基于双向可控硅的数显式调功模块设计-毕业设计.docx

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1、目 录摘 要：21 前言31.1 研究目的和意义31.3 主要研究内容62 系统控制方案及原理62.1 系统控制方案选择62.1.1 模拟方案一62.1.2 模拟方案二72.1.3 数字PID线性控制72.2 系统控制原理82.2.1 AT89C51单片机原理92.2.2 温度检测原理102.2.3 双向硅控制原理102.2.4 液晶显示报警113 系统模块硬件设计113.1 单片机芯片的选择及电路设计113.2 温度采集芯片的选择及电路设计133.3 显示器的选择及电路设计143.4 按键电路设计153.5 报警电路设计163.6 ROM扩展173.7 双向硅过零触发以及调功电路设计184

2、系统方案的设计194.1 软件的总体设计194.2 初始化的流程图设计204.3 温度数据采集流程图214.4 温度设置及显示流程图214.5 双向硅控制加热器及高温报警流程图215 系统调试与运行215.1 调试结果215.2 运行结果216 结束语21参考文献21致 谢23附录31基于双向可控硅的数显式调功模块设计 摘 要：本设计以水温加热控制为应用背景，设计了一种基于双向可控硅的数显式调功模块系统。简单的说就是温度传感器采集温度之后，通过STC59C51单片机控制加热电器的功率来实现恒温调节的目的。本设计首先参考了目前几种温度控制系统的背景及意义，并介绍了常用的几种控制加热器的方案，然后

3、在其中选用了通过单片机采集温度与设置的温度值进行比较，通过可控硅来调节加热器件的功率。针对这种温度控制方式，本设计对恒温控制给出了具体系统的电路设计方案，并通过使用STC59C51单片机作为主控制器实现对外围控制电路的控制和检测并实现人机交互，并实现了温度的实时控制以及测量。此外，本设计还给出相应的报警电路，当实际温度过高时，蜂鸣器会作用发声。 关键词：水温加热；双向可控硅；STC59C51单片机；调功；温度检测Design of Power Control Module Based on Bidirectional ThyristorStudent: Tutor:(College of En

4、gineering ,Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: Based on a water temperature heating system, a Power Control Module Based on Bidirectional Thyristor is designed in this design. Simply, the temperature is collected by the temperature sensor, then, the power of heating appli

5、ances is controlled by the STC59C51 to achieve the purpose of temperature regulation. Firstly, reference to Several current temperature control systems is introduced in this design, and then the method that power control module based on bidirectional thyristor is collected in this design. In view of

6、 this kind of temperature control method, this design gives the circuit design scheme, and realizes the control and detection of the peripheral control circuit through the use of STC59C51 single-chip microcomputer as the main controller. In addition, the design also gives the corresponding alarm cir

7、cuit, when the actual temperature is too high, the buzzer will occur.Key words: water temperature heating; RS485; bidirectional thyristor; STC59C51 single chip microcomputer; power control; temperature detection1 前言1.1 研究目的和意义温度是物理学7大基本物理量之一，是我们日常生活中最常见的物理量，代表了一个物体的冷热程度。很多物理过程以及化学过程都与温度联系紧密。在许多工业生产中

8、，温度的测量精确度以及控制指标都与实际生产效率、产品质量、能源消耗紧密联系。所以，温度的测量和控制现今在很多领域备受重视。在实际环境中，由于很难控制系统内外环境间的热交换，并且也无法精确计算其他热源带来的干扰，因此环境干扰带来的温度量的变化往往不可预测。所以，采取一定的绝热手段来使系统与外界能量交换符合人们要求是有必要的。根据热力学第二定律，如果采用一个隔离层，保证该隔离层温度与目标系统温度同步，那么隔离层与目标系统将达到热平衡，这样就把目标系统和外界有效的进行了热隔离。除此之外，绝大多数实际环境中，增温比降温相对更容易得多。所以，当对温度精度要求很高时，应当尽量避免温度过冲现象。因为很多实际

