多点温度检测系统设计

多点温度检测系统设计PAGE第27页共27页0引言随着电子技术的迅速发展，特别是超大规模集成电路产生而出现的微型计算机，给人类生活带来了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张的说，单片机技术的出现则给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走入普通家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影，因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。许多物质的特性与温度有很大的依赖关系，温度的影响甚至是起决定作用的。传统的温度控制系统采用模拟电路设计，存在不可避免的缺陷，如系统的电路结构复杂，操作困难，系统电路所需的功率较大，温度控制的精度差，易出现温度的漂移，电路结构复杂，缺乏友好的人机界面，温度控制的实时性差等。单片机的出现使得温度的采集和数据处理等问题能够得到很好的解决，温度是工业对象中的一个重要的被控参数，然而所采用的测温元件和测量方法也不相同，产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。本课题使用单片机作为核心进行控制，单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本课题介绍的温度控制系统采用AT89C52单片机控制技术对温度进行调节，具有操作简单便捷、采集方便准确、适应性强、成本低以及节省能源等特点，可明显增加使用者的经济效益。该系统不但可以推行到温室中，还可以应用于其它进行温度调节的场合。1绪论1.1系统背景在实际生产中，为了避免局部的温度过高或过低，需要对某个空间内多个点的温度进行监测，如温室大棚、粮仓等，以便采取相应的措施．为了改善监测人员的工作条件，监测人员一般需要远离监测对象．因此，多点温度远程监测在实际生产中具有重要的应用价值．温度测量的方法有多种，目前典型的温度测量系统是由模拟式温度传感器、A／D转换电路和单片机组成．但是，由于模拟式温度传感器输出的为模拟信号，必须经过A／D转换才能与单片机等微处理器接口，并且每个测温点都要占甩单片机一个I／0口，这种系统的远距离传输使得系统非常复杂，成本较高．此外，模拟传感器的信号在传输中易受干扰，降低了系统检测的精度和稳定性。温度监测系统是工农业应用中一个典型且极其厂“泛的系统，对不同控制对象的温度进行监测具有很强的应用性。目前，智能温室是在普通温室大棚的基础上，应用计算机技术、传感器技术和现代控制技术等发展起来的。一个完整的智能温室控制系统由温度控制、湿度控制、光照控制、浇灌控制、数据采集与处理等五个子系统组成，它们分别完成对作物生长条件的控制。智能温室控制是个复杂的系统，温度控制在整个控制系统中具有1F常重要的地位，温室温度过高或过低均对作物的生长有重要影响。而数据采集与处理系统对系统的相关数据处理后通过控制器来对其它控制环节作相应的动作，以达到作物生长的最佳环境。为了减少温度的变化给控制系统带来不良结果，避免局部温度过高，不仅需要用更精确的温度传感器对温度进行更有效的测量，也要对温室进行多点测量，做到精确测量和稳定控制。本文研究目的在于针对智能温室的设计需求，结合ARM嵌入式、嵌入式操作系统Ilc／oS．II、12C总线和数字传感器等技术以及GPRs／GSM网络的SMs远程传输技术，设计了一种多点温度监测系统，监测中心通过PC机软件发送控制指令使数据终端相应的传感器测温，并将所测得的温度值发回保存、显示在PC机上，并且可以通过PC机绘制不同时刻的温度变化曲线，这样能有助于尽早的发现问题并解决问题，可以为节约成本和提高生产率、生产质量做出一定的贡献。目前在工农业生产中对温度检测系统的控制方式和数据的传输方式是我们遇到的主要问题。由普通微控制器和温度传感器构成的多点温度检测系统，其可靠性和测量精度有限，而32伉嵌入式微控制器达到的控制效果和采集精度有了很大的提高。在传统的数据采集系统中，人多采用电力线载波、RS485现场总线、电话拨号上网和数传电台方式进行数据的传输，监测中心与监测分站的通信距离较远、监测分站比较分散、偏远等，使得系统的造价提高。而基丁GPRS／GSM的短消息业务(SMS)为我们提供了一个新的远程数据传输途径。本文设计目标是真正实现基于短消息的远程数据通信，使其能够运用在实际的监测系统中，最终面向产品开发。本设计提出了一个可行有效的途径，虽然整个系统还处于实验阶段，由于智能温室和温室远程控制系统都属于精准农业大概念中一个重要的组成部分，为更有效的实现精准农业，真正做剑服务“三农”，还是很有研究意义和使用价值的。1.2发展现状在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎%80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。传感器主要大体经过了三个发展阶段：模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；智能温度传感器。能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。温度传感器的发展趋势。进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。传感器在温度测控系统中的应用。目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在-200℃~800℃之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.001~0.01之间。自带LED显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。针对目前市场的现状，本课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。1.3系统概述本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用RS-232串行通讯标准，通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…。2方案论证 温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。2.1传感器部分方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。2.2主控制部分方案一：此方案采用PC机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦！方案二：此方案采用AT89C51八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。2.3系统方案综上所述,温度传感器以及主控部分都采用第二方案。系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-232串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。实际采用电路方案如下图：3硬件电路设计 系统底层电路的功能主要包括：多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，与上位机通讯传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块：电源以及看门狗电路，键盘以及显示电路，温度测试电路，串口通讯电路。下面对电路分模块进行说明3.1电源以及看门狗电路a．电源电路因为单片机工作电源为+5V，且底层电路功耗很小。采用7805三端稳压片即可满足要求。具体电路图如下：b．看门狗电路 考虑到底层电路板的工作环境相对恶劣，单片机会受到周围环境的干扰，而出现程序跑飞，死机…等一些不可预知的不正常工作现象。工作人员也不可能到现场对单片机重起，本设计为单片机电路添加一个外部看门狗电路。定时查询单片机的工作状态,一但发现异常即对单片机延时重起。保证系统安全可靠的运行。NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号，其门限电平为4.2V。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时。NE56604将产生精确的复位信号。NE56604内置一个看门狗定时器，用于监控微处理器，以确保微处理器的正常运行。看门狗能产生一个系统复位信号用来终止任何由于微处理器故障而引发的不正常的系统操作。NE56604的看门狗的监控周期为100mS（典型值）。特性.正负双逻辑输出的有效复位信号。.精准的门限电平监测。.上电复位内部延时。.可利用外部电阻调节的内部看门狗定时器。.看门狗定时器的监控周期为100mS典型值。.VCC=0.8VDC时产生有效的复位信号典型值。.仅需很少的外围元件。具体电路图如下:3.2键盘以及显示电路键盘电路单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。键盘有编码和非编码两种。非编码键盘硬件电路极为简单。故本系统采用拨码开关来控制。具体电路如下：A.开关状态的可靠输入键开关状态的可靠输入有两种解决方法。一种是软件去抖动：它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。另一种为硬件去抖动：即为按键添加一个锁存器。两种方法都简单易行，本设计采用的是硬件去抖。B.对按键进行编码给定键值或给出键号对于按键无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键值，以实现按键功能程序的散转转移。为使编码间隔小，散转入口地址安排方便，常采用依次序排列的键号。拨码开关值含义0000实时显示通道一的温度值0001实时显示通道二的温度值0010实时显示通道三的温度值0011实时显示通道四的温度值0100实时显示通道五的温度值0101实时显示通道六的温度值0110实时显示通道七的温度值0111实时显示通道八的温度值1***自动循环显示所有通道的温度C.选择键盘监测方法对是否有键按下的信息输入方式有中断方式与查询方式两种。本设计采用的查询法，即在在CPU空闲时调用键盘扫描子程序。温度显示电路 设计采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算。本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由4511译码器输出，ULN2003为位驱动扫描信号。 具体电路图如下：3.2温度测试电路这里我们用到温度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式。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。CPU只需一根端口线就能与诸多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。温度传感模块图DSl8B20的工作原理

