字符，所以進(jìn)行調(diào)試時(shí)就更加的直觀，另外它的LRC校驗(yàn)也比較容易。但是因?yàn)樗鼈鬏數(shù)亩际强梢姷腁SCII字符，RTU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)每一個(gè)字節(jié)ASCII都要用兩個(gè)字節(jié)來(lái)傳輸，比如RTU傳輸一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)0xF9,ASCII就需要傳輸’F’’9’的ASCII碼0x39和0x46兩個(gè)字節(jié)

84、，這樣它的傳輸?shù)男示捅容^低。所以一般來(lái)說(shuō)，如果所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小可以考慮使用ASCII協(xié)議，如果所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，最好能使用RTU協(xié)議。</p><p><b>　　4.1 LRC校驗(yàn)</b></p><p>　　LRC域是一個(gè)包含一個(gè)8位二進(jìn)制值的字節(jié)。LRC值由傳輸設(shè)備來(lái)計(jì)算并放到消息幀中，接收設(shè)備在接收消息的過(guò)程中計(jì)算LRC，并將它和接收到消息中LR

85、C域中的值比較，如果兩值不等，說(shuō)明有錯(cuò)誤。LRC校驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，它在ASCII協(xié)議中使用，檢測(cè)了消息域中除開始的冒號(hào)及結(jié)束的回車換行號(hào)外的內(nèi)容。它僅僅是把每一個(gè)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按字節(jié)疊加后取反加1即可。</p><p><b>　　4.2 CRC校驗(yàn)</b></p><p>　　CRC域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收

86、到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。CRC是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器，然后調(diào)用一過(guò)程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當(dāng)前寄存器中的值進(jìn)行處理。僅每個(gè)字符中的8Bit數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效。</p><p>　　CRC產(chǎn)生過(guò)程中，每個(gè)8位字符都單獨(dú)和寄存器內(nèi)容相或（OR），結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng)，最高有效位以0填充。LSB被提取出來(lái)檢測(cè)，如果LSB

87、為1，寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下，如果LSB為0，則不進(jìn)行。整個(gè)過(guò)程要重復(fù)8次。在最后一位（第8位）完成后，下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)前值相或。最終寄存器中的值，是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。CRC添加到消息中時(shí)，低字節(jié)先加入，然后高字節(jié)。</p><p>　　Modbus是MODICON公司最早為它的可編程控制器設(shè)計(jì)的基于RS485通訊介質(zhì)的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，目前在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了比較廣泛的應(yīng)

88、用。硬件系統(tǒng)能選擇設(shè)置ASCII或RTU兩種傳輸模式中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)中通信。用戶選擇想要的模式，包括波特率、校驗(yàn)方式等串口通信參數(shù)，在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。目前最常用的就是RTU模式，即二進(jìn)制方式。</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 主程序流程圖</p>

89、<p>　　冰箱檢測(cè)裝置溫度控制模塊的主程序包括系統(tǒng)初始化程序、通信子程序、讀A/D子程序、數(shù)據(jù)處理子程序等四個(gè)模塊。如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 主程序流程圖</p><p>　　5.2 系統(tǒng)初始化程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)初始化是是系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)期望運(yùn)行的必要條件，包括對(duì)內(nèi)部或外部可編程模塊的初始化，以及所用到的全局變量作

90、初始賦值。系統(tǒng)初始化子程序框圖如圖6-2所示：</p><p>　　圖5-2 系統(tǒng)初始化程序流程圖</p><p>　　5.3 讀A/D程序與數(shù)據(jù)處理流程圖</p><p>　　讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與數(shù)據(jù)處理計(jì)算子程序框圖如6-3所示。這部分程序的功能是啟動(dòng)TLC549開始一次新的轉(zhuǎn)換，判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并作處理，同時(shí)，單片機(jī)將AD值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值，并控制電

91、磁閥的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)冰箱環(huán)境溫度的恒定。</p><p>　　圖5-3 A/D數(shù)據(jù)讀取與處理程序</p><p>　　5.4 PID控制算法</p><p>　　5.4.1 PID控制算法選擇</p><p>　　比例，積分，微分的線性組合，構(gòu)成控制量u(t)，稱為：比例(Proportional)、積分(Integrating)、微分(Dif

92、ferentiation)控制，簡(jiǎn)稱PID控制。常用的PID算法有：</p><p><b>　　1．位置型控制算法</b></p><p><b>　　(5-1)</b></p><p>　　其中，為全量輸出，它對(duì)應(yīng)于被控對(duì)象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)第k次采樣時(shí)刻應(yīng)到達(dá)的位置。為第k次系統(tǒng)給定值與輸出值的偏差，為比例系數(shù)，為積分系數(shù)，