9、应用中，都只有加热装置却没有温度冷却装置，这种条件下温度过冲后将很难降下来，尤其是一些隔热效果比较好的环境。同理，只有冷却却没有加热装置的应用中，当温度过低于目标温度时，系统也将很难再次达到目标温度值。下面就温度控制领域研究现状以及双向可控硅的发展进行介绍。1.2 国内外研究现状1.2.1温度测控技术发展现状温度测控技术包含测量和控制这两方面的技术。温度的检测技术在理论上已经相对比较成熟，但在实际温度测控中中，如何能够快速采样，保证数据完好正确传输，并能进行精确地温度控制仍然是目前要解决的问题。温度测量技术主要包含接触式测温和非接触式测温两种技术手段。其中，接触式测温起源更早，具有简单、可靠、

10、精度高等优点，但由于热惯性导致所采用的检测元件响应时间长，所以实际中很难精确测量热容量小的物体。并且该方法不适合用于超高温和腐蚀性环境中的温度测量。非接触式测温通过检测被测对象所辐射出的能量来实现温度测量的目的，优点是可测量热容量小的物体、以及运动的物体温度，并且该方法动态响应速度较快。确定是误差较大，结构复杂，价格高昂。因此一般在实际工业以及生活应用中，接触式温度测量方式采用较多。按照控制目标不同，温度控制技术可分为动态温度跟踪和恒温控制两种。动态温度跟踪目标是让实际温度控制过程中，温度按照预先定好的曲线变化，这种控制广泛应用于如发酵过程、化学反应温度控制以及冶金业燃烧炉的温度控制等领域中。

11、恒值温度控制目标是使得实际温度稳定在某个给定数值，且要求温度波动量不超过某允许值。本设计讨论的基于双向可控硅的数显式调功模块就是要通过双向可控硅来调节功率量，进而改变温度值。本设计讨论对象运用在恒值温度控制领域中，主要举例实现对实际水温的恒值控制。按照控制其发展过程，温度控制技术可分为定值开关控温法、PID线性控温法以及智能温度控制法。定值开关控温法是通过软硬件判别当前温度和目标温度关系，进而对目标系统加热（或冷却）装置进行控制。这种控制方法简单，只用模拟电路就可以实现。但是该方法由于很难克服温度调节变化的滞后性，所以被控对象温度波动大，精度低。目前该方法在老式工业电炉中仍有应用；PID线性控

12、温法基于PID控制器控制原理，考虑系统误差、误差变化以及误差累积三个因素，具有算法简单、鲁棒性好等优点，控制性能由于定值开关控温，该方法广泛应用于工业控制中。根据实现方法可分为模拟PID控制器和数字PID控制器，其中模拟PID控制器通过模拟电路实现而数字PID控制器通过计算机软件方法来实现PID调节功能。因为数字控制器参数可在线整定，所以具有较大的灵活性。采用数字PID控制器的系统控制效果取决于比例值、积分值、微分值的选取。其不足在于，当实际系统参数变化时，PID参数必须跟着变化，否则控制效果就会变差；智能温度控制法是为了克服线性控温法，而提出的一系列自动调整PID参数的方法，如参数的自学习、

13、自整定等。其中应用较多的有模糊控制、专家系统、神经网络控制等。近年来正在兴起第三代智能温控仪表，该仪表基于智能温控技术，可以实现自适应PID算法。目前国内温控仪表相较于国外而言存在很大差距，具体表现在国内温控仪控制精度低，自适应效果差。这种不足很大程度是由于采用的控制算法不足导致的。1.2.2双向可控硅发展可控硅整流元件简称为可控硅，也常称为晶闸管，具有体积小、结构简单等特点。该器件在家用电器中调速风扇、空调机、摄像机及工业控制中取得了诸多使用，多用于整流、逆变、无触点开关等。 双向可控硅是在在普通可控硅的基础上发展而成，可认为是一对反并联连接的普通可控硅的集成，工作原理与普通可控硅相同。此外