DS18B20的内部结构DSl8B20的测温原理框图如图3.2所示。图中低温度系数品振的振荡频率受温度影响很小，用于产生同定频率的脉冲信号送给计数器l。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变。所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1、计数器2和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器l对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到O时，温度计数器的值将加l，计数器l的预置值将被重新装人，计数器l重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到O时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出小于修正计数器l的预置值。DS18B20性能特点采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃内含64位经过激光修正的只读存储器ROM适配各种单片机或系统机用户可分别设定各路温度的上、下限内含寄生电源。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20内部结构

（1）DS18B20的内部结构如下图所示。

DS18B20内部结构图DS18B20有4个主要的数据部件：

①64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。②温度灵敏元件。③非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。④配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图所示。TMR1R011111MSB

DS18B20配置寄存器结构图LSB其中，TM：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；R0、R1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。配置寄存器与分辨率关系表：R0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.510113751112750（2）高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如下图所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如图所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBDS18B20存储器映像图MSB温度值格式图DS18B20温度数据表：232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524典型对应的温度值表:温度/℃二进制表示十六进制表示+125

+25.0625

+10.125

+0.5

0

-0.5

-10.125

-25.0625

-550000011111010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

1111111111111000

1111111101011110

1111111001101111

111111001001000007D0H

0191H

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0008H

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FFF8H

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FC90HDS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成。硬件连接电路如下图：AT89C51AT89C51DS18B201#DS18B202#DS18B203#DS18B2020#VCC=5V4.7K1—WIRE 本系统为多点温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但时间应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输。在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。对DS18B20的设计，需要注意以下问题（1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。（2）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。（3）测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接，传感器只送85.0℃的温度值。（4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20，同时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。3.3串口通讯电路AT89C51有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。具体电路如下：我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对本设计来说已经足够使用了，电路如上图所示。通信线采用交叉接法，即两者信号线对应成为R—T，T—R。具体连接电路如下:3.4整体电路 见电路原理图4软件设计4.1概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能和键盘设置选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。4.2主程序方案 主程序调用了4个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试程序、中断控制程序、单片机与PC机串口通讯程序。键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入按键的识别及相关处理。温度测试程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。中断控制程序：实现循环显示功能。串口通讯程序：实现PC机与单片机通讯，将温度数据传送给PC机。将各个功能程序以子程序的形式写好，当写主程序的时候，只需要调用子程序，然后在寄存器的分配上作一下调整，消除寄存器冲突和I/O冲突即可。程序应该尽可能多的使用调用指令代替跳转指令。因为跳转指令使得程序难以看懂各程序段之间的结构关系。而调用指令则不同，调用指令使得程序结构清晰，无论是修改还是维护都比较方便。将功能程序段写成子程序的形式，除了方便调用之外，还有一个好处那就是以后写程序的时候如果要用到，就可以直接调用这个单元功能模块。主程序流程图如右图:§4.3各模块子程序设计 下面对主要几个子程序的流程图做介绍：（1）温度测试子程序设计见附录一：温度测试子程序流程图（2）中断控制程序设计如右图:（3）串口通信程序设计本次通讯中，测控系统分位上位机和下位机之间的通信，系统中单片机负责数据采集、处理和控制，上位机进行现场可视化检测，通信协议采用半双工异步串行通信方式，通过RS232的RTS信号进行收发转换，传输数据采用二进制数据，上位机与下位机之间采用主从式通讯。本人采用的VB环境下PC机与单片机之间实现串行通讯的软硬件方案。VB是Microsoft公司推出的Windows应用程序开发工具，因其具有界面友好，编程简便等优点而受到广泛的使用，而且VisualBasic6.0版本带有专门实现串行通讯的MSCOMM控件。MSComm控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能。通过此控件，PC机可以利用串行口与其它设备实现轻松连接，简单高效地实现设备之间的通讯。此控件的事件响应有两种处理方式。事件驱动方式：由MSComm控件的OnComm事件捕获并处理通讯错误及事件；查询方式：通过检查CommEvent属性的值来判断事件和错误。1)MSComm控件的主要属性和方法

