【新型高效保溫桶硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)11000字（論文）】

新型高效保溫桶硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)TOC\o"1-3"\h\u19091引言 摘要社會的日新月異，科技的飛速發(fā)展，保溫桶的運(yùn)用是及其廣泛的，例如：生活，醫(yī)療，運(yùn)輸?shù)鹊?，本文是研究保溫桶控制器設(shè)計(jì)，核心器件是單片機(jī)，通過單片機(jī)來控制各種功能，這里主要分為：PT100測溫模塊、H橋驅(qū)動加熱制冷模塊、LCD1602顯示模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)；這里使用的PT100測溫模塊的誤差小、精度高，對所測得溫度數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定；H橋驅(qū)動加熱和制冷模塊會比使用繼電器更加的安全，便捷；軟件部分的設(shè)計(jì)是根據(jù)各個(gè)模塊相應(yīng)的功能進(jìn)行編寫，調(diào)試是使用proteus進(jìn)行操作，最終達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求，完善了保溫桶的功能。【關(guān)鍵詞】PT100測溫；H橋驅(qū)動制冷加熱；單片機(jī)1引言1.1選題的背景和意義從古至今，溫度一直都是生命和生產(chǎn)密不可分的，它僅由個(gè)體物體的性質(zhì)來表示。地球上的環(huán)境和溫度緊密相連，在許多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制與產(chǎn)品安全、提高生產(chǎn)效率、確保產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能等關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)直接相關(guān)?，F(xiàn)如今溫度控制廣泛應(yīng)用于社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，溫度的多領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)不再限制與工業(yè)，更多的是貼近我們的日常生活，例如保溫桶，空調(diào)，微波爐等一系列的生活電器。1.2保溫桶控制器的設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀和發(fā)展有關(guān)保溫桶的應(yīng)用：醫(yī)院中應(yīng)用保溫桶保證藥物處于恒溫狀態(tài),以保持藥物的活性，從而達(dá)到藥物治療的目標(biāo)；在家庭中，為使得嬰兒奶粉的營養(yǎng)成分不被破壞，使用保溫桶保持沖奶粉所用的水在規(guī)定的溫度范圍之內(nèi)；養(yǎng)雞場中應(yīng)用恒溫桶保持雞蛋孵化環(huán)境的恒溫；更為常見的是平時(shí)外賣的保溫措施，為使得食物的口感而保持溫度等等。保溫桶冷藏的應(yīng)用：海鮮的冷藏，蔬菜水果的保鮮，以及特殊藥物的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)鹊取Ｒ虼擞捎诟魇礁鳂拥男枨髮?dǎo)致了保溫桶控制系統(tǒng)愈發(fā)的完善以及精度的要求更加的嚴(yán)格，這樣能更好的研究保溫桶內(nèi)的溫度控制系統(tǒng),對于提升控溫效率、提高溫控精度,都有著非常重要的意義，所以研究保溫桶不僅僅能對我們的生活有了很大的便利而且還能提高生活水平。在往后的日子當(dāng)中我們還可以對保溫桶提出更高的要求，例如：在保證食物溫度的同時(shí)，保證食物當(dāng)中的水分不流失甚至可以通過某些手段將食物當(dāng)中的營養(yǎng)物質(zhì)更好的被人類所吸收。1.3本文主要研究內(nèi)容整個(gè)控制設(shè)計(jì)的核心是STC89C52，它使用PT100數(shù)字溫度傳感器實(shí)時(shí)捕獲溫度。同時(shí)，LCD1602數(shù)碼管顯示器用于本次設(shè)計(jì)來實(shí)時(shí)顯示功能，并且還具有用于設(shè)置溫度設(shè)置。設(shè)計(jì)蜂鳴器，溫度和時(shí)間可以提供聲音警報(bào)。該系統(tǒng)還具有用于溫度控制的溫度加熱電路。如果測得的溫度低于設(shè)定溫度，則控制器驅(qū)動加熱電路。如果檢測到的溫度高于設(shè)置的溫度，則自動換成制冷功能。2硬件電路的設(shè)計(jì)對于硬件電路的內(nèi)容上，核心器件最小單片機(jī)系統(tǒng)，采用了H橋電路作為制冷和加熱電路，使用PT100溫度采集電路，按鍵模塊，以及LCD顯示模塊來共同組成保溫桶的控制設(shè)計(jì)電路，這章將介紹各個(gè)模塊之間的聯(lián)系以及運(yùn)用。