14、，双向可控硅除了在电路上相当于两只反极性并联的可控硅之外，在控制上还只需一个触发电路，所以是比较理想的交流开关器件。双向可控硅作为一种半导体器件广泛应用在电路系统设计以及单片机的控制研发中。并且由于双向可控硅实际工作中不存在反向耐压问题、控制电路简单，所以非常适合做交流无触点开关使用。 双向可控硅与单相可控硅具体不同之处在于，双向可控硅在触发以后可以双向导通，并且不管控制集上触发信号是正或者负，双向可控硅器件一般都能够导通。1.3 主要研究内容本设计基于AT89C51单片机的温度测量控制系统的设计，系统包含单片机电路、按键设置电路、温度测量电路、温度显示电路、报警电路及采用双向硅控制温度加热装

15、置控制温度电路。系统开始后，初始化设定温度值为20，可通过按键控制来设定温度值的大小，同时单片机通过温度传感器DS18B20测量环境温度，单片机将测量的温度显示在1602液晶屏上，同时与设定温度比较，当小于设定温度时，单片机输出信号控制可控硅导通，给加热装置加热，当温度高于设定温度时，停止加热，当温度高于设定的最高值时，报警信号开始报警，蜂鸣器发出报警声音。2 系统控制方案及原理2.1 系统控制方案选择要实现水温的控制，可以考虑以下三种方案。下面将对三种方案进行列举对比，从而决策出本设计所用控制方案。2.1.1 模拟方案一图2-1 模拟电路1Fig2-1 Analog circuit1 如图2

16、-1所示，采用该模拟方法时，首先传感器采集到的物理量会经过模数变换器部分变成一个电压量。然后，该电压量经过放大倍数调整后，一方面在A/D积分变换后显示出目前系统所采集到的温度值；另一方面，经放大后的数字量会在比较器中与设定好的基准电压进行比较，之后经过控制器来控制加热电路对水温进行加热。2.1.2 模拟方案二图2-1 模拟电路2Fig2-1 Analog circuit2 在该方案中，信号经过传感器检测后，再经过放大电路，之后再经过A/D转换非线性校正后，在比较器中，该输出的数字量与存储器中预存结果进行比较，最后根据比较结果控制加热电路，并将实时温度在线显示出来。2.1.3 数字PID线性控制

17、该方案采用现代控制系统中最常用的单片机，对整个系统进行较为智能化的控制。除了具有价格低、体积小的有点外，还具有可编程控制以及可实现智能化控制等优点，使得该方案目前在工业界得到了广泛的应用。图2-3 数字电路Fig 2-3 Digital circuit如图2-3，该方案采用目前常见的AT89C51单片机作为主控制单元，整个系统包含单片机电路、按键设置电路、温度测量电路、温度显示电路、报警电路及采用双向硅控制温度加热装置控制温度电路。输入部分通过传感器采集到电压信号以后，经过A/D转换，该信号转换为数字量送入单片机中，该信号一方面通过单片机控制液晶屏在线显示实际温度值，另一方面经过控制运算（PI

18、D）得出控制量，该控制量控制可控硅导通关断，进而控制温度加热电路工作，调节电工功率，实现系统温度的实时控制。经过对三种方案综合对比分析后，发现采用前两种方案控制时，一方面设计成本比较高、设计灵活性较低。另一方面，当利用常规的接触器（继电器）来断续的对系统温度进行控制时，系统温度会存在一定的波动性，控制精度低。而采用第三种数字控制方法时除了精度高以外，还可以通过外设电路，很方便的改变实际控制温度值。所以本设计选择采用第三种数字控制方案，利用单片机来实现系统温度的实时控制。2.2 系统控制原理经过对三种方案综合对比分析后，发现采用前两种方案控制时，一方面设计成本比较高、设计灵活性较低。另一方面，当

