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1、基于PID算法的水温控制器的设计摘要：PID控制是工控领域内的一种重要控制方法，将PID算法应用到以51单片机为核心的控制系统中，能产生良好的控制效果。基于PID算法的水温控制系统采用目前性价比较高的数字温度传感器DS18B20作为检测变送器，通过键盘向单片机输入设置温度，单片机将温度偏差进行PID运算后，输出PWM波。PWM波作为执行机构（固态继电器）的输入从而来决定电炉工作电压的大小,最终实现水温的控制。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。经实验测试，该系统无震荡现象，响应时间短，稳态误差小，基本实现稳、准、快的指标。 关键词：PID；51单片机；温度传感器；PWMDesign of Wa
2、ter Temperature Controller Based on PID AlgorithmAbstract: The PID controller is an important method in the engineering practice. It can produce good control effect when the PID algorithm is applied to 51 single-chip microcomputer as the core of the control system. The temperature control system bas
3、ed on PID algorithm use the current high cost of digital temperature sensor which is named as DS18B20 as the detection, we can set the temperature of the water by using the key. The single-chip microcomputer will output PWM square wave after dealing with the deviations. It can control the temperatur
4、e of the water by using the PWM square wave as the input terminal of the agency (solid-state relay). The whole system is simple and dependable. The experimental studies indicate that control device can meet the engineering requirement.Key words: PID；51 single-chip microcomputer；temperature sensor；PW
5、M square wave*师范学院毕业设计说明书(论文)目录序言 1第1章 系统方案21.1 设计思想21.2 方案论证21.3 论证分析2第2章 系统设计42.1 硬件设计42.1.1 电源电路42.1.2 温度检测与变送环节52.1.3单片机最小系统62.1.4键盘电路102.1.5显示电路112.1.6 加热驱动模块122.1.7报警电路132.2 软件设计142.2.1 主函数142.2.2 延时子函数152.2.3 按键设定函数162.2.4 温度采集函数162.2.5 静态显示函数182.2.6 PID运算子函数192.2.7 PWM产生函数232.3 系统调试242.3.1 人
6、机界面调试242.3.2 温度校准252.3.3 系统联调252.4 抗干扰设计 27第3章 总结 30参考文献31致谢 33附录1 英文资料34附录2 中文翻译41附录3 系统源程序 46附录4 系统原理图 58序言在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实
7、现对炉温的控制1。PID控制是比例、积分、微分控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。随着科学的发展，特别是电子计算机的诞生和发展，涌现出许多先进的控制方法，然而直到现在，PID控制仍是最广泛应用的控制方式之一。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以目前，PID算法一般是在顺序程
8、序结构的处理器上实现的，工程上实际应用的很多PID控制器都是用单片机(MCU)来实现的2。本设计源自工业现场，以锅炉水温水温控制器建立模型，包括硬件和软件两部分，硬件部分包含电源模块、温度设定模块、温度采集变送模块、温度偏差处理模块（即PID控制模块）、温度显示模块、报警模块、电炉加热模块。软件部分主要负责温度信号采集、温度值实时显示驱动、温度偏差信号处理。系统最终实现的指标如下：(1)按键设定温度，数码管显示实时温度；(2)温度控制范围为0100，测量误差为0.5；(3)恒温控制；(4)上下限温度报警。第 65 页 共 65 页第1章 系统方案1.1 设计思想温度的期望值可用键盘设定，温度传