本次設(shè)計(jì)要求是：（1）溫度的設(shè)定范圍：0－60攝氏度；（2）溫度允許誤差：0.5度；（3）設(shè)定方式：按鍵或遙控；（4）實(shí)時(shí)溫度顯示；（5）可設(shè)定溫度；（6）必要的加熱驅(qū)動及保護(hù)電路；2.1關(guān)于STC89C52的簡介從各個(gè)角度來說STC89C52的運(yùn)用是很廣泛的，適用絕大部分的電子器件，標(biāo)準(zhǔn)功能是：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O接口，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，1個(gè)7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串口，中斷繼續(xù)工作。在掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容將會被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)所有的工作將會停止直到下一個(gè)中斷或者是硬件復(fù)位為止。在我們的讓日常生活當(dāng)中的家用電器以及諸多便攜式的小型電器上用的較多的是STC89C51或者是STC89C52這兩種單片機(jī)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)高度集成，體積小，控制能力強(qiáng)，低電壓，低功耗，這是他們共同的特點(diǎn)，而在這我選用的STC89C52在某些方面更優(yōu)于STC89C51，STC89C52單片機(jī)優(yōu)于STC89C51單片機(jī)的地方：（1）52單片機(jī)較51單片機(jī)多一個(gè)定時(shí)器，RAM51單片機(jī)是128位，52單片機(jī)是256位；（2）最后一個(gè)數(shù)字表示E2prom的大小，E2prom=最后一個(gè)數(shù)字*4K，51單片機(jī)就是4K，52單片機(jī)就是8k。（3）52單片機(jī)是51單片機(jī)的增強(qiáng)型，52單片機(jī)比51單片機(jī)，定時(shí)器多一個(gè)T2，RAM多128B，ROM多4K，中斷多2個(gè)，多一個(gè)看門狗，在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面還有一些改進(jìn)。（4）52單片機(jī)的最高外接晶振電路可以達(dá)到33MHz，51單片機(jī)大概只有24MHz。單片機(jī)是該項(xiàng)目的核心，可以在整個(gè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用，并管理電路需要管理的所有內(nèi)容。單片機(jī)價(jià)格便宜，許多初學(xué)者缺乏電路知識。因此，只要您購買開發(fā)板和一些簡單的設(shè)備，此時(shí)的啟動容量就很小。對于大多數(shù)初學(xué)者來說，52基本設(shè)計(jì)微處理器能夠滿足設(shè)計(jì)要求，因此這種類型的芯片迅速成為市場上的主流芯片，并且得到了特別廣泛的使用。其引腳圖如下：圖2.1STC89C52引腳圖下列將主要介紹一下各個(gè)引腳的工作情況：P1.0～P1.7:8位準(zhǔn)雙向I/O接口，負(fù)載能力為三個(gè)LSTTL門；RST:復(fù)位端，低電平無效高電平有效，寬度在24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上，就能夠是單片機(jī)復(fù)位；INT0:外部中斷0輸入端；INT1:外部中斷1輸入端；XTAL2:接外部晶體震蕩器的一端，片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路的反相放大器的輸出端；XTAL1:接外部晶體震蕩器的另一端，片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路的反相放大器的輸入端；VSS:接地端口；VCC:接電源電壓；ALE/PROG:地址鎖存信號端。訪問片外存儲器時(shí)，ALE做低8位地址鎖存控制信號，再不訪問片外存儲器時(shí)，該端以六分之一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。P3.0～P3.7:8位準(zhǔn)雙向I/O接口。負(fù)載能力為三個(gè)LSTTL門。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的正常使用，用簡單而基本的結(jié)構(gòu)框圖來呈現(xiàn)單片機(jī)最小系統(tǒng)：圖2.2單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（1）電源電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用電源電路使用了LM7812的芯片，該芯片時(shí)常見的三端穩(wěn)集成電路，集成芯片有三個(gè)端口分別時(shí)：輸入端，輸出端，接地端。電源模塊接的是220V轉(zhuǎn)24V的直流電壓，該電源電路的工作原理為：在+24V電壓經(jīng)過7812轉(zhuǎn)換成+12V。