93、為微分系數(shù)。</p><p>　　如果采樣周期足夠小，這種離散逼近相當(dāng)準(zhǔn)確。</p><p><b>　　2．增量型控制算法</b></p><p><b>　　(5-2)</b></p><p>　　增量型控制算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）計(jì)算機(jī)只輸出控制增

94、量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，誤動(dòng)作影響小。</p><p>　?。?）在k時(shí)刻的輸出，只需要用到此時(shí)刻的偏差及前一時(shí)刻、前兩時(shí)刻的偏差、和前一次的輸出值，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。</p><p>　?。?）在進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過(guò)渡。</p><p>　　3．積分分離型控制算法</p><p><b&g

95、t;　　(5-3)</b></p><p>　　當(dāng)|e(k)|>△e時(shí)，β=0，即偏差比較大時(shí)，采用PD控制，可避免較大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。</p><p>　　當(dāng)|e(k)|≤△e時(shí)，β=1，即偏差較小時(shí)，采用PID控制，可保證控制系統(tǒng)的控制精度。</p><p>　　所以據(jù)上所述，本系統(tǒng)采用積分分離型控制算法，既能夠快速調(diào)節(jié)，也能達(dá)到

96、控制精度的要求。</p><p>　　5.4.2 PID控制算法流程圖</p><p>　　控制系統(tǒng)PID算法流程圖如圖5-4所示。</p><p>　　圖5-4 PID算法流程圖</p><p>　　5.5 通信程序流程圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求PC機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通信，采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議。由于C

97、PU完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接受。數(shù)據(jù)沒幀為8個(gè)字節(jié)，具體格式如表5-1、5-2所示。</p><p>　　表5-1 數(shù)據(jù)讀取傳輸格式</p><p>　　表5-2 數(shù)據(jù)寫入傳輸格式</p><p>　　在通信協(xié)議中只用了兩個(gè)命令，03號(hào)命令和06號(hào)命令，03號(hào)命令代表要求發(fā)送數(shù)據(jù)，06號(hào)命令代表要求從機(jī)原樣數(shù)據(jù)返回作為應(yīng)答。</p><p>　　圖5

98、-5 通信程序流程圖</p><p>　　第6章 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 TOP200工作原理</p><p>　　為減小設(shè)計(jì)電路的體積、提高系統(tǒng)的抗干擾能力，本系統(tǒng)采用的是由TOP200構(gòu)成的正負(fù)5V開關(guān)電源。開關(guān)電源具有單片集成化、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成無(wú)工頻變壓力開關(guān)電源等顯著特點(diǎn)。另外，它比普通線性電源具有更高的質(zhì)量、效率和可靠

99、性。</p><p>　　TOP200有三個(gè)引腳。這三個(gè)引腳分別為控制端C，源極S，漏極D。</p><p><b>　　控制端有4個(gè)作用：</b></p><p>　　1、利用控制電流IC的大小來(lái)調(diào)節(jié)占空比D；</p><p>　　2、為芯片提供正常工作所需的偏流；</p><p>　　3、決定

100、自動(dòng)重啟的頻率；</p><p>　　4、對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償；</p><p>　　TOP200主要包括10部分：</p><p>　　1、控制電源（由控制電壓UC向并聯(lián)調(diào)整器和門驅(qū)動(dòng)級(jí)提供偏壓，而控制端電流IC則能調(diào)節(jié)占空比）；</p><p>　　2、帶隙基準(zhǔn)電壓源（給內(nèi)部提供各種基準(zhǔn)電壓）；</p><p>　　

101、3、振蕩器（產(chǎn)生鋸齒波(SAW)、最大占空比信號(hào)（Dmax）和時(shí)鐘信號(hào)（CLOCK）；</p><p>　　4、并聯(lián)調(diào)節(jié)器/誤差放大器；</p><p>　　5、脈寬調(diào)節(jié)器（通過(guò)改變控制端電流IC的大小，連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)節(jié)并能濾掉開關(guān)噪聲電壓）；</p><p>　　6、門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)（內(nèi)含耐壓為700V的功率開關(guān)管MOSFET）；</p>