9、感器检测实际温度，微处理器单片机根据实测值与期望值偏差通过PID运算，输出相应的控制参数给加热驱动模块，从而实现闭环PID控制。其中，温度信号的准确性影响着整套系统的成功。1.1 方案论证温度采集有多种方案，但在水温控制的工业现场主要有两种：方案一：用热电偶采集温度。热电偶利用热电势原理进行温度测量的。其测量精度高、测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可正常测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。但热电偶测量需要温度补偿。而且输出量为电压，需要经过测量放大器、AD转换后才能送入微处理器处理3。方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，DS
10、18B20采用独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中不需要任何外围元件，测温范围 55125，最小分辨率达0.0625。驱动加热模块也有多种方案：方案一：单片机输出数字量，经DA转换后驱动相应的功率器件，特点是控制方便，电路设计复杂，且存在大量的干扰。方案二：选用固态继电器。单片机输出脉宽变化的PWM波，从而改变固态继电器中交流接触点的通断时间以此来改变水温。1.3 论证分析经过比较，采用DS18B20测量水温，硬件电路简单，测量精度高，信号易处理，故温度变送器选用DS18B20。驱动加热采用固态继电器，在实行控制的时候不像其它采
11、用D/A转换后再控制调节阀的方法，而是直接外接一个固态继电器，通过内部改变定时器的中断时间来调节一个周期内电子开关的导通和断开时间。这样既节省了材料也可以很大程度上减少硬件电路的结构4。系统原理框图如图1-1所示。温度显示报警DS18B20按键设定温度电炉固态继电器51单片机图1-1 系统原理框图综上所述方案有如下的特点：(1) 在完成所要求的任务的基础之上还有着结构简单、明了的特点，很容易实现，而且在一定的程度上节约成本。(2) 由于采用了离线的方法，很大程度上的减少了编程的麻烦，实现起来较容易。(3) 采用了无污染能源，保护环境。同时也省去了为建造燃料供应子系统的费用，节约了成本。采用了模
12、拟的PWM变换，和固态继电器。可以将采样频率提高到很多的水平，使控制结果更准确，实时性、控制效果更好。第2章 系统设计整个系统由软件和硬件两部分组成。本章详细介绍了系统的硬件和软件设计，并对硬件和软件的每一个部分进行了分析，在后半部分还对系统模型进行了仿真与程序调试。硬件和软件的每一个坏节都是深思熟虑而成，各自完成相应的功能并组成一个统一的整体。2.1 硬件设计系统的硬件包括：电源模块、温度设定模块、温度采集变送模块、温度偏差处理模块（即PID控制模块）、温度显示模块、报警模块、电炉加热模块。2.1.1 电源电路由于整个系统都是用单片机和各类芯片及电阻、电容组成的，其工作电压为5V，不需要负电
13、压，可采用三端固定正电压集成稳压器7805系列的芯片。其输出电压5V，按输出电流不同可分为78M05、78L05，输出电流分别为0.5A和1.0A，转换成功率分别为2.5W和5W。从整个系统的设计来看，其中有几块集成芯片和多个电阻、电容等器件，其功率总和应在2W左右，所以考虑整个系统的功率裕量，采用78M05作为整个系统的供电芯片。如图2-1所示。图2-1 电源电路图其中输入电压为交流220V，经过变压器其输出为12V，再进行整流。整流可通过四个二极管进行全波整流，也可以利用集成整流堆来进行（同原理）。后面接电容C4、C5为滤波电容进行滤波，注意电解电容应该要有一定裕量，否则不能起到很好的滤波
14、效果，本电路中使用的电容大小为470F,耐压为25V。78M05的输出级接入两个滤波电容，用于减小因为电源波动对系统造成的影响和滤波。其不需要采用大容量的电解电容器，容量大小为100F耐压为25V，再接入0.1F的电容器，便可减少因为电源波动的影响和滤去纹波，很好地改善负载的瞬态响应5。2.1.2 温度检测与变送环节检测与变送设备主要根据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来决定。被检测参数性质的不同，准确度要求、响应速度要求的不同以及对控制性能要求的不同都影响检测、变送器的选择，要从工艺的合理性、经济性加以综合考虑。应遵循以下原则：1.尽可能选择测量误差小的测量元件。2.尽可能选择快速响应的
15、测量元件与变送设备。3.对测量信号能做必要的处理，其中包括：(1) 测量信号校正。(2) 测量信号噪声（扰动）的抑制。(3) 对测量信号进行曲线线性化处理。温度是工业生产过程中最常见、最基本的参数之一。温度的检测与控制是自动控制工程的重要任务之一。测量温度的方法有两种，一种是接触式、另一种是非接触式。接触式测量的主要特点是：方法简单、可靠，测量精度高。但是由于测温元件要与被测介质接触进行热交换，才能达到平衡，因而产生了滞后现象。同时测量体可能与被测介质产生化学反应。此外测量体还受到耐温材料的限制，不能应用于很高温度的测量。非接触式测温是通过接收被测介质发出的辐射热来判断的6。其主要特点是：测温
16、原则上不爱限制；速度较快，可以对运动物体进行测量。但是它受到物体的辐射率、距离、烟尘和水汽等因素影响，测温误差较大。由于本系统中测量的对象为电炉，测量温度在0100左右，且介质为水，不易与测量体发生化学反应。所以理所当然选择接触式的温度测量方式更为理想。DS18B20是DALLAS公司生产的单线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就