該電源電路為H橋電路的制冷電路提供3A電流驅(qū)動。為了本次設(shè)計(jì)所需要的直流電能夠成功的驅(qū)動H橋電路，是由于脈動的直流需要經(jīng)過濾波才能更好的輸出，所以本次電源電路采用了C6電容器來進(jìn)行濾波處理，下面是電源電路的設(shè)計(jì)圖：圖2.3電源電路圖電源電路中使用的是LM7812顧名思義輸出的電壓是12V,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。LM7812的詳細(xì)參數(shù)如下圖所示：表1LM7812參數(shù)表（2）晶振電路晶振電路的核心就是讓振蕩器產(chǎn)生正弦波，電路在工作時(shí)產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率和頻率可能時(shí)不相同的，所以要把這正弦波進(jìn)行分頻，處理，形成時(shí)鐘脈沖，然后分配到需要的地方。接法如下所示：圖2.4晶振電路圖（3）復(fù)位電路復(fù)位電路的核心就是把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，復(fù)位電路的啟動方式有很多，第一個(gè)是再給電路通電時(shí)馬上進(jìn)行復(fù)位操作；第二個(gè)復(fù)位的手段是通過手動操作的方式；第三個(gè)要根據(jù)程序或者電路運(yùn)行的需要自動進(jìn)行。復(fù)位電路上有按鍵和電容，之所以使用電容，是因?yàn)镽ST引腳一直為高電平就復(fù)位，在電容未充電時(shí)就相當(dāng)于短路,當(dāng)電容飽和就相當(dāng)于開路。該電路是與RST引腳相接，其接口如圖所示：圖2.5復(fù)位電路圖（4）ADC0832的介紹在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中選用ADC0832對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行構(gòu)建，它是一種8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，最高可達(dá)256級分辨率，可以有效地降低芯片數(shù)據(jù)誤差，穩(wěn)定性能力強(qiáng)。獨(dú)立的使能輸入方式，使掛載多器件和控制處理變得更為便捷。ADC0832單通道模擬信號輸入狀態(tài)下的電壓范圍需控制在0～5V之間，當(dāng)其工作在8位分辨率的狀態(tài)下，輸出模擬信號精度可達(dá)19.53mV。該設(shè)計(jì)中ADC0832芯片與單片機(jī)STC89C52存在4條數(shù)據(jù)線相連，分別是CLK和CS、D1和D0。CLK端接在P1.1上,時(shí)AD芯片提供了時(shí)鐘輸入；D1和D0同時(shí)接在P1.2上，選擇數(shù)據(jù)信號從D1端輸入，數(shù)據(jù)再從D0端口進(jìn)行輸出；CS接在P1.0上，但在實(shí)際通信時(shí)D1端與DO端未同時(shí)有效，并且雙向連接到單片機(jī)，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)可將D1和DO接在一個(gè)單片機(jī)管腳上進(jìn)行使用。傳感器模擬電壓輸出到CH0端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖為：圖2.6ADC0832引腳圖下表是使用ADC0832各個(gè)引腳的作用：表2ADC0832引腳功能表引腳功能介紹CS片選使能，低電平芯片使能CHO模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用GND芯片參考0電位（接地）D1數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出VCC電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）CLK芯片時(shí)鐘輸入2.2按鍵控制電路本次設(shè)計(jì)我選用的是獨(dú)立按鍵，每一個(gè)按鍵都有著各自的作用，一共三個(gè)按鍵，分別是“功能按鍵”，“按鍵+”，“按鍵-”；“功能按鍵”的作用是：定時(shí)和設(shè)置溫度；“按鍵+”的作用是:設(shè)定溫度的增加；“按鍵-”的作用是：設(shè)定溫度的減??；他們分別接在單片機(jī)上的不同接口上，分別是：P2.4,P2.5,P2.6?？偟膩碚f按鍵控制更加容易使用和操作，按鍵的導(dǎo)通與否直接是該電路的通斷，所以沒有其他復(fù)雜的操作。本次的設(shè)計(jì)更加貼近生活，即使是對于老人來說也不會出現(xiàn)操作失誤。其電路原理圖如下所示：圖2.7按鍵控制電路圖2.3數(shù)碼管顯示屏1602的介紹本次設(shè)計(jì)必然要使用一些較為單一的界面，將測量到的數(shù)值反饋出來，這就要用到顯示屏來直觀的展現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的可行性，這里選用1602液晶顯示屏是十分適宜的，在我們的日常中顯示屏的價(jià)格一直都不低，對于高價(jià)格的顯示屏我們并不需要他的辨識度和是色彩的分辨率，而LCD1602數(shù)碼管顯示屏能清晰的將數(shù)值顯示出來，在價(jià)格方面也能夠接受，所以為降低顯示模塊的成本，提高電子設(shè)計(jì)的性價(jià)比，選用LCD1602顯示屏來顯示字符和數(shù)字更加方便，控制也更加簡單。