在溫度采集方法上，通常是利用熱電偶把熱化為電信號，再通過A/D轉換得到溫度及調試等，希望它能給初級電子制作愛好者帶來一些無線電通信和溫度控制的基本常1、溫度控制的發展及意義工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業革命以來，工業發展對是否能掌乎%80的工業部門都不得不考慮著溫度的因素。1、利用所學的知識設計遠程溫度控制系統。電烤箱溫度可在一定范圍內由人工設定，溫度信號檢測方案自行確定，用單片機采用PID控制算法實現溫度實時控誤差1度，超調量<2.5%,系統溫度調節時間ts<4分鐘。控制輸出采用脈沖移相觸發可控硅來調節加熱有效功率。控制溫度范圍室溫--125℃,用十進制數碼顯示箱內的溫(3)發射距離：≥500m(4)誤碼率：≤10-6電烤箱傳感器鍵盤控制C11圖2.0系統總體設計框圖圖2.1鍵盤控制面示意圖移一位；K4,K5的功能分別是加1和減1;K2,K3,K6分別是向從系統00,01,10采用典型的反饋式溫度控制系統，如圖2.2所示。數字PID控制在生產過程中是一種最普遍采用的控制方法，在冶金行業中獲得廣泛的應用。下面簡單介紹PID控制的基本原理、數字PID控制算法及其改進和PID的參數整定及其發展。2.4.1PID控制原理在模擬控制系統中，控制器最常用的控制規律是PID控制。PID控制器是一種線性控制器，它根據給定值r(t)與實際輸出值c(t)構成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)。將偏差u(t)=Kp[e(t)+1/Ti?e(t)dt+Tdde(t(1)比例環節：及時成比例地反映控制系統的偏差信號e(t),偏差一旦產生，控制(2)積分環節：主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用取決于積分時間常數Ti,Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。(3)微分環節：能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率),并能在偏差信號值變得2.4.2數字PID控制算法在計算機控制系統中，使用的是數字PID以一系列的采樣時刻點kT代表連續時間t,以和式代替積分，以增量代替微分，作近似(1)位置式PID控制算法對e(k)進行累加，計算機運算工作量大。而且，因為計算機輸出的u(k)對應的是執行(2)增量式PID控制算法所謂增量式PID是指數字控制器的輸出只是控制量的增量。式中A=Kp(1+T/Ti+Td/T)①由于計算機輸出增量，所以誤動作時影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去②手動/自動切換時沖擊小，便于實現無擾動切換。此外，當計算機發生故障時，③算式中不需要累加。控制增量的確定，僅與最近K次的采樣值有關，所以較容易2.4.3改進的數字PID控制算法大。一些原來在模擬PID控制器中無法實現的問題，在引入計算機以后決，于是產生了一系列的改進算法：積分分離PID控制算法、遇限削弱積分PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法和帶(1)積分分離PID控制算法(2)遇限削弱積分PID控制算法(3)不完全微分PID控制算法(4)微分先行PID控制算法(5)帶死區的PID控制算法引起的振蕩，可采用帶死區的PID控制。設死區為e0,當|e(k)|≤e0時，令e際控制對象由實驗確定。若e0值太小，使控制動作過于頻繁，達不到穩定被控對象的2.4.4PID參數整定(1)要使控制系統的過程過渡時間盡量短(2)最大偏差和超調量要小(3)擾動作用后減幅振蕩的次數盡量少(1)理論整定法：所謂理論整定法是從PID調節規律的概念出發，根據對象的特性②要使超調量盡量小，使系統減幅振蕩，應選較大的P,較長的Ti和盡可能短Td(2)經驗法：實際上是一種試湊法。