19、利用常规的接触器（继电器）来断续的对系统温度进行控制时，系统温度会存在一定的波动性，控制精度低。而采用第三种数字控制方法时除了精度高以外，还可以通过外设电路，很方便的改变实际控制温度值。所以本设计选择采用第三种数字控制方案，利用单片机来实现系统温度的实时控制。由单片机实现温度控制的单环PID控制系统如图2-4所示。图2-4中，整个系统是通过由单片机给出控制加入回路的“加热脉冲个数”来控制可控硅通断次数以及时间，进而达到功率调节的目的。电路进行控制进行系统开始后，初始化设定温度值为20，可通过按键控制来设定温度值的大小。同时单片机通过温度传感器DS18B20测量环境温度，单片机将测量的温度显示在

20、1602液晶屏上，同时与设定温度比较。当小于设定温度时，单片机输出信号控制可控硅导通，给加热装置加热。当温度高于设定温度时，停止加热。当温度高于设定的最高值时，报警信号开始报警，蜂鸣器发出报警声音。该方案下测量量是水的温度，参照该温度值，单片机经过PID运算得到控制量进而控制可控硅的通断，进而达到调节电功率调节水温的目的。该方案省去了D/A变换电路，使得硬件电路进一步简化。同时精度高，可在线实时调节水温，控制灵活。图2-4 系统框图Fig 2-4System block diagram2.2.1 AT89C51单片机原理由于单片机中，CPU、RAM、ROM、输入/输出设备（如：串行口、并行输出

21、口等）全被做到一块芯片中，所以单片机也称为称为单芯片机。并且有些单片机还额外的集成了A/D，D/A等模块。单片机一般都为40引脚封装，而功能多一些单片机对应引脚也比较多。比如功能多的单片机具有68引脚，功能少的单片机只有10多个引脚，甚至8个引脚。 MCS51是由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，具体包括8031，8051，8751，8032，8052，8752等。其中8051最为典型，其它单片机都是在其基础上功能增减、改变而来，所以也一般称呼MCS51系列单片机为8051。89C51是由美国ATMEL公司开发生产，目前，51系列单片机在工业检测领域中已经得到了广泛的应用。 89C5

22、1单片机的芯片连线为：1、 电源：5V供电，正极接40引脚，负极（地）接20引脚。2、 振蒎电路：必须提供脉冲信号单片机才能正常工作。实际中单片机集成有内部振荡器，接18、19脚。3、 复位引脚：复位电路复位是任何单片机工作前都应该进行的一种操作。单片机要进行复位操作，只须要在单片机的RST引脚上加高电平，持续时间不少于5ms。 4、 EA引脚：EA引脚接到正电源端。 2.2.2 温度检测原理温度测量技术主要包含接触式测温和非接触式测温两种技术手段。其中，接触式测温起源更早，具有简单、可靠、精度高等优点，但由于热惯性导致所采用的检测元件响应时间长，所以实际中很难精确测量热容量小的物体。并且该方

23、法不适合用于超高温和腐蚀性环境中的温度测量。非接触式测温通过检测被测对象所辐射出的能量来实现温度测量的目的，优点是可测量热容量小的物体、以及运动的物体温度，并且该方法动态响应速度较快。确定是误差较大，结构复杂，价格高昂。因此一般在实际工业以及生活应用中，接触式温度测量方式采用较多。2.2.3 双向硅控制原理对可控硅的触发主要有过零触发和移动相位触发两种方案。移动相位触发起源较早，该方式触发下改变电阻值大小来改变电容充、放电时间，进一步实现对可控硅振荡频率的调节，最终达到改变晶闸管触发角的目的。但该方式会对电网造成很大冲击和干扰，并且由于难以保证正、负电压波形面积等同，所以会产生直流分量。因此，