其原理圖如下所示:圖2.8LCD1602顯示電路圖LCD1602共有16個(gè)引腳，本次設(shè)計(jì)使用了其12個(gè)引腳，下面將介紹一下各個(gè)引腳對本次設(shè)計(jì)的作用：其中D0-D7引腳與單片機(jī)的P0.0-P0.7相接作為數(shù)據(jù)傳輸;后面1234個(gè)接口分別是4個(gè)LED數(shù)碼管顯示分別連接這P2.0-P2.3。表3LCD1602指令表上表是1602數(shù)碼管的顯示模塊中控制器的11條指令；依據(jù)收到“0”和“1”的信號，將執(zhí)行不同的指令可對照上圖查看各個(gè)引腳的輸出的結(jié)果。2.4報(bào)警電路的介紹本次設(shè)計(jì)的報(bào)警電路中采用的是一個(gè)PNP三極管,一個(gè)蜂鳴器,以及限制電流的電阻一個(gè);蜂鳴器裝在三極管的集電極上。如果三極管的基極電壓較低,則三極管就導(dǎo)通,并且可以使得蜂鳴器導(dǎo)通以使用警報(bào)功能。相反，如若條件相反或者條件不足則不發(fā)生報(bào)警。下面是報(bào)警電路圖:圖2.9報(bào)警電路圖2.5加熱和制冷電路的設(shè)計(jì)在本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中，將常規(guī)的加熱電路和制冷電路都使用H橋電路來代替，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)電路中完成加熱和制冷的功能，相較于以往的加熱制冷電路（一般是使用繼電器并且是將加熱和制冷電路分開成兩個(gè)互不影響的電路），使用H橋電路對半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行控制，以達(dá)到對保溫桶保持自己設(shè)定的溫度，使用H橋電路會比使用繼電器更加的安全，便捷；在相對于傳統(tǒng)繼電器進(jìn)行控制的加熱制冷電路降低了噪音以及電子器件使用壽命的問題，能更加廣泛的運(yùn)用于醫(yī)療，生活等不同領(lǐng)域當(dāng)中以達(dá)到更為精細(xì)的水平。圖2.10H橋加熱制冷電路圖2.6溫度測量電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的溫度測量模塊是在各式各樣的溫度采集模塊中選用了PT100溫度傳感器，PT100溫度傳感器的測量范圍是-50℃～200℃，隨著溫度的升高，電阻的阻值變小，所以是負(fù)的溫度系數(shù)的熱敏電阻。此外，它的線性度非常優(yōu)越，溫度的每一次變化會使得電阻的阻值變化幅度較小，幾乎可以認(rèn)為是升高幅度基本相同，由此可以極大程度上的簡化程序。下圖時(shí)PT100測溫電路：圖2.11PT100測溫電路圖為保證保溫桶控制器的穩(wěn)定性和可靠性，一般PT100溫度傳感器檢測系統(tǒng)包括信號的采集和信號的處理兩個(gè)部分。為了提高PT100溫度傳感器的精度，對Pt100溫度采集系統(tǒng)信號調(diào)理電路及A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行了高精度設(shè)計(jì)，這是因?yàn)楫?dāng)電流經(jīng)過PT100傳感器時(shí)會產(chǎn)生一定的熱能,導(dǎo)致其測溫出現(xiàn)誤差,一般恒流源電流應(yīng)小于mA級,所以本次設(shè)計(jì)采用PT100電壓信號采集系統(tǒng)的放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路等進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。在PT100電壓采集放大電路中前半部分是4.096V恒壓電源，然后是一個(gè)橋式電壓采樣電路，后面是一個(gè)電壓放大電路。對于4.096V的恒源電路，因?yàn)閂erf=2.5V所以4.096=（1+R10/RV1）*2.5，得出R10/RV1=1.6384，可以通過改變滑動變壓器的阻值來實(shí)現(xiàn)。在橋式采樣電路中這是一個(gè)橋式電壓采樣電路，其原理是檢測RT1和R6二者的電壓，這樣就能得到PT100的電阻數(shù)值，從而得到當(dāng)前溫度數(shù)值。其中相對數(shù)值是通過R6去調(diào)節(jié)，可以是任意，其R7的主要作用還是在校準(zhǔn)溫度使用?，F(xiàn)在使用的R6的阻值是138.5002Ω，也就是PT100在100攝氏度是的溫度數(shù)值，但是當(dāng)溫度超過100℃時(shí)，會直接輸出777。