PID參數預先放在哪里以及反復試湊的程序是10)min;Td為(0.5～3)min。試湊程序可先用P,再加I,最后再D。爐溫控制的準確度，2.5可行性分析(1)主系統采用鍵盤輸入方式設定溫度值并顯示；(2)利用無線電進行通信；(3)一對多點通信，對各通信點進行編址；(4)對溫度進行控制；(5)溫度信號采集。①選用常用的89S51單片機作為控制器；②選用帶地址編碼的編碼芯片PT2262以及與之配套的解碼芯片PT2272。③選用發射模塊F05T和接收模塊J04T進行無線電通信。體積封裝形式；溫度測量范圍為一55℃~+125℃,可編程為9位～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃,被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生；多個DS18B20可以并聯到3根或23.1.1DS18B20的內部結構DS18B20內部結構如圖3.1所示。8位CRC生供電方式M和 口每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根一23O實物中管腳排列NC8765413.2DS18B20的管腳排列+25.0625℃的數字輸出為0191H,—25.0625℃的數字輸出為FF6FH,一55℃的數字輸出為FC90H。溫度值低字節MSBLSBSSSSS011111R1RO=“01”,10位精度，最大轉換時間為187.5ms;R1RO=“10”,11位精度，最大轉換時間為375ms;R1RO=“11”,12位精度，最大轉換時間為750ms;未編程時默認為12高速暫存器是一個9字節的存儲器。開始兩個字節包含被測溫度的數字量信息；第7、8字節未用，表現為全邏輯1;第9字節讀出的是前面所有8個字節的CRC碼，可用3.1.2DS18B20的工作時序傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖3.3(a)(b)(c)所示。(a)(a)初始化時序Vo-寫時序(c)讀時序圖3.3DS18B20的工作時序圖3.1.3DS18B20與單片機的典型接口設計圖3.4以MCS—51系列單片機為例，畫出了DS18B20與微處理器的典型連接。采用外接電源方式，其VDD端用3V～5.5V電源供電。圖3.4(c)DS18B20與微處理器的典型連接圖3.2.1.1主要特性：3.2.1.2主要功能介紹PO口：PO口為一個8位漏級開路雙向IP3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/0口，可接收輸出4個TTK5的功能分別是加1和減1;K2,K3,K6分別是向從系統00,01,10發送溫度設定3.2.3LED數碼管顯示電路在微機控制系統中，一般利用N位LED數碼管組成N位LED顯示器。一般有兩種顯片機有大量實時數據需要處理時，最好采用這種方法；其缺點是需要顯示碼鎖存電路，增加了硬件的復雜性。動態顯示方法是把N位數碼管的相同名稱的段碼連在一起(即，把所有數碼管的a段連在一起引出一條線作為段選，其余類同)由8條線控制，而位選線由其它的I/0口控制。比如，4位動態LED顯示電路只需要12條I/0口線，其中8本次設計采用封裝在一起的4位共陽極數碼管作為顯示器，外加PNP型三極管作為驅動，采用動態顯示方法，由PO口控制段選，P2口控制位選。其電路如圖3.6中右上3.2.4在線代碼下載電路Atmel89Sxx芯片都具有在線編程功能(In-SystemProgramming),其串行編程模式更是容易操作，其編程電路如圖3.7所示。在圖3.晶振頻率的1/16,即，如果選用的晶振頻率為33MHz,編程時鐘信號的頻率則不能超過2MHz。