102、;<p>　　7、過(guò)流保護(hù)電路（利用MOSFET的漏一源通態(tài)電阻RDS（ON）來(lái)檢測(cè)過(guò)電流。當(dāng)ID過(guò)大時(shí)，令MOSDET關(guān)斷，起到過(guò)流保護(hù)作用）；</p><p>　　8、過(guò)熱保護(hù)及上電復(fù)位電路（當(dāng)芯片結(jié)溫Tj>135攝氏度，關(guān)斷輸出級(jí)）；</p><p>　　9、關(guān)斷/自動(dòng)重啟電路（當(dāng)調(diào)節(jié)失控時(shí)，立即使芯片在低占空比下工作。倘若故障已經(jīng)排除，就自動(dòng)重新啟動(dòng)電源恢復(fù)正常

103、工作）；</p><p>　　10、高壓電流源（提供偏流作用）。</p><p>　　TOP200的工作原理是利用反饋電流IC來(lái)調(diào)節(jié)占空比D，達(dá)到穩(wěn)壓的目的，</p><p>　　6.2 開關(guān)電源電路</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中的開關(guān)電源將220VAC通過(guò)開關(guān)電源穩(wěn)壓電路輸出+5V和-5V電壓， 給模塊中的各部分電路提供工作電源．<

104、/p><p>　　圖3-10 開關(guān)電源電路</p><p>　　交流輸入電壓范圍為85V~265VAC輸入電網(wǎng)頻率f=47HZ~440HZ，電壓調(diào)整率SV=0.5%，負(fù)載調(diào)整率SI=1%，電源效率達(dá)80%，輸出紋波電壓最大值為50mv，該電源采用帶穩(wěn)壓管的光耦反饋工作方式，電路中TOP為TOP200型單片開關(guān)電源。</p><p>　　開關(guān)芯片TOP200的1腳為反饋端

105、，2腳為GND，3腳為調(diào)整端。開關(guān)電源大致原理是將工頻電壓整流變成直流，在經(jīng)過(guò)開關(guān)管進(jìn)行調(diào)整，將直流變成交流，該電源為降壓型開關(guān)電源，輸出交流電壓9V，經(jīng)二極管整流，再將三端穩(wěn)壓塊LM7805和LM7905穩(wěn)壓到+5V和—5V給系統(tǒng)供電。</p><p>　　反饋原理：當(dāng)負(fù)載加大時(shí)，光耦的發(fā)光二極管強(qiáng)度就會(huì)變?nèi)?，使得光敏二極管的導(dǎo)通能力也變?nèi)?，反饋給開關(guān)管TOP200，由它自動(dòng)調(diào)整線圈的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而使副線圈的輸

106、出能力增強(qiáng)，也就是所謂的脈寬調(diào)節(jié)。圖中，電容起到濾波和隔離的作用。</p><p>　　第7章 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境</p><p>　　7.1 Protel 99簡(jiǎn)介</p><p>　　Protel 99是 Protel 98的改進(jìn)版本，也是目前 Protel電路繪圖軟件的最新版本。 Protel 99繼承了 Protel 98的所有優(yōu)點(diǎn)，新增的功能使整個(gè)電路設(shè)計(jì)更加快

107、捷、方便。Protel 99和Protel98除了文件管理方式不同以外，其菜單、功能對(duì)話框基本相同。對(duì)于熟悉Protel 98的讀者，只要掌握Protel 99的文件管理方式，就可在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)使用Protel 99。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，Protel 98的文件管理方式和 Protel 1.x的文件管理方式是相同的，有條件的話，最好還是先熟悉一下Protel 98的操作，然后再?gòu)腜rotel 98過(guò)渡到 Protel 99，這樣學(xué)習(xí)Pr

108、otel 99會(huì)容易一些。由于 Protel 99和 Protel 98在實(shí)際繪圖方面的許多操作是相同的，本章主要介紹Protel 99的文件管理方式和基本操作要領(lǐng)。</p><p>　　7.2 Keil C51軟件介紹</p><p>　　MCS-51單片機(jī)的開發(fā)除了需要硬件的支持以外，同樣離不開軟件。CPU真正可以執(zhí)行的是機(jī)器碼，用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言編寫的源程序必須轉(zhuǎn)換為機(jī)器代

109、碼才能運(yùn)行，轉(zhuǎn)換的方法有手工匯編和機(jī)器匯編兩種，前者目前已經(jīng)極少使用。機(jī)器匯編是指通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼的編譯方法。這種匯編軟件稱為編譯器。</p><p>　　7.2.1 Keil C51概述</p><p>　　用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前

110、最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。</p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。</p>&l

111、t;p>　　7.2.2 Keil µVision2集成開發(fā)環(huán)境介紹</p><p>　　Keil µVision2是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（Intergrated Development Environment，IDE），它包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。它可以用于編寫、調(diào)試和軟件仿真所有的51內(nèi)核控