在電壓放大電路中，根據(jù)“虛斷”的原則，流過R7和R9的電流相同（V2-V3)/R7=V3/R9；根據(jù)“虛斷”原則,流過R8和R10電流相等(V1-Vout)/(R8+R10)=(V1-V4)/R8;根據(jù)＂虛短＂原則,V2=V3;根據(jù)這3個(gè)公式得出:11V2-10V1=Vout理想要的數(shù)值是10倍的放大倍數(shù)，但是現(xiàn)在在輸出端多了減了V2，根據(jù)模擬的數(shù)值可知，V2的取值范圍是0.215-0.36835241646對應(yīng)溫度范圍是44.032-75.43所以對得到的電壓數(shù)值要電壓補(bǔ)償,其補(bǔ)償后的PT100輸出與其近似直線。圖2.12PT100模擬補(bǔ)償圖總結(jié)：關(guān)于此次的保溫桶控制器的硬件部分，最先想到的是器件的選取，而在選則器件的過程當(dāng)中就要考慮本次設(shè)計(jì)的要求，根據(jù)特定的要求選擇性價(jià)比最優(yōu)的器件來完成本次的設(shè)計(jì)，為了比較不同類型的單片機(jī)、A\D轉(zhuǎn)換芯片、傳感器，在查閱諸多資料后，最終將所有需要的器件整理。然后，為實(shí)現(xiàn)保溫桶的功能設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路模塊，并且按照一定的邏輯關(guān)系，將不同模塊連接構(gòu)成基本的電路圖。硬件電路的設(shè)計(jì)過程不是像想象中那樣的輕松，中間也遇到了各種各樣的棘手的問題，比如說：溫度傳感器的選擇、電源電路的設(shè)計(jì)、按鍵功能的設(shè)置、引腳的功能以及相互模塊之間的連接。3軟件程序的總體設(shè)計(jì)3.1軟件的總體設(shè)計(jì)本次軟件部分的總體設(shè)計(jì)是對程序的編寫以滿足對保溫桶的控制器的要求，所編寫的程序主要分為六個(gè)部分：median、account_res、temperature、adj_t、timer0_int、Get_AD_Result；median是中值濾波函數(shù)，采用的是冒泡函數(shù)對溫度進(jìn)行采集；account_res是電阻值計(jì)算函數(shù)，由于電阻是實(shí)際測量的電阻，并且使用可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)，為保證誤差最小，利用中值法取中間值；temperature是計(jì)算溫度的函數(shù)，主要計(jì)算PT100的溫度；Hm是調(diào)整顯示數(shù)據(jù)的函數(shù)，在不超過測量范圍內(nèi)輸出，超過范圍只輸出7770；timer0_int是四個(gè)數(shù)碼管顯示的程序；HAVEResult是A/D通過指定的通道轉(zhuǎn)換的結(jié)果，每個(gè)函數(shù)所編寫出來的程序都是為保溫桶功能的實(shí)現(xiàn)。對于本次設(shè)計(jì)的總圖流程圖來說，最開始就是對保溫桶溫度的設(shè)定以及保溫時(shí)間的設(shè)定，在設(shè)定完成之后，測溫電路開始工作，先是選擇通道將讀取A/D數(shù)據(jù)，在計(jì)算電阻阻值，進(jìn)行溫度計(jì)算，然后就是判斷是否到達(dá)保溫時(shí)間，如果保溫時(shí)間到則結(jié)束；如果保溫時(shí)間沒有到，則開始判斷實(shí)際溫度和設(shè)定溫度的大小，若實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度的上限，則進(jìn)行制冷；若實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度的下限，則開始加熱；然后重新判斷是否到大保溫桶設(shè)定時(shí)間，若到達(dá)，便結(jié)束進(jìn)程，保溫桶開始發(fā)出信號；若沒有到達(dá)，則回到選擇通道的環(huán)節(jié)，重新讀取數(shù)據(jù)，再依次重復(fù)上述操作，這樣一個(gè)完整的保溫設(shè)計(jì)流程就呈現(xiàn)出來了。下圖是總體設(shè)計(jì)流程圖：總體流程圖圖3.13.2A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的軟件部分介紹第一個(gè)模塊就是介紹ADC0832在軟件部分的工作，該圖是ADC0832串行A-D轉(zhuǎn)換工作時(shí)序，在圖中可以看出來，它的工作時(shí)序是拆分成兩個(gè)階段：首個(gè)階段是起始和通道相互配置，從CPU處發(fā)送出去，然后在ADC0832芯片的DI端進(jìn)行輸入；接下來的階段為A-D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出，在ADC0832芯片的DO端口出輸出，再由CPU來接收處理；A/D轉(zhuǎn)換工作時(shí)序圖圖3.2下列表格是ADC0832的通道選擇：表4ADC0832通道選擇表編碼通道選擇CH0CH100+-01-+10+11+這里是結(jié)合兩個(gè)圖來介紹一下ADC0832讀寫時(shí)序，首先所表示的是啟始信號，必須是在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖下沉之前DI端是高電平；在圖中可以知道，第二個(gè)脈沖和第三個(gè)脈沖在下沉之前DI端應(yīng)該輸入2位數(shù)據(jù)來用于實(shí)現(xiàn)選擇通道的功能；接著在第三個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用；在這之后DO/DI端使用數(shù)據(jù)輸出DO端進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取，并且在第四個(gè)脈沖下沉開始之后數(shù)據(jù)的最高位DATA7被D0端口轉(zhuǎn)換，接下來的每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)，直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。