17、能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统7。DS18B20内部结构如图2-2所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图3-3所示，DQ为数字信号输入输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图2-2 DS18B20内部结构图DS18B20的核心功能部件是它的数字温度传感器，它的分辨率可配置为9、10、11、12位，它们对应的温度值分辨率为0.5、0.25、0.125、0.0625。
18、温度信息的低位、高位字节内容还包括了符号位S和二进制小数部分。本系统中DS18B20接线图如图2-3所示，当测量距离较远时，可在数据输出口加上拉电阻R9，其阻值为5K左右，确保数据传输的准确性。图2-3 DS18B20接线图由于本系统中涉及到PID调节，PID调节需要精度稍高的输入量，故本系统选取16位分辨率，精度为0.0625。2.1.3单片机最小系统整个系统采用常用的51单片机，89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
19、1主要特性： 与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器，寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32个可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。2管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。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。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校
20、验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高8。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时
21、，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是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P3口写入“1”后，它们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（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（
22、外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 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。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/Vpp：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部
23、程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 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。 3振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 4.结构特点：8位CPU；片内振荡器和时
24、钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。5.本设计中89C51与外围电路的接口本系统采用P1口与键盘电路连接，P1.5口与DS18B20的数据端连接。P2口作为显示与报警电路端口。/EA端接5V电源，X1，X2接晶振电路，RESET端接复位电路，其余INT1，INT0，T1，T0，/RD，/WR，RXD，TXD，ALE，PSEN端置空。图2-4 89C51单片机引脚图6. 复位电路89C51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。最简单的上电自动复位电路，是通过外部复位电路的电容充电来实现
25、的。只要Vcc的上升时间不超过1毫秒，就可以实现自动上电复位。当时钟频率选用12MHz时，C取22uF，R取1K。除上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻和电源Vcc接通而实现的，按键手动电平复位电路如图2-5所示。当时钟频率选用12MHz时，C1选取10uF，R18选择1000欧，R20选择10000欧。图2-5 复位电路7. 晶振电路晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振的负载电容为15pF或12.5pF，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个20
