《基于单片机的温度控制系统的设计》.docx

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1、ft91第一章trr31.1课一背景与总义31.2度限制系统的应用31. 3毕业设计任务1其次章系线方案52. 1水温限制系统设计任务和要求53. 2水温限制系统部分54. 3限制方式7第三章系件硬件设计85. 1总体设计框图及说明86. 2外部电路设计S7. 3单片机系统电路设计9第四章系统软件设计与调试134.1 程序框架结构134.2 2程序流程图及部分程序134.3 系统安装调试与测试17第五章结论18致青Ig参考文献”-20附件1程序代码）20附件2电路原理图）27基于单片机的水温限制系统【摘要】温度是工业限制对象主要被控参数之一，在温度限制中，由于受到温度被控对象特性（如惯性大、滞

2、后大、非线性等）的影响，使得限制性能难以提高，有些工艺过程其温度限制的好坏干脆影响着产品的质量，因而设计一种较为志向的温度限制系统是特别有价值的。为了实现高精度的水温测量和限制，本文介绍了一种以Almel公司的低功耗高性能CMOS单片机为核心，以PID克法限制以及PID参数整定相结合的限制方法来实现的水温限制系统，其硬件电路还包括温度采集、温度限制、温度显示、键盘输入以及RS232接口等电路。该系统可实现对温度的测量，并能依据设定值对温度进行调整，实现控温的目的。【关键词】单片机AT89C51；温度限制：温度传感器PTK）O0；PlD调整算法Thesummary:Temperatureisth

3、emaincontrolofindustrialcontrolofparameters,Intemperaturecontrol,duetotemperaturecontrolledobjectproperties(suchasinertiabig,big,laggingeffectofnonlinear,etc.),toimproveperformance,someprocesstemperaturecontrolofitsdirectimpactonthequalityoftheproduct,anddesignedakindofidealtemperaturecontrolsystemi