a.CommPort：设置或返回串行端口号，其取值范围为1—99，缺省为1b.Setting：设置或返回串行端口的波特率、奇偶校验位、数据位数、停止位。

c.PortOpen：打开或关闭串行端口。

d.RThreshold：该属性为一阀值，它确定当接收缓冲区内字节个数达到或超过该值后就产生MSComml-OnComm事件。

e.Input：从接收缓冲区移走一串字符。f.Output：向发送缓冲区传送一字符串。软件流程图如下：单片机程序流程图PC通讯程序流程图参数设定：通信端口选择COM1，波特率设定为1200B/SMSCOmm.CommPort=1MSComm.Setting=“1200，n,8,1”。START: MOV SP,#60H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H;1200B/S，晶振为12MHZ MOV PCON,#00H MOV SCON,#50HSETB TR15系统调试5.1分步调试5.1.1测试环境及工具测试温度：0~100摄氏度。（模拟多点不同温度值环境）测试仪器及软件：数字万用表，温度计0~100摄氏度，串口调试助手。测试方法：目测。5.1.2测试方法使系统运行，观察系统硬件检测是否正常（包括单片机最小系统，键盘电路，显示电路，温度测试电路等）。系统自带测试表格数据，观察显示数据是否相符合即可。采用温度传感器和温度计同时测量多点水温变化情况（取温度值不同的多点），目测显示电路是否正常。并记录各点温度值，与实际温度值比较，得出系统的温度指标。使用串口调试助手与单片机通讯，观察单片机与串口之间传输数据正确否。5.1.3测试结果分析自检正常，各点温度显示正常，串口传输数据正确。因为芯片是塑料封装，所以对温度的感应灵敏度不是相当高，需要一个很短的时间才能达到稳定。5.2统一调试 将硬件及软件结合起来进行系统的统一调试。实现PC机与单片机通讯，两者可以实时更新显示各点温度值。结束语AT89C51的时钟为12M，I/O口可达32个，高的时钟频率和丰富的I/O，都为实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也AT89C51内含4KBFLASHROM，开发环境友好，易用，方便，大大加快本系统设计开发。拨码开关的使用，使操作更为简洁，易懂。实时显示电路的设计，使温度信息更迅速，直观地发布。本制作的设计中使用了传感器的只是插座电路，因此，该系统的可扩展性很强。整个系统硬件简单、可靠，系统成本低。致此本人设计基本完成了预期的目标，系统在硬件自动测试，键盘操作，实时显示方面做的比较好。但是由于时间仓促、条件有限，设计成果并不是很完美，还存在下面问题：串口通讯不稳定，未对温度数值统计处理以及存储。我准备在今后的工作过程中进一步完善此设计。参考文献[1].贾振国.DS1820及高精度温度测量的实现［J］.电子技术应用，2000（1）：58-59.[2].余永权.单片机原理及应用.北京：电子工业出版社,1997[3].邦田.电子电路实用抗干扰技术.北京：人民邮电出版社，1994[4].Dallassemiconductorinc,ds18b20programmableresolution1—wiredigitalthermometer2001[Z].[5].曲喜贵.电子元件材料手册[M].北京：电子工业出版社，1989.422-430.[6].黄贤武，郑筱霞，曲波等.传感器实际应用电路设计[M].成都：电子科技大学出版社，1997.4-10.[7].刘君华.智能传感器系统[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.[8].余永权.Flash单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，1997.[9].邦田.电子电路实用抗干扰技术[M].北京：人民邮电出版社，1994.[10].周云波.由DS18B20单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统.电子技术应用，1996(2):15-20.[11].吉鹏,马云峰等.微机原理与接口技术[M].北京:高等教育出版社,2001.[12].振国.DS1820及高精度温度测量的实现[J].电子技术应用，2000(1).[13].东耀，汪仁煌.数字温度传感器在仓库温度检测系统的应用[J].传感器世界，2001（12）：30-33.[14].月霞，孙传友.DS18B20硬件连接及软件编程[J].传感器世界，2001（12）：25-29.[15].一线数字温度传感器资料[M].武汉：武汉力源电子有限公司，1996.[16].贤武，郑霞，曲波.传感器实际应用电路设计[M].成都：电子科技大学出版社，1997.[17].伟正.单线数字温度传感器的原理与应用[1].电子技术应用，2000,6.66-68[18].DALLAS公司.DS18B20数据手册[Z][19].周月霞，孙传友.DS18B20硬件连接及软件编程[J].传感器世界，2001，（12）.[20].单线数字温度传感器资料[M].武汉：武汉力源电子有限公司，1996.[21].贾东耀，汪仁煌.数字温度传感器在仓库温度检测系统的应用[J].传感器世界，2001（12）.[22].余永权.ATMEL89系列单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社2002.[23].胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社，2002[24].