24、目前绝大多数运用过零检测触发方式来触发晶闸管。本设计采用过零检测触发方式控制双向可控硅。过零触发就是在定好的时间间隔里面改变导通的周波数，从而开关式的达到对电压或者功率的控制。过零触发优点在于，可控硅会输出没有畸变的正弦波，从而使得实际造成的电磁干扰小、噪声小、对电网冲击小等优点。由于传统过零触发电路与主电路具有电气关联性，容易受到强电影响造成电流电压波形畸变。为了解决该问题，常需要配套设置复杂的处理电路。双向可控硅的调功原理就是根据控制每秒钟可控硅导通次数来调整可控硅实际功率的目的。2.2.4 液晶显示及控制报警单片机测得温度值并显示在液晶屏上，同时处理温度值与设定温度值比较。报警方式一般有

25、外接蜂鸣器以及外接LED灯等方式，本设计采用外接蜂鸣器方式达到报警目的。当温度过高时超过设定的最高温度时，单片机给出控制信号，蜂鸣器发出声音。3 系统模块硬件设计3.1 单片机芯片的选择及电路设计STC89C51俗称单片机，是典型的嵌入式微控制器，这种微控制器带有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM），具有低电压，高性能等特性，并且这种可擦除只读存储器可以反复擦除高达100次。该器件不仅采用ATMEL的高密度非易失存储器制造技术制造，并且与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于单个芯片便集成了多功能8位CPU和闪烁存储器，所以STC89C51具有高效性。 本设计采用ST

26、C89C51作为控制单元。STC89C51单片机共计44个管脚，其中42个为I/O口，剩下2个为电源端口，其管脚分配如图2-5所示。VCC：供电电压。GND：接地。P0口：8位漏级开路双向I/O口。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，该口可接收输出4TTL门电流。一方面当P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入；另一方面当P1口被外部下拉为低电平时，因为内部上拉，将输出电流。P2口：内部上拉电阻的8位双向I/O口，可接收、输出4个TTL门电流。一方面当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入，由于内

27、部上拉，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。 图2-5 STC89C51引脚 Fig.2-5 STC89C51 pinP3口： 8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当写入“1”后，将被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流、。RST：复位输入。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。PSEN：外部程序存储器的选通信号。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出单片机的扩展应用都是以最小系统为基础展开。单片机最小系统包括晶体振荡电路、复位

28、电路，其电路图如图2-6所示。图2-6 单片机最小系统Fig .2-6 The smallest single-chip system时钟电路开始工作后，施加24个时钟振荡脉冲以上的高电平在单片机的RST引脚上，单片机便会复位。实际应用中，一般采用同时可以手动复位和上电复位的电路，这种电路如图3复位部分所示。时钟电路可以产生时钟信号。单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。时钟电路的频率和质量分别会影响单片机系统的速度和稳定性。3.2 温度采集芯片的选择及电路设计本设计采用温度传感器采用一线制防水型数字温度传感器DS18B20。该传感器长度一米，测水温探头输出信

29、号进4.7K的上拉电阻直接接到单片机的P1.6引脚上，实际电路如图2-7所示。图2-7 温度检测电路Fig2-7 Temperature detection circuitDS18B20温度传感器是一种应用单总线技术的数字温度传感器，该传感器由美国达拉斯半导体公司推出。半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等被很小的集成在该电路芯片上。单线数字器件DS18B20，有以下特性：（1）系统特性：测温范围-55+125，测温精度士0.5；温度转换精度912位可变；12位精度转换最多在750ms内可以转换完成；具有超低功耗工作方式。（2）系统成本：随着微电子技术的发展，大规模集成电路功能性越来越强，而体