如果要將其和電腦連接實現在線編程則還需要外加一些電路。通常的做法是用以燒寫.Hex文件了(當然需要軟件支持)。3.2.5驅動電路設計施也往往就近設在驅動電路中，或者通過驅動電路來實現，這使方案一：交流電源降壓后用一個電容交連到單片機，從方案二：交流電源的通斷由單片機通過光電耦合器件控安全性可靠性高。驅動控制電路與單片機的接口設計電路如圖3.9所示：3.2.5.2雙向可控硅BTA12(1)雙向可控硅可以認為是一對反并聯聯接的普通晶閘管組成，其電氣圖形符號如圖3.10中右邊部分，它有兩個主電極1和2,一個門極3。門極使器件在主電極的正控制電路比較簡單，所以在交流調壓電路、固態繼電器(SolidStateRelay—SSR)(2)雙向可控硅驅動電路：雙向可控硅作為電力控制器件，廣泛應用于控制系統課程設計中作為固態繼電器進光電隔離器件選用雙向可控硅輸出型(如MOC3020、MOC3021),R2選用330Ω的電阻。控制端輸入采用低電平有效的方式。電路如圖3.10輸出端的額定電壓為400V,最大輸出電流為1A,最大隔離電壓為7500V,輸入端控制電除了顯示電路以外，為了系統運行的安全，設計了如圖3.11所示的報警電路。如圖3.11所示，溫度失控報警的啟動端接P3.3,.H3.7為上限報警指示紅燈，L3.63.3無線收/發電路設計3.3.1編碼/解碼電路設計多可有12位(A0-A11)三態地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平),任意組合可提供串行輸出，可用于無線遙控發射電路。DO,D1,D2,D3,D4共五位數據位接單片機I/0了數據的并行輸入，串行輸出。因為單片機中每一個字節有8位，而PT2262中的數據口最多只有6位，所以需要把每個字節分為兩半，先發送高4位，后發送低4位。為了區別示接收到的是低4位。PT2262收到從單片機傳來的數據后，需要同時啟動編碼，否則17●車輛防盜系統●家庭防盜系統●遙控玩具●其他電器遙控圖3.12PT2262的引腳圖表3.1說明說明地址管腳，用于進行地址編碼，可置為“0”,“1”,“f”(懸空)數據輸入端，有一個為“1”即有編碼發出，內部下拉電源正端(十)電源正端(-)編碼啟動端，用于多數據的編碼發射，低電平有效振蕩電阻振蕩器輸出端編碼輸出端(常低)管腳9名稱參數符號參數范圍單位電源電壓VVV最大功耗工作溫度C貯存溫度Cf分圖3.14振蕩脈沖與編碼脈沖編碼的寬度越大，發碼一幀的時間越長.推薦值：2262/4.7M/2272/820K3.3.1.2解碼電路設計圖3.15PT2272的引腳圖●CMOS工藝制造，低功耗●外部元器件少●Rc振蕩電阻●工作電壓范圍：2.6-15v●數據最多達6位●地址碼最多達531441種●車輛防盜系統●家庭防盜系統●遙控玩具●其他電器遙控表3.3PT2272的管腳說明名稱管腳說明空)必須與2262一致，否則不解碼地址或數據管腳，當做為數據管腳時，只有在地址碼與2262一致，數據管腳才能輸出與2262數據端對應的高電能轉換電源正端(十)9電源正端(-)數據信號輸入端，來自接收模塊輸出端參數符號參數范圍電源電壓VVV最大功耗工作溫度—20——+70C貯存溫度C符號典型值電源電壓2V電源電流輸出驅動電流259V0V示“0”;兩個寬脈沖表示“1”;一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“F”也就是地址碼的圖3.18Din和VT的波形示意圖數據輸出管腳(瞬態型)數據輸出管腳(鎖存型)數據字圖3.19瞬態型和鎖存型PT2272數據輸出波形示意圖4路并行數據時(PT2272-M4),對應的地址編碼應該是8位，如果采用6路的并行數據圖3.20F05T的引腳功能圖工作電壓1正電源3-12V發射頻率頻率穩定度2地工作溫度發射電流3數據信號輸入發射功率調制方式4外接天線天線天線o-b-461234啟動A7789235圖3.21F05T典型應用電路設計編碼脈沖對F05進行調制發射，通過測試F05工作電流可大致判斷F05是否處于正常發射F05系列采用SMT工藝，樹脂封裝，聲表線遙控及數據傳輸。