李更祥.单总线数字式智能型温度传感器在测控领域中的应用[J].计算机自动测量与控制，1999，7（3）：51-53.[25].忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社，1997附录A附录一：温度测试子程序流程图初始化DS18B20匹配ROM命令发一个DS18B20序列号等待1us读当前DS18B20温度开始所有DS18B20都访问完毕?存在一个DS18B20?发搜索初始化DS18B20匹配ROM命令发一个DS18B20序列号等待1us读当前DS18B20温度开始所有DS18B20都访问完毕?存在一个DS18B20?发搜索ROM命令读并存储当前DS18B20序列号跳过ROM命令初始化DS18B20温度转换命令初始化DS18B20YNYN初始化DS18B20匹配ROM命令发一个DS18B20序列号等待1ms转换结束读当前DS18B20温度开始所有DS18B20都访问完毕?存在一个DS18B20?发搜索ROM命令读并存储当前DS18B20序列号跳过ROM命令初始化DS18B20初始化DS18B20YNYN附录B单片机内存分配申明：TEMPES EQU27H ；用于保存设定温度值TEMPER_L EQU29H ；用于保存实际温度Tr的低8位TEMPER_H EQU28H ；用于保存实际温度Tr的高8位FLAG1 EQU38H ；是否检测到DS18B20标志未LO EQU#0F60H ；定时器低字节HI EQU#0F6H ；定时器高字节FLAG2 EQU39H ；按键标志位 A_BIT EQU20H ；数码管实际温度Tr个位数存放位置 B_BIT EQU21H ；数码管实际温度Tr十位数存放位置 C_BIT EQU18H ；数码管设定温度Ts个位数存放位置 D_BIT EQU19H ；数码管设定温度Ts十位数存放位置 SDWD EQU30H ；转换后的设置温度 SJWD EQU31H ；转换后的实际温度 SW1 EQUP1.1 ；继电器1控制引脚，加热继电器 SW2 EQUP1.7 ；继电器2控制引脚，降温继电器 DS18 EQUP1.0 ；DS18B20的数据引脚 SJK EQUFFE8H ；8279的数据口 MLK EQUFFEAH ；8279的命令口 8CLK EQUALK ；8279的时钟信号输入端 ORG 00H JMP MAIN ORG 0BHMAIN： CLR SW1 ；关继电器1 CLR SW2 ；关继电器2 MOV A_BIT，#0 MOV B_BIT，#0 MOV C_BIT，#0 MOV D_BIT，#0 MOV TEMPES，#0 MOV TEMPER_L，#0 MOV TEMPER_H，#0INIT_1820：SETB DS18 NOP CLR DS18 ；主机发出延时537微妙的复位低脉冲 MOV R1，#3TER1：MOV R0，#107 DJNZ R0，$ DJNZ R1,TSR1 SETB DS18 ；拉高数据线 NOP NOP NOP NOP MOV R0,#25HTSR2： JNB DS18,TSR3 ；等待DS18B20回应 DJNZ R0,TSR2 ；延时 LJMP TSR4TSR3： SETB FLAG1 ；置标志位，表示DS18B20存在 LJMP TSR5TSR4： CLR FLAG1 ；清标志位，表示DS18B20不存在 LJMP TSR7TSR5： MOV R0,#117TDR6： DJNZ R0,TSR6 ；时序要求延时一端时间TSR7： SETB DS18 RET LP： MOVX A,@DPTR JB ACC.7,LP MOV A,#2AH ；S时钟十分频成100KHz MOVX @DPTR,A MOVX @DPTR,#DISHBH；提示符0000代码首地址 LCALL DIS MOV 27H,#80H SETB IT SETB EA SETB EX1INIT_TIMTR：MOV TMOD，#22H ；定时器初始化，使用定时器0模式2 MOV IE，#00H ；启用定时器0中断产生 MOV TL0，#L0 ；加载低字节 MOV TH0，#HI ；加载高字节 SETB TR0 ；启动定时器0开始记时 SETB EA SETB ET0 JNB TF0，$ CPL 8CLK MOV SP，#60H CLR EA MOV DPTR，#MLK MOV A，#0D1H MOVX @DPTR,AZHUCHXU：LCALL JPCL LCALL DISPLAYAA： LCALL GET_TEMPERMOV A,SJWD ；温度比较 CJNE A,SDWD,PDXD： LCALL DISPLAY LJMP ZHUCHXUPD： JC PD1 SUB A,3 CJNE A,SDWD,PD2 LCALL XDPD2： JNC JW LCALL XDPD1： ADD A,#3 CJNE A,SDWD,PD2 LCALL XDPD2： JC SW LCALL XDSW： SETB SW1 JMP AAJW：SETB SW2 JMP AA 键盘处理子程序：JPLC： MOV R1，#2MOVR2，27HJNBIE0，$ ；等待键盘的输入MOVXDPTR，MLKMOVA，#40HMOVXDPTR，AMOVXDPTR，SJKMOVXA，@DPTRANLA,#3FHMOVX@R2,AINC@R2DJNZ@R2,JXJMPRETJX：MOVDPTR,#TABLE1MOVR3,#0BHMOVXA,@R2MOVR4，#TABLE2JM：DJNZR3,#2AJMPJXCJNEA,@R4,#4MOVR2，@DPTRAJMPRETINC@R4INC@DPTRDEC@R3AJMPJMTABLE1：DB