30、积却越来越小，价格也越来越低。一个DS18B20在体积上与普通三极管几乎相同，价格上也只有十元人民币左右。（3）系统复杂度：由于DS18B20是单总线器件，无需外部器件即可测温，因此，与模拟传感器相比，不仅可以减少接线的数量，还可以降低系统的复杂度、减少工程的施工量。（4）系统的调试和维护：采用的引线数量少，大大简化了系统接口，方便了系统调试。并且因为DS18B20是全数字元器件，所以故障率低、抗干扰强。这就减少了系统日常维护工作。DS18B20有数据线供电和外部供电两种供电方式。当采用数据线供电方式时，VDD接地，通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，进而完成温度转换，这样就导致了完成温度转

31、换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。当采用外部供电方式(VDD接+5V)时，相应的完成温度测量的时间较短。3.3 显示器的选择及电路设计1602液晶是一种点阵型液晶模块，也叫1602字符型液晶，它可以专门用来显示字母、数字、符号等。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，因为每个点阵字符位都可以显示一个字符，而每位之间有一个点距的间隔、每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，因此该显示屏可以很好显示数字文字，不容易用来显示图形。1602字符型显示屏通常有14条引脚线或16条引脚线两种，多出来的两条线是背光电源线。该显示屏显示的内容为1

32、6X2，即可以显示两行，每行最多显示16个字符，由于具有微功耗、体积小、超薄轻巧等特点，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。1602采用标准的16脚接口，引脚图如图2-8所示，图2-8 LED1602引脚Fig2-8 LED1602 Pins其中各引脚定义为：第1脚：接电源地第2脚：接5V电源正极第3脚：可以调整液晶显示器对比度，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。第4脚：寄存器选择，当为高电平1对应为数据寄存器，当为低电平0对应为指令寄存器。第5脚：读写信号线，当为高电平1会进行读操作，当为低电平0会进行写操作。第6脚：使能端，当为高电平1时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D

33、0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。3.4 按键电路设计键盘是微型计算机最常用的输入设备，用户可以通过键盘向计算机输入指令、地址和数据。单片机系统一般采用非编码键盘，即通过软件来识别键盘按键闭合与否，它具有结构简单，使用灵活等特点。当机械键盘触点断开、闭合时一般会有抖动发生。为使CPU能正确地读出P1口状态，对每一次按键只作一次响应，就必须去除抖动，单片机常用软件法去除这种抖动。比如说，在单片机获得信息发现P1.0口为低时，会延时10毫秒或更长时间后再次检测，如果仍为低，说明S1的确按下了，不会再次检测低电平状态。而在检测到按键释放后（P1.0

34、为高）再延时一定时间后消除后沿的抖动，然后再对键值处理。本设计采用运用独立式键盘方法进行设计，每个按键都接一根I/O口线，各个按键彼此独立，一根I/O口线上的按键工作状态不会对其它I/O口线造成影响。应用中软件部分通过检测I/O口线的电平状态即可判断哪个键被按下。本设计中主要通过键盘来设置温度参数设定值以及上限值，采用的按键电路如图2-9所示。图2-9 按键电路Fig2-9 Key circuit3.5 报警电路设计本设计报警电路采用声音报警方式来实现。但实际水温高于已经设计的最高值时，单片机会输出一个高电平给该报警电路中的三极管，信号经过放大后会使小喇叭发出声音警报，如图2-10所示。图2-

35、10 报警电路Fig2-10 Alarm circuit3.6 ROM扩展由于单片机具有优良的扩展性能，所以进行ROM扩展时较为容易。单片机有16位地址总线，ROM的最大扩展片外容量为64KB，地址为0000HFFFFH。扩展的RAM最大容量也为64KB，地址也为0000HFFFFH。因为51单片机采用不同的控制信号以及指令，所以尽管ROM、RAM地址重叠也不会发生混乱。由于51单片机片内片外ROM的访问采用指令相同，两者的选择通过硬件来实现。此外，芯片的选择上现在大多代用线选发，地址议码采用的较少。51单片机访问片外ROM时序如图2-11所示。51系列单片机在CPU访问片外ROM的一个机器周