F05T具有較寬的工作電壓范變近。當低于300HZ或高于10K的頻率信號發射效率會變的很差是不能發射的。如采用單片機請選用F05P或F05C,在無數據時須將單片機輸出口設為徑0.5-1毫米，長度(433M)18厘米(315M)24厘米的漆包線代替。但天線必3.3.2.2接收電路設計主要性能參數引腳功能工作頻率1外接天線工作電壓2數據反相輸出端工作電流3數據輸出端接收靈敏度4工廠測試端(懸空)電路結構5地最大數據速率6正電源+3v工作溫度圖3.22接收模塊J04T內部結構圖(2)J04T性能與J04R相同，與J04V引腳完全兼容，可直接替換。為方便后級電路(3)J04T最佳工作電壓為3---3.5V(處于最高接收靈敏區)工作電壓范圍：再加220UF電解電容濾波給J04T供電，此時J04T輸出能力可驅動一支發光二極管。如果從6V以上的電壓用電阻降壓會引起工作電壓的不穩定。也可以從220V用電容降壓整流濾波后用7805取得5V再用3.7K電阻降壓濾波取得3.3V。不適合用穩壓管串聯分壓。接(6)J04T無接收數據時輸出為零電平狀態，與J04T接口的器件無數據時也必須處(1)控制面板采用2*4式鍵盤；顯示部分采用4位共陽極數碼管，分時顯示溫度(4)發射部分采用F05T,接收部分4軟件設計K0,K1的功能分別是左移一位和右移一位；K4,K5的功能分別是加1和減1;K2,K3,K6分別是向從系統00,01,10發送溫度設定值的功能鍵。K7為清楚報警鳴(5)控制PID算法模塊設計，即結合硬件使式Ui=Kp[ei+T/Ti(eO+el+e2+……)+Td/T(ei-e(i-1))]+u0=Ki*(r-y0)+Kp(y1-y0)+Kd*(y2+2=Ki*r-Ki*y0+Kp*y1-Kp*y0+Kd*y2-2*Kd*y的增量。增量型PID運算流程如圖4.0所示。輸入M(k).R(k)計算△Pp(k)Kp(EOc)-EOc-1)]計算△Pi(k)=KiE(k)2E(k-1)+E(k-2)回返4.4控制電路PWM驅動程序設計——PWM的波形圖如圖4.1所示.來說占空比是一個重要參數。1、改變占空比的4種方法：(1)定寬調頻法這種方法是保持t1不變，只改變t2,這種使周期T(或頻率)也隨之改變。(2)調寬調頻法這種方法是保持t2不變，而改變t1,這種使周期(或頻率)也隨之改變。(3)調寬調頻法這種方法是同時改變t1,t2。這種使周期也隨之改變。(4)定頻調寬法這種方法是使用周期T(或頻率)保持不變，而同時改變t1和t2。前兩種方法由(2)軟件模擬法利用單片機的一個I/0引腳，通過軟件對該引腳不斷的輸出高低(3)專用PWM集成電路從PWM控制技術出現之日起，就有芯片制造商生產專用的區”調節功能，保護功能。在用單片機控制直流電動機中，使用專用PWM集成電路可以(1)主系統程序流程圖如圖4.2所示。(2)溫度報警處理子程序流程圖如圖4.3所示。Y(3)副系統程序流程圖：本系統中有軟件和硬件的協調工作。由于系統模塊較多且各模塊間獨立性較強、軟件設計靈活的特點，我們采用先設計硬件，再設計軟件；先分模塊調試，再聯起來整體調試的方法進行調試。5.1調試步驟由于硬件電路模塊比較多，結構復雜，不可能第一步就進行聯機調試。在進行硬件(6)整體調試。5.2模塊調試K5的功能分別是加1和減1;K2,K3,K6分別是向從系統00,01,1按上圖連接電路后，用示波器測量PT2262的17腳(數據輸出腳)將會看到如圖5.3所示的波形。如果發射、接收模塊正常工作，在PT2272的數據輸入端(即J04T數據輸出引腳將會看到圖5.4所示的波形。