26、pF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻。谐振器没有电阻要求。RR谐振电阻的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数9。本设计采用12MHz晶振，并联两个20pF电容构成晶振电路。 图2-6 晶振电路2.1.4键盘电路要想控制温度，就要采用良好的人机界面。选择用5个按键组成一个小键盘执行某些功
27、能，如清零、预置值、改变测量范围等。如图2-7所示。图2-7 按键电路其中S1作为加热系统的总开关，通过软件配合可实现电炉加热的通断；S2用来设定期望温度、上下限报警温度；S3、S4用来设定所需温度的具体数值；S5用来确定温度设定，并启动温度测量程序。 2.1.5显示电路LED显示是用发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管，其外形结构如图所示，由图可见它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示09、AF及小数点。图2-8 “8”字型共阳数码管管脚图LED显示器分为共阴极和共阳极，共阴极是将8个发光二极管阴极连接在一起作为公共端，而共阳极是将8个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端。
28、我们这次就是采用的共阳极LED，所以这里要介绍共阳极数码管，如图2-8所示。 表2-1 段码与字型的关系段码D7DPD6GD5FD4ED3DD2CD2BD0A字形3FH00111111006H0000001015BH0101101124FH01001111366H0110011046DH0110110157DH01111101607H0000011177FH0111111186FH011011119在51单片机系统中常用的数码管显示方法有两种：动态扫描显示和串行静态显示。本系统中DS18B20的工作周期为几百毫秒，而且后续的PID运算涉及到浮点数运算，PWM波的中断周期小于温度采样周期控制，若
29、采用动态扫描显示，显示时间短，且容易被中断打断，所以综上考虑，为使显示部分显示的是实时温度，且为了保持良好的人机界面，必须采用串行静态显示。对于四位数码管的串行静态显示，工作周期不超过40微秒，完全符合要求。如图2-9所示，共阳极数码管管脚分别与移位寄存器74HC164的并行输出脚相连，DAT为数据串行输入，CLK为工作频率。当CLK发生下降沿跳变时，DAT输入一位，同时并行输出口移位输出0、1驱动相应数码管的管脚。图2-9 串行静态显示电路2.1.6 加热驱动模块执行机构为一个固态继电器，程序中采用了模拟的PWM变换方法。通过控制固态继电器的导通与关断达到控制电炉的通电和断电的目的。固体继电
30、器（亦称固态继电器）英文名称为Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接触点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。图2-10 固态继电器内部结构框图固体继电器工作可靠，寿命长，无噪声，无火花，无电磁干扰，开关速度快，抗干扰能力强，且体积小，耐冲击，耐振荡，防爆、防潮、防腐蚀、能与TTL、DTL、HTL等逻辑电路兼容，以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载。主要不足是存在通态压降（需相应散热措施），有断态漏电流
31、，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。固体继电器目前已广泛应用于计算机外围接口装置，电炉加热恒温系统，数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用10。图2-11 加热驱动电路如图2-11所示，CHG控制着整个电路的通断，当CHG=0时，PWM口用来进行PID调节，改变加热丝中电流通断时间。2.1.7报警电路为使系统的人机交互界面更好，设置了两路报警信号和两
32、路标志信号，用于显示越限报警、强电电路通断情况、温度稳定情况。当电炉中水温高于工作人员所设定的上限温度或者低于设定的下限温度时，则认为发生了越限，L2和L3分别用来表示上限报警和下限报警。值得一提的是，当系统从低温开始加热，到下限温度以前系统都会出现越限报警。当出现越限报警时，工作人员应该注意是不是此种情况，此情况可以忽略11。图2-12 报警电路如图2-12所示，L1用来标志强电电路的通断情况，当灯亮时，表示继电器被吸合；灯灭时表示继电器复位，加热电路断开。L4用来指示温度达到设定值的标志，当温度处于设定值的0.5时，即可点亮此灯。2.2 软件设计系统的软件部分以主程序为入口，在初始化之后调
33、用键盘管理程序，完成对键盘的扫描，读入键值，并根据相应的键值进行各类操作。温度采样频率由软件延时控制，在每一次采样完成之后进行控制时间的计算和显示刷新。软件部分主要包括主函数、延时子函数、温度采集子函数、按键扫描子函数、PID处理子函数、PWM波产生子函数、报警显示函数。3.2.1 主函数主程序作为程序的入口，控制各类程序的调用。在系统中其主要的任务是调用键盘管理程序。然后其它的功能都由DS18B20温度转换程序和中断程序完成。可以说主程序起到了重启动后读入E2PROM中的设计温度和上、下限温度；设计各类定时器和开中断的，并调用键盘管理程序的功能。这样处理主程序起到了分散功能的作用，即主程序会