36、期里面，ALE信号出现两次正脉冲，ROM选通信号也两次有效。这就说明在一个机器周期内，CPU共访问片外ROM两次，即在一个机器周期内可以处理两个字节的指令代码，所以51系列单片机有很多单周期双字节指令。图2-11 ROM时序Fig2-11 ROM sequence in time实际采用的ROM片选电路如图2-12所示图2-12 ROM片选电路Fig2-12 Chip select circuit3.7 双向硅过零触发以及调功电路设计单片机功率的调节一般通过导通角调节来实现。如果要单片机调整导通角，需要一个参数，那就是交流零点检测。所谓导通角，是针对交流电而言的。这个角度的大小决定了输出电流的

37、大小。如果从0度开始导通，那么所有的电能将全部接到负载上面去。同理，如果从90度开始导通的话，相当于只有一半的电能接到负载。这样就实现了对负载功率的调节。而要实现这个功能，必须知道什么时候是0度，即必须有一个交流零点检测电路。 双向硅过零触发电路的设置可以减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，这种过零触发方式可以理解为零电压或者零电压附近位置接通电路。常用的过零检测电路为正弦交流过零检测电路。本设计采用的驱动以及调功电路如图2-13所示。图2-13 驱动和功率调节电路Fig2-13 Drive and power regulation circuit图中，采用的MOC3031M是一种光耦和双向

38、可控硅驱动器，也属于光电耦合器的一种。该驱动器自带过零检测电功能并可以驱动双向可控硅的同时起到隔离作用。R6为触发限流电阻。当单片机输出负脉冲信号时，Q11导通，MOC3031M导通触发双向硅导通，接通交流负载。因为当双向可控硅接感性交流负载时，电源电压会超前负载电流，当负载为零时，电源电压为反向电压。这时候再加上自感电动势作用，双向可控硅承受电压很容易过高，这时候就需要在双向可控硅两级之间并联一个RC阻容器来保护双向可控硅部分。4 系统方案的设计4.1 软件的总体设计本文软件部分设计采用了模块化的结构,整个程序结构流程由主函数和多个子函数构成。系统测量控制模块的主程序控制流程图如图4-1所示

39、图4-1 主程序流程图 Fig.4-1 The main program flow chart系统上电后，单片机STC89C51进入先初始化系统，然后进入工作状态，同时完成对各扩展端口的初始化工作。接收外部中断,进入主循环程序,在循环中处理采集温度传感器的数据,将接收到的数据在1602液晶屏上管显示，同时判断温度值大小，与设定温度值比较，输出控制双向硅信号以及输出控制蜂鸣器的报警信号。4.2 初始化的流程图设计 系统在进入主循环之前需要进行初始化准备工作,主要包括液晶屏、DS18B20温度传感器、外部中断的初始化。其流程如图4-2所示。图4-2 初始化流程图Fig.4-2 Flowchart

40、of initialization4.3 温度设置及显示流程图图4-3 温度数据设置流程图Fig.4-3 Temperature data site flowchart4.4 温度数据采集流程图图4-4 温湿度数据采集流程图Fig.4-4 Temperature and humidity data acquisition flowchart温度传感器DS18B20完成一次测量显示所进行的工作顺序一般为：初始化测量，发送测量命令，读取测量值，将测量值转换为物理量，显示测量值。单片机首先发布一个启动测量命令，接着读取测温传感器发送回来的数据，等待测量的完成，在测量完成后，调用读时序读回测量结果。其

41、流程图如上图4-4。4.5 双向硅控制加热器及高温报警流程图图4-5 双向硅控制及高温报警流程图Fig.4-5Two-way silicon control and high temperature alarm flowchart 将测量温度值与设定温度值进行比较，当测量温度值小于设定温度值时，单片机通过过零检测输出模块控制双向硅的导通时间，来使加热器加热环境温度。当温度值大于设定温度时，控制加热器不工作。当温度过高，高于设定最高温度时，控制报警模块输出声音报警信号。具体实现流程如图4-5所示5 系统调试与运行5.1 调试结果图5-1 keil软件调试程序运行结果 如图5-1所示，温度测量控制