比較這兩者的波形，可以看出這部分聯合電路是正常5.2.4驅動電路模塊調試也就失去了意義。驅動電路模塊調試連接方法如圖5.5所示。因為這部分電路用到220V5.2.5溫度采集模塊調試DS18B20,其硬件結構比較簡單，總共只有三個引腳：數據、地、電源，但簡單的硬件5.3整體調試的數據全為0,這是就需要不斷修改程序。首先，在主系統中設定副系統1的地址并向2、編碼解碼電路采用通用的PT2262/PT2274、在電路的設計中充分考慮了系統的可靠性和安全性。經過精心同時達到各項設6.1.1誤碼儀測試原理誤碼儀由發端模塊和收端模塊兩部分組成。發端模塊產生連續或者突發的比特流，(1)發端模塊產生原始數據，并使其通過被測通信系統構成的信道；(2)收端模塊產生與發端相同碼型、相同相位的數據流；(3)將收到的數據流與收端產生的本地數據流逐比特地比較，并進行誤碼統計；(4)根據誤碼統計結果，計算出相應的誤碼率，并輸出誤碼指示。6.1.2誤碼率測試誤碼率Pe:二進制數據位傳輸時出錯的概率。誤碼儀測試原理如圖6.1所示。只要對兩個序列逐位比較，就可以進行誤碼統計了。在誤碼測試邏輯中，接收到的總比特數與誤碼個數均以二進制方式存儲在內部的邏輯向量中。它們最高非0比特所處的位置之差實際上反映了誤碼率的指標不，只要根據這個差值就可以大致估計出誤碼率，本系統的誤碼率≤10-6。6.2發射/接收頻率測試在前面說過，發射接收模塊期望頻率都為433M,但由于制作過程存在誤差，實際應用中的頻率不一定為433M,現做了如圖6.2所示的測試。經過測試，系統的發射、接收頻率都約為430M,與期望的433M基本接近。注意，因為頻率比較高，用一般的低頻示波器是無法測出頻率來的，圖6.2只是一個測試示意圖，實際測試中發射、接收模塊頻率測試是不共地的。雙通道示波器雙通道示波器PT22726.3數據傳輸速率測試(1)數據傳輸速率是指通信線上傳輸信息的速度。有兩種表示方法，即信號速率和調制速率。①信號速率S:指單位時間內所傳送的二制位代碼的有效位數，以每秒多少比特數計，即bit/s、b/p、位/秒。信號速率的高低，由每位所占的時間決定，若一位數據所占的時間越小，則信號速率越高。設T為傳輸的電脈沖信號的寬度或周期，N為電脈沖信號所有可能的狀態數，則信號速率為S=1/T×log2N(bps)。②調制速率B:是脈沖信號經過調制后的傳輸速率，以波特(BAUD)為單位，通常用于表示調制器之間傳輸信號的速率。表示每分鐘傳送多少電信號單元，若T(秒)表示調制周期，則調制(2)利用高頻示波器觀察編碼輸出(發射模塊輸入)和解碼模塊輸入(接收模塊輸出)的波形，記錄波形的周期，并通過計算，得到發射接收速率都約為1200bit/s。KEY0,KEY1的功能分別是左移一位和右移一位；KEY4,KEY5的功能分別是加1和減1;KEY2,KEY3,KEY6分別是向從系統00,01,10發送溫度設定值的功能鍵。K7為清楚報警鳴聲且熄滅報警提示紅綠燈。溫度傳感器的測溫范圍在-55度——125度，而實際上低于室內的溫度在調試環境下是不存在的，所以鍵盤控制輸入應在室內溫度 (大約25℃)到125℃之間。鍵盤設定值設定并在數碼管上顯示后，選擇要控制的從系統，按2號鍵向從系統00發送溫度設定值，按3號鍵向從系統01發送溫度設定值，按6號鍵向從系統10發送溫度設定值，對各從系統進行分時控制。從系統收到設定值后對電烤箱的溫度進行控制，并把實際檢測到的溫度值送主控系統，并顯示出來。7號鍵用于清除失控報警鳴聲，同時熄滅報警指示燈。經過幾天的連續反復測定并校準，在設定范圍內都能達到指標的要求，可控，誤差不是太大，但是因為溫度信號的檢測滯后使得無論是電烤箱內的溫度還是經過溫度傳感器DS18B20測量，單片機計算控制顯示的數值總是有一定的滯后和超調，但是最后都能穩定在設定的溫度值左右，不會超過誤差范圍，也就意味著該畢業設計的制作達到了設計的要求——可控，可調。主系統的單片機是一個可直接在線燒寫程序的系統