并且從這個(gè)位開始輸出相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，看見第19個(gè)脈沖數(shù)據(jù)輸出完成之后，預(yù)示著這一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。圖3.3A/D轉(zhuǎn)換讀時(shí)序圖本次設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換是由測溫電路PT100中根據(jù)電阻的阻值大小所對應(yīng)的溫度信號再傳到ADC0832當(dāng)中，信號通過選擇的通道控制字符，并且讀取8位數(shù)據(jù)再進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換好的信號經(jīng)過校驗(yàn)，再將該信號轉(zhuǎn)換傳到最小單片機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中去，并且與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，之后控制加熱制冷電路運(yùn)行。下圖是ADC0832的程序流程圖，簡要的描述了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程：圖3.4A/D轉(zhuǎn)換流程圖3.3中值濾波函數(shù)的介紹該程序的主要目的是為了溫度測量所準(zhǔn)備的，中值濾波對所測量的諸多溫度數(shù)據(jù)有良好的濾除作用，尤其是出現(xiàn)極端數(shù)據(jù)的時(shí)候，能夠保護(hù)信號的邊緣，使之不被模糊。這些獨(dú)特的功能是線性濾波方法所不具備的。濾波函數(shù)采用的是冒泡排序的方法，使用冒泡法對所采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行排列，對所采集的有效數(shù)據(jù)是從大到小排序的，下圖是中值濾波函數(shù)的程序流程圖：圖3.5中值濾波流程圖3.4LCD1602顯示函數(shù)的介紹在生活當(dāng)中LCD1602液晶顯示經(jīng)常是作為單片機(jī)的大多數(shù)選擇，LCD1602可以用于顯示字母、數(shù)字、符號等，其中1602是指LCD顯示的內(nèi)容為16X2,LCD1602液晶顯示的控制程序也相對簡單,主要是初始化，寫數(shù)據(jù)，寫指令三個(gè)控制函數(shù)就可以對該模塊進(jìn)行控制，為了實(shí)現(xiàn)寫數(shù)據(jù)和寫指令的函數(shù)，可以用寫操作時(shí)序來編程去實(shí)現(xiàn)保溫桶要求的有效控制；在這里，通過直接定義RS引腳和寫時(shí)序，為了更好的區(qū)別寫指令和寫數(shù)據(jù)，這里引入了對RS引腳高低電平的定義；RS為高電平時(shí)，寫數(shù)據(jù)；RS為低電平時(shí)，寫指令；圖3.6LCD1602寫操作時(shí)序圖地址是00H，再加上DB7的1，即80H(0010000000)，第二行第一位是40H，再加上DB7的在指定的位置中寫內(nèi)容時(shí)，首先要先指定地址，如在第一行第一位寫入，1，即C0H(0011000000)，依次類推,寫指令格式，由于地址為7位，在寫入地址是，第8位恒為1，下表可知：表5命令編碼表指令功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0設(shè)定DDRAM地址011CGRAM的地址（7位）40本次設(shè)計(jì)選擇的顯示方式是中斷顯示函數(shù)，在程序當(dāng)中，用到的是定時(shí)器T0溢出中斷，在定時(shí)器初始化時(shí)，將0x01賦值給TMOD寄存器。