42、程序，软件调试运行结果，没有错误。5.2 运行结果图5-2 测量温度（Ctemp）大于设定温度（Stemp） 如图5-2所示，液晶显示的两行值从上到下分别是，测量温度值与设定温度值，当测量温度大于设定温度时，加热器不工作。图5-3测量温度（Ctemp）小于设定温度（Stemp）如图5-3所示，液晶显示的两行值从上到下分别是，测量温度值与设定温度值，当测量温度小于设定温度时，加热器工作，进行加热。6 结束语本文针对水温的采集与控制，设计了一个基于AT89C51的温度测量、温度控制及温度报警系统，同时兼具扩展了测量控制系统的内存，能够满足存储及控制的要求。本课题设计的温湿度测量模块具有实时性好、操

43、作简单、智能化程度高等优点，经实验测试表明，达到目标设计要求。参考文献1 韩俊.30年农村改革:农业大国的复兴之路J.中国农业信息,2009,2(1):14-16.2 马琦.基于无线传感器网络的温室温湿度监测系统研究D.太原:中北大学,2009:36-40.3 高建平,赵龙庆.温室计算机控制与管理技术的发展概况及在我国的应用前景J.计算机与农业,2003,5(2):12-15.4 孙忠富,乔晓军.数字农业研究进展M.北京:中国农业科学技术出版社,2005:178-220.5 朱懿, 蒋念平. Modbus协议在工业控制系统中的应用J. 微计算机信息, 2006,10(11):118-120.6

44、 杜艳艳.国内外设施农业技术研究进展与发展趋势J.广东农业科学,2010,4(10):346-368.7 孙憬.设施农业的温室环境调控问题分析与研究J.湖南农机,2010,5(37):45-46.8 安国民.徐世艳,赵化春.国外设施农业现状与发展趋势J.现代化农业,2004,12(2):34-36.9 李清玲.浅析我国设施农业发展现状J.现代商业,2010,5(7):54-55.10 赵玲,林存杰,马丽香.发展设施农业的意义及途径J.吉林农业,2010,9(3):33-41.致 谢时光荏苒，转眼间大学四年已经进入尾声。感谢四年来老师的细心教导，让我不仅在专业上深入了进去，而且也学会了如何成为一

45、个有担当、有责任感，对社会有用的人。首先要感谢我的父母，是你们给了我生命，感谢你们的养育之恩。父爱如山，每当我失败跌倒，是你们给了我再次站起来的勇气。谢谢你们。然后要感谢在大学四年里面给我我无私帮助的同学们，是你们让我这四年里多姿多彩，满是欢乐。接着，感谢我的指导老师老师，本次设计里，老师给过我许多悉心的指导。老师渊博的知识、严谨的治学态度、谦逊的待人都让我受益匪浅。在此,向胡导师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢！最后,向评阅本设计以及设计答辩的老师们致以崇高的敬意！附录附录1:实物照片主控制板过零检测模块可控硅触发模块附录2：系统总电路图附录3：部分程序#include #define uin

46、t unsigned int#define uchar unsigned char /宏定义sbit SET=P31; /定义调整键sbit DEC=P32; /定义减少键sbit ADD=P33; /定义增加键sbit BEEP=P36; /定义蜂鸣器sbit ALAM=P12;/定义灯光报警sbit ALAM1=P14;sbit DQ=P37; /定义DS18B20总线I/Obit shanshuo_st; /闪烁间隔标志bit beep_st; /蜂鸣器间隔标志sbit DIAN = P05; /小数点uchar x=0; /计数器signed char m; /温度值全局变量uchar n; /温度值全局变量uchar set_st=0; /状态标志signed char shangxian=38; /上限报警温度，默认值为38signed char xiaxian=5; /下限报警温度，默认值为5/uchar code LEDData=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x