34、变得很容易编写，而具体的功能都由功能子程序完成。流程图如图2-13所示。图2-13 主程序流程图2.2.2 延时子函数单片机在读取DS18B20时，需要用到多次微秒级的延时函数，而在显示和采样周期计算时，需要用到多次毫秒级延时函数，考虑到89C51的ROM和RAM足够，可设置两组延时函数，分别为微秒延时和毫秒延时。程序如下：1毫秒延时函数：void t1ms(void) uchar i; for(i=0;i115;i+); Time毫秒延时函数void delayms(uint time) uint i; for(i=0;itime;i+) t1ms(); Time微秒延时函数void del
35、ay(uint time) uint d; d=time; while(-d ) ; 2.2.3 按键设定函数系统的被控温度、上下限报警温度等都是通过按键来设定的，由于采用键盘的接法是最普通的，所以按键处理函数并不会占用整个程序太多时序。流程图如图2-14所示。图2-14 按键设定流程图2.2.4 温度采集函数DS18B20是数字式温度传感器，它与单片机的硬件接口电路简单，采用单总线工作方式，所以使用DS18B20需详细了解其工作时序和内部寄存器。主机通过拉低单线480微秒以上，产生复位脉冲，然后释放该线，进入RX接收模式。主机释放总线时，会产生一个上升沿。DS18B20检测到上升沿后，延时1
36、5至60微秒，DS18B20通过拉低总线60-240微秒来产生应答信号，主机接收到有应答信号后，说明有单线器件在线12。1.ROM操作指令:ROM操作指令共有5条，分别为：(1)读ROM，命令字节为33H，此命令读取激光ROM中的64位。只能用于总线上单个DS18B20的情况，多挂则会发生数据冲突。(2)匹配ROM，命令字节为55H，此命令后跟64位ROM的序列号，寻址多挂接总线上的对应DS18B20。只有序列号完全匹配的DS18B20才能相应后面的内存操作。(3)跳过ROM，命令字节为CCH，此命令用于单挂总线系统时，可以无需提供64位ROM的序列号即可运行内存操作。(4)搜索ROM：命令字
37、节为F0H，主机调用此命令，可以识别出总线上所有器件的序列号。(5)告警搜索：命令字节为ECH，DS18B20只有在最近一次测量温度时满足了告警触发条件，才会响应此命令。2.内存操作指令：在成功执行了ROM指令后，才可以使用内存操作指令。主机可以提供6种内存操作指令。(1)写暂存器：命令字节为4EH，此命令写暂存器中地址2到地址4的三个字节（TH、TL和配置寄存器）在发起复位脉冲之前，三个字节都必须要写。(2)读暂存器：命令字节为BEH，此命令读暂存存储器的内容，读开始于字节0，继续经过暂存存储器，至第九个字节（字节 8 CRC）读出为止。如果不是所有位置均可读，那么主机可以在任何时候发出一个
38、复位以中止读操作。(3)复制暂存存储器：命令字节为48H，此命令把暂存存储器复制入DS1820 的 E2存储器，把温度触发器字节存贮入非易失性存储器，如果总线主机在此命令之后发出读时间片，那么只要 DS1820 正忙于把暂存存储器复制入 E2，它就会在总线上输出 “0”，当复制过程完成之后，它将返回“1”。如果由寄生电源供电，总线主机在发出此命令之后必须能立即强制上拉至少10毫秒。(4)温度变换：命令字节为44H，此命令开始温度变换，不需要另外的数据，温度变换将被执行着 DS1820 便保持在空闲状态，如果总线主机在此命令之后发出读时间片，那么只要DS1820 正忙于进行温度变换，它将在总线上
39、输出“0”，当温度变换完成时，它便返回“1”，如果由寄生电源供电，那么总线主机在发出此命令之后必须立即强制上拉至少2毫秒。(5)重新调出 E2存储器：命令字节B8H，此命令把贮存在 E2中温度触发器的值重新调至暂存存器，这种重新调出的操作在对 DS18B20上电时也自动发生，因此只要器件一接电，暂存存储器内就有有效的数据可供使用。在此命令发出之后，对于所发出的第一个读数据时间片，器件都将输出其忙的标志“0”=忙，“1”=准备就绪。(6)读电源：命令字节为B4H，对于在此命令送至 DS18B20 之后所发出的第一读出数据的时间片，器件都会给出其电源方式的信号：“0”=寄身电源供电，“1”=外部电
40、源供电13。流程图如图2-15所示。图2-15 DS18B20测温流程图2.2.5 静态显示函数串行静态显示是将要显示的数字以二进制的形式串行发送到外部移位寄存器，然后移位寄存器将串行输入的数字以并行的方式输出到数码管。软件部分只需将需要显示的数字在CLK信号的作用下串行发送出去。流程图如图2-16所示。2-16 串行静态显示流程图2.2.6 PID运算子函数常规的模拟PID控制系统原理框图如图217所示。该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。其中r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)： (2-1)图2-17 模拟PID控制系统原理图e(t)作为PID控制的输入，u(t) 作为PID控制器的输出和被控对象的输入, 所以模拟PID控制器的控制规律为 (2-2)其中Kp：控制器的比例系数Ti：控制器的积分系数Td：控制器的微分系数1、比例部分在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间做出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定