在中斷函數(shù)中，并且將定時(shí)器的初值進(jìn)行聲明，本系統(tǒng)中晶體振蕩器的頻率為12MHz，此時(shí)為16位定時(shí)器，由此可以計(jì)算出周期為1ms,所以是每1ms中斷一次，并且經(jīng)過運(yùn)放電路每10ms做一次A/D轉(zhuǎn)換，并取一個(gè)數(shù)值放在緩沖區(qū)當(dāng)中；同時(shí)當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)11時(shí)，計(jì)數(shù)器將會清0，在取值的時(shí)候會調(diào)用Hm函數(shù)，此時(shí)將會計(jì)算出電阻的值將與溫度相對應(yīng)；在計(jì)算阻值的同時(shí)，會使用到中值濾波函數(shù)將對10個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行取中值，這是為了能得到更加平穩(wěn)的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗玫降氖菙?shù)字量，所以根據(jù)中間值可以計(jì)算出電壓，從而經(jīng)過計(jì)算算出阻值；這樣就完成了顯示溫度的功能，下面展示的中斷顯示程序的流程圖：圖3.7中斷顯示流程圖3.5按鍵函數(shù)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)共有三個(gè)按鍵分別來控制保溫桶系統(tǒng)，按鍵設(shè)計(jì)說的通俗一點(diǎn)就是：內(nèi)部存在兩個(gè)引腳，在按鍵按下時(shí)，兩端接通，松開狀態(tài)兩端就是斷開的，由此來控制電路通斷。第一個(gè)按鍵是控制開關(guān)的按鍵,開關(guān)按鍵分為兩種狀態(tài)，一種是控制設(shè)置狀態(tài)，另一種是控制系統(tǒng)關(guān)閉。本次設(shè)計(jì)當(dāng)中使用flag來記錄到底處于哪一種狀態(tài)，flag是指在按鍵的次數(shù)，在flag為1的時(shí)候，表示設(shè)置按鍵按下，此時(shí)是在設(shè)置狀態(tài)的，在flag為2的時(shí)候也就是再次按下時(shí)，程序的flag為3，直接輸出為0，就結(jié)束運(yùn)行了。第二個(gè)按鍵是對溫度進(jìn)行增加設(shè)定的按鍵，第三個(gè)按鍵是對溫度進(jìn)行減小設(shè)定的按鍵，兩個(gè)按鍵都可以控制溫度的上限和下限，當(dāng)所測量得到的溫度高于溫度的上限時(shí)，H橋電路進(jìn)行制冷功能；當(dāng)所測的溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)則開始加熱功能，在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中溫度上下限的范圍是：所設(shè)定溫度加減1℃。只有在進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)的時(shí)候第二個(gè)按鍵和第三個(gè)按鍵才能工作，在溫度增加設(shè)定鍵按下的時(shí)候，所設(shè)定的溫度隨這按下的次數(shù)逐漸增加，但是并不能無限的增加，這里的溫度上限是60℃，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所要求保溫桶控制器的溫度是0-60℃，所以這里的最大設(shè)定值不能超過60℃；相反若是對第三個(gè)按鍵也就是溫度減小設(shè)定按鍵進(jìn)行操作，就是隨著按鍵次數(shù)的增加設(shè)定的溫度逐漸減小，但卻不能減小到0℃以下，在保溫桶中確定設(shè)定溫度之后，按鍵函數(shù)就直接退出程序，下面是按鍵函數(shù)設(shè)計(jì)的流程圖：圖3.8按鍵函數(shù)流程圖軟件部分總結(jié)：軟件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，軟件設(shè)計(jì)的正確與否直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運(yùn)行并滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。本次軟件設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)分成各個(gè)板塊，分別進(jìn)行介紹。本次在‘keil4’軟件上實(shí)現(xiàn)了軟件程序的編寫，提供本次軟件程序代碼運(yùn)行所要用到的編譯環(huán)境。軟件程序編寫完后可以生成仿真中插入元件中的hex.文件，便于在proteus上實(shí)現(xiàn)電路圖的仿真。

本次在‘Visio’軟件上實(shí)現(xiàn)了程序流程圖的繪制，這個(gè)應(yīng)用軟件對于不同的畫圖模塊都有不同的繪制模板。4系統(tǒng)調(diào)試4.1關(guān)于PT100各個(gè)溫度階段與電阻的對應(yīng)關(guān)系本次保溫桶設(shè)計(jì)所采用的測溫系統(tǒng)中的PT100，PT100所能測量的溫度范圍是-200℃～800℃，而在此次設(shè)計(jì)當(dāng)中它的測溫范圍是-20℃～120℃。實(shí)際上的工作原理是其阻值會隨著溫度上升而成勻速增長，可是影響熱電阻的因素有很多，比如說：有原件上的誤差、信號傳輸?shù)臅r(shí)候可能出現(xiàn)信號損壞的情況，甚至是在設(shè)計(jì)電路時(shí)存在誤差，焊接方式，封裝工藝、外殼尺寸、填充材料引線的長度，在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)是否存在干擾因素？還有二次儀表的精度等等這些都是影響的因素。下列四段電阻與溫度的對應(yīng)關(guān)系圖，溫度分別是：0℃～30℃、30℃～60℃、60℃～90℃、90℃～120℃；從圖中可以看出電阻值和溫度幾乎是成正比的關(guān)系。