0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8FH,8DH,90H,BFH,0FFHTABLE2：DB0H,8H,20H,1H,9H,11H,2H,AH,12H,3H,0BH,23HDS18B20子程序：GET_TEMPER：SETB DS18 LCALL INIT_1820 ；先复位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 RET ；判断DS18B20是否存在？若DS18B20 不存在则返回TSS2： MOV A,#0CCH ；跳过ROM匹配 MOV A,#44H ；发出温度转换命令 LCALLDISPLAY ；这里通过调用显示子程序实现延时一段时间，等待转换结束 LCALL INIT_1820 ；准备读温度前先复位 MOV A,#0CCH ；跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ；发出读温度命令 CALL READ_1820 ；将读出的温度数据保存到28H/29H RET；读DS18B20的程序，从DS18B20中读出两个字节的温度数据READ_1820：MOV R4,#2 ；将温度高位和低位从DS18B20中读出 MOV R1,29H ；低位存如29H（TEMPER_L）高位存入 28H（TEMPER_H）RE00： MOV R2,#8 ；数据一共8位RE01： CLR C SETB DS18 NOP NOP CLR DS18 NOP NOP NOP SETB DS18 MOV R3,#9RE10： DJNZ R3,RE10 MOV C,DS18 MOV R3,#23 RRC A DJNZ R2,RE10 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 END显示子程序： DISPLAY：MOV DPTR，MLK MOV A，#0D1H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,MLK MOV A,@0D90H MOVX @DPTR,A MOV A,29H ；将29H中的十六进制数转换成十进制 MOV B,#10 DIV AB MOV B_BIT,A ；十位在A MOV A_BIT,A ；个位在B MOV DPTR,#NUMTAB ；指定查表起始地址 MOV R0,#4DPLOP： MOV A,A_BIT ；取个位数 MOVC A,@A+DPTR ；查个位数的7段码 PUSH A MOV A,#90H MOV DPTR,#MLK POP A MOVX DPTR,A MOV A,B_BIT ；取十位数 MOVC A,@A+DPTR ；查十位数的7段码 PUSH A MOV A,#90H MOV DPTR,#MLK POP A MOVX DPTR,A RET7段数码管0～9数字的共阳极显示代码TABLE2：DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8FH,8DH,90H,BFH,0FFH附录C译文介绍可编程控制器

从一个简单的遗产，这些卓越的系统已经发展到不仅取代机电设备，而是要解决一个在这两个过程和nonprocess工业控制问题日益增加的数组。所有迹象表明，这些微处理器巨头将继续在此起彼伏的自动化工厂进入20世纪90年代新的天地。

历史

在20世纪60年代，机电设备分别是家常便饭屁股就控制而言。这些设备，俗称继电器众所周知，正在使用的数以千计的控制多序列型制造工艺和独立式机器。这些继电器在使用中的许多在运输行业，更具体地说是，汽车行业。这些继电器使用的电线数百及其相互联系，以实施控制解决方案。一个中继的表现基本上可靠-至少作为一个单一的设备。但对于所谓接力小组的共同申请300至500名或以上继电器，可靠性和相关的维修支持这些小组的问题成了一个很大的挑战。成本成为另一个问题，在自己的继电器，面板的安装成本，但成本低的可能相当高。总成本包括购买零件，布线，安装和劳动力，可以从30元〜50元，每中继。为了使事情变得更糟，对经常性的控制面板修改的过程称为一个不断变化的需求。与继电器，这是一个昂贵的前景，因为它是由一个面板上的主要精力重新布线完成。此外，这些变化有时记录不佳，导致第二次移维修恶梦个月后。鉴于此，它并不罕见抛弃在一个与新工艺适合有线方式的有关组成部分的新一赞成整个控制面板。除此之外，还有不可预测的，并有可能维持在较高的大批量汽车生产线这些系统，成本，很显然，事情是需要改进的控制过程-使之更可靠，更容易解决问题，并更能适应不断变化的控制需求。这东西，在20世纪60年代末，是第一个可编程控制器。这第一'革命'系统湾发展成为一个具体的回应，在美国主要汽车制造商的需求。这些早期的控制器，或可编程逻辑控制器（PLC），代表的是一可在工厂里使用，二可能有'逻辑'没有广泛的重新布线或元件的变化改变了，三是容易诊断和修复系统时，首先问题发生。

有趣的是观察已在过去15年中的可编程控制器领域取得了进展。20世纪60年代后期的先驱产品，必须有一个可怕的混乱，大量的人。例如，发生了什么事的硬，机电，维修人员用手工工具的维修设备？他们改为'电脑'的电子设计来取代继电器掩饰。即使是编程工具的设计，均显示为中继相当于演示。现在我们有机会审查的承诺，在今日看来，当时的可编程控制器带来了生产。

所有可编程控制器组成如图的基本功能模块。10。1。我们将检查每块了解关系到控制系统。首先，我们看看在该中心，因为它是心脏（或至少是大脑系统）。它包括一个微处理器，为实际控制逻辑存储逻辑记忆，存储或变量与数据通常会改变作为处理器和记忆功能的电源使用的记忆体。其次是在I/O块。此函数为CPU控制电平信号，并将其转换为与工厂级传感器和执行器连接它们的电压和电流合适的水平。该I/O型的范围从数字（离散或开/关），模拟（无级变速），或特殊用途的各种'聪明'的I/O是专用于某些应用程序的任务。程序员在这里显示，但它通常只用于最初设定的制度和程序，是不是系统运作所需。它也可以用来排除故障的系统，可以证明是在针对一个问题的确切原因的宝贵工具。现场设备显示在这里代表的各种传感器和连接到I/O的驱动器这是胳膊，腿，眼，耳和系统，包括按钮，限位开关，接近开关，photosensors，热电偶，RTD，位置传感设备，条码技术作为输入码阅读器和指示灯，显示设备，电机起动器，直流和交流驱动器，电磁阀，并为输出的打印机。

没有任何单一的尝试可涵盖范围的迅速变化，但三个基本特征可以进行检查，以给归类为一个可编程控制器的工业控制装置。

（1）它的基本操作是解决内部从一开始的内存逻辑，一些指定点，如内存或程序结束结束。一旦达到目的，在行动开始的内存再次开始。这是扫描过程持续的时间提供给它删除从时间的力量。

（2）编程逻辑是一个中继梯形图形式。常开，常闭触点，继电器线圈和用于在利用一个左一个右垂直格式和铁路。潮流（符号正电子流）用来确定哪些线圈通电或输出或deenergized。

（3）本机是专为从基本概念的工业环境，这种保护是不是在以后补充。工业环境包括不可靠的交流电源，高温度（0至60摄氏度），湿度极端，振动，射频噪音，以及其他类似的参数。

一般应用领域

可编程控制器是一种用于控制多种应用的今天，其中许多人不仅是几年前在经济上成为可能。这才是真正的原因一般有两个：一有成本效益（即每I/O点费用）已大为改善与微处理器和相关组件的价格下跌，2控制器的能力解决复杂的计算和通信任务，使人们有可能用它在一台专用计算机以前使用。

可编程控制器应用程序可以被归类在不同的方式，包括普通和工业应用类别。但重要的是了解目前在该控制器的理解和使用的框架，使现在和未来的发展可以被检查的全部范围。正是通过这种控制器可以在全光照看到应用程序的能力。工业应用包括两个离散制造和流程行业很多。汽车行业应用的可编程控制器成因，继续提供机会最大的基地。其他行业，如食品加工和公用事业，提供最新的发展机遇。

有5名一般应用中，可编程控制器的主要应用领域。一个典型的安装将使用一个或更多的这些集成控制系统的问题。这五个一般领域下文将简要解释。

描述

该基于AT89C51是一种低功耗，高性能的CMOS4K字节的闪存和可擦除可编程的8位单片机只读存储器（派罗姆）。该设备是采用Atmel的高密度非易失性内存技术，并与行业标准的MCS-51指令集和引脚兼容。片上闪存程序存储器可以被重新编程在系统或传统的非易失性内存程序员。通过结合在一个单一芯片上通用的8位闪存的CPU，Atmel的AT89C51的是一个强大的微型计算机提供了一个高度灵活和成本效益的解决方案，许多嵌入式控制应用。

功能特点

该单片机AT89C51提供以下标准功能：4K的闪存，128内存，32个I/O线，两个16位定时器/计数器，15向量2级中断结构，一个全双工串行口，片内字节振荡器和时钟电路。此外，AT89C51的设计与操作频率下降到零静态逻辑，支持两种软件可选的节电模式。空闲模式下停止CPU的工作，而RAM，定时/计数器，串口和中断系统继续运作。掉电方式保存RAM的内容，但冻结振荡器禁用，直到下一个硬件复位芯片其它功能。

引脚说明

的VCC：电源电压。

接地：接地。

端口0：

P0口是一个8位开漏双向I/O口。作为一个输出端口，每个引脚可以吸收8TTL输入。当1秒写入到端口0引脚，该引脚可作为高阻抗inputs.Port0也可以配置为复loworder地址/在外部程序和数据存储器存取数据总线。在这种模式下求解P0具有内部pullups.Port0期间还收到字节闪存编程的代码，并输出在programverification代码字节。外部上拉电阻必须在programverification。

端口1

端口1是一个8位双向I/内部pullups.The1口输出缓冲器可吸入/源4个TTL电inputs.When1的端口1被写入他们的内部上拉拉着高，可O端口引脚作为输入。作为输入，端口1属于外部被拉低时将吸收电流引脚（IIL的），因为内部pullups.Port1还收到在Flash的编程和验证的低位地址字节。

端口2

端口2是一个8位双向I/内部pullups.The2口输出缓冲器可吸入/源4个TTL电inputs.When1的端口2被写入他们的内部上拉拉着高，可O端口引脚作为输入。作为输入，端口2引脚是外部被拉低时将吸收电流，因为内部pullups.Port，2排放的高位地址字节中提取从外部程序存储器和外部数据存储器时，使用16位地址访问。在此应用中，它使用强大的内部pullupswhen发射1秒。在访问外部数据存储器，使用8位地址，端口2排放的内容访问P2的特殊功能Register.Port2也收到高地址位和闪存编程和验证过程中的一些控制信号。

端口3

P3口是一个8位双向I/内部pullups.The3口输出缓冲器可吸入/源4TTL电inputs.When1秒写入端口3是拉着他们的内部上拉高，可O端口引脚作为输入。作为输入，端口3是外部被拉低时将吸收电流引脚（IIL的），因为pullups.Port3还对下面列出的AT89C51的各种特殊功能的功能：

3口还接收了Flash的编程和验证一些控制信号。

RST

复位输入。关于这两个机器周期，而高脚振荡器运行重置设备。

的ALE/编

地址锁存闭锁的过程中访问外部存储器地址低字节使能输出脉冲。该引脚也是方案脉冲输入（PROG在闪光programming.In正常运作的ALE）是在一个1/6振荡器频率恒定速率排放，并可以定时或外部时钟的用途。请注意，但是，一个ALE脉冲被跳过在每次访问外部数据存储器。

如果需要，可以禁用的ALE操作通过设置位SFR的位置8EH0。随着位设置，只在活跃的ALE是一个执行MOVX或MOVC指令。否则，脚弱拉高。设置的ALE-禁用位没有任何效果，如果在外部微控制器的执行模式。

PSEN的

程序存储使能是读选通memory.When的AT89C51的外部程序执行外部程序存储器的代码，PSEN在每个机器周期启动两次，除了两个是激活的PSEN在每个外部数据存储器访问跳过。

艺电/美国交流在线

外部访问启用。EA必须接GND，以使该设备以获取外部程序存储器的0000H开始执行开始到FFFFH地点代码。但是请注意，如果锁定位1被编程，EA将在内部对reset.EA锁存应为内部方案executions.This绑到VCC引脚还收到12伏的编程就能在Flash的编程电压（VPP的），为部件require12伏交流在线。

附录D外文文献IntroductionofProgrammablecontrollersFromasimpleheritage,theseremarkablesystemshaveevolvedtonotonlyreplaceelectromechanicaldevices,buttosolveanever-increasingarrayofcontrolproblemsinbothprocessandnonprocessindustries.Byallindications,thesemicroprocessorpoweredgiantswillcontinuetobreaknewgroundintheautomatedfactoryintothe1990s.HISTORYInthe1960s,electromechanicaldevicesweretheorderofthedayassfarascontrolwasconcerned.Thesedevices,commonlyknownasrelays,werebeingusedbythethousandstocontrolmanysequential-typemanufacturingprocessesandstand-alongmachines.Manyoftheserelayswereinuseinthetransportationindustry,morespecifically,theautomotiveindustry.Theserelaysusedhundredsofwiresandtheirinterconnectionstoeffectacontrolsolution.Theperformanceofarelaywasbasicallyreliable-atleastasasingledevice.Butthecommonapplicationsforrelaypanelscalledfor300to500ormorerelays,andthereliabilityandmaintenanceissuesassociatedwithsupportingthesepanelsbecameaverygreatchallenge.Costbecameanotherissue,forinspiteofthelowcostoftherelayitself,theinstalledcostofthepanelcouldbequitehigh.Thetotalcostincludingpurchasedparts,wiring,andinstallationlabor,couldrangefrom$30~$50perrelay.Tomakemattersworse,theconstantlychangingneedsofaprocesscalledforrecurringmodificationsofacontrolpanel.Withrelays,thiswasacostlyprospect,asitwasaccomplishedbyamajorrewiringeffortonthepanel.Inadditionthesechangesweresometimespoorlydocumented,causingasecond-shiftmaintenancenightmaremonthslater.Inlightofthis,itwasnotuncommontodiscardanentirecontrolpanelinfavorofanewonewiththeappropriatecomponentswiredinamannersuitedforthenewprocess.Addtothistheunpredictable,andpotentiallyhigh,costofmaintainingthesesystemsasonhigh-volumemotorvehicleproductionlines,anditbecameclearthatsomethingwasneededtoimprovethecontrolprocess–tomakeitmorereliable,easiertotroubleshoot,andmoreadaptabletochangingcontrolneeds.Thatsomething,inthelate1960s,wasthefirstprogrammablecontroller.Thisfirst‘revolutionary’systemwandevelopedasaspecificresponsetotheneedsofthemajorautomotivemanufacturersintheUnitedStates.Theseearlycontrollers,orprogrammablelogiccontrollers(PLC),representedthefirstsystemsthat1couldbeusedonthefactoryfloor,2couldhavethere‘logic’changedwithoutextensiverewiringorcomponentchanges,and3wereeasytodiagnoseandrepairwhenproblemsoccurred.Itisinterestingtoobservetheprogressthathasbeenmadeinthepast15yearsintheprogrammablecontrollerarea.Thepioneerproductsofthelate1960smusthavebeenconfusingandfrighteningtoagreatnumberofpeople.Forexample,whathappenedtothehardwiredandelectromechanicaldevicesthatmaintenancepersonnelwereusedtorepairingwithhandtools?Theywerereplacedwith‘computers’disguisedaselectronicsdesignedtoreplacerelays.Eventheprogrammingtoolsweredesignedtoappearasrelayequivalentpresentations.Wehavetheopportunitynowtoexaminethepromise,inretrospect,thattheprogrammablecontrollerbroughttomanufacturing.AllprogrammablecontrollersconsistofthebasicfunctionalblocksshowninFig.10.1.We’llexamineeachblocktounderstandtherelationshiptothecontrolsystem.Firstwelookatthecenter,asitistheheart(oratleastthebrain)ofthesystem.Itconsistsofamicroprocessor,logicmemoryforthestorageoftheactualcontrollogic,storageorvariablememoryforusewithdatathatwillordinarilychangeasafunctionpowerfortheprocessorandmemory.NextcomestheI/Oblock.ThisfunctiontakesthecontrollevelsignalsfortheCPUandconvertsthemtovoltageandcurrentlevelssuitableforconnectionwithfactorygradesensorsandactuators.TheI/Otypecanrangefromdigital(discreteoron/off),analog(continuouslyvariable),oravarietyofspecialpurpose‘smart’I/Owhicharededicatedtoacertainapplicationtask.Theprogrammerisshownhere,butitisnormallyusedonlytoinitiallyconfigureandprogramasystemandisnotrequiredforthesystemtooperate.Itisalsousedintroubleshootingasystem,andcanprovetobeavaluabletoolinpinpointingtheexactcauseofaproblem.ThefielddevicesshownhererepresentthevarioussensorsandactuatorsconnectedtotheI/O.Thesearethearms,legs,eyes,andearsofthesystem,includingpushbuttons,limitswitches,proximityswitches,photosensors,thermocouples,RTDS,positionsensingdevices,andbarcodereaderasinput;andpilotlights,displaydevices,motorstarters,DCandACdrives,solenoids,andprintersasoutputs.Nosingleattemptcouldcoveritsrapidlychangingscope,butthreebasiccharacteristicscanbeexaminedtogiveclassifyanindustrialcontroldeviceasaprogrammablecontroller.(1)Itsbasicinternaloperationistosolvelogicfromthebeginningofmemorytosomespecifiedpoint,suchasendofmemoryorendofprogram.Oncetheendisreached,theoperationbeginsagainatthebeginningofmemory.Thisscanningprocesscontinuesfromthetimepowerissuppliedtothetimeititremoved.(2)Theprogramminglogicisaformofarelayladderdiagram.Normallyopen,normallyclosedcontacts,a