溫度在0℃～20℃時(shí)與阻值擬合處理的線性關(guān)系，它的相應(yīng)公式為：溫度=2.5703*阻值-257.0501圖4.1（0℃～30℃）PT100溫度阻值對應(yīng)坐標(biāo)圖圖4.2（30℃～60℃）PT100溫度阻值對應(yīng)坐標(biāo)圖圖4.2是溫度30℃～60℃時(shí)與阻值擬合處理的線性關(guān)系，它的相應(yīng)公式為：溫度=2.5935*阻值-259.6416圖4.3（60℃～90℃）PT100溫度阻值對應(yīng)坐標(biāo)圖圖4.3是溫度60℃～90℃時(shí)與阻值擬合處理的線性關(guān)系，它的相應(yīng)公式為：溫度=2.6171*阻值-262.5538圖4.4（90℃～120℃）PT100溫度阻值對應(yīng)坐標(biāo)圖圖4.4是溫度90℃～120℃時(shí)與阻值擬合處理的線性關(guān)系，它的相應(yīng)公式為：溫度=2.6412*阻值-265.7953根據(jù)上述4個(gè)圖形可知PT100阻值與溫度的關(guān)系,本次設(shè)計(jì)選擇溫度范圍在0℃～120℃，R0=100Ω為0℃時(shí)的阻值,不同的阻值對應(yīng)著不同的溫度。溫度與阻值的關(guān)系不是絕對的線性關(guān)系,為提高所測得的溫度精度,應(yīng)該要進(jìn)行合理的分段線性化處理,在一定的溫度范圍內(nèi)用式溫度=A*阻值-B,其中A和B分別代表不一樣的常數(shù)，然后再進(jìn)行近似表示溫度與阻值的關(guān)系,用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，所得到的數(shù)值與實(shí)際測量得出的數(shù)據(jù)誤差將會減小，下面將用實(shí)際的溫度數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)作比較；表6實(shí)際溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度表（同一阻值）標(biāo)準(zhǔn)溫度(℃)顯示溫度(℃)電阻阻值(Ω)0-0.1100.0065.1102.341010.0103.901212.0104.681616.0106.241919.0107.402121.0108.182524.9109.732827.9110.903029.9111.673231.9112.453636.0114.004040.0115.544444.0117.084848.1118.635050.0119.40本次設(shè)計(jì)的調(diào)試主要是通過改變PT100的阻值，然后觀察數(shù)碼管的溫度顯示來與標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行對比，找出誤差范圍；根據(jù)上表對比顯示的數(shù)據(jù)可以知道：標(biāo)準(zhǔn)溫度與顯示溫度幾乎一致。只有個(gè)別幾個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)溫度的誤差是±0.1，本次設(shè)計(jì)的精度是0.1，在考慮外在因素的影響下，可能對溫度的測量造成一定偏差，采用分段式擬合的方法極大程度上減小了外在因素的影響，所以本次設(shè)計(jì)所存在的誤差并不影響溫度的讀取和判定。4.2電源電路和H橋驅(qū)動加熱制冷電路調(diào)試對于電源電路而言，最主要的調(diào)試操作是：判斷該電路是否能夠輸出3A的電流來驅(qū)動H橋電路進(jìn)行制冷和加熱；在電路上我們可以使用萬用表，首先將萬用表調(diào)節(jié)到電壓檔，將萬用表的兩個(gè)表筆與輸出端相連接，查看示數(shù)是否是12V，如果是，則說明輸出端口可以保證輸出3A的電流；如果不是，則開始檢查電源電路是否出現(xiàn)故障，逐個(gè)檢查各個(gè)電路點(diǎn)的電壓。對于H橋驅(qū)動制冷加熱電路的調(diào)試則是：通過控制“按鍵+”和“按鍵-”調(diào)節(jié)溫度，在超出設(shè)定值的上限時(shí)，驅(qū)動電路將會啟動制冷功能，這時(shí)就是P3.3接口需要輸入高電平，若低于設(shè)定值的下限時(shí)，就會啟動加熱功能，這是P3.2就要輸入高電平，而高電平和低電平也可以用萬用表來測量，在H橋電路工作時(shí)分別去測量兩個(gè)點(diǎn)的電壓，對電壓高的作為高電平，記為1；低電壓作為低電平，記為0；H橋電路驅(qū)動制冷加熱模塊在本次設(shè)計(jì)中調(diào)試的過程當(dāng)中沒有出現(xiàn)問題，所以調(diào)試可以通過。4.3調(diào)試結(jié)果展示首先本次設(shè)計(jì)先設(shè)定溫度，先按下功能鍵，再通過“按鍵-”將溫度設(shè)定到15℃，設(shè)定完溫度之后再按下功能按鍵，然后開始調(diào)節(jié)PT100的阻值，通過改變阻值來控制加熱制冷，這里將阻值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的溫度，本次調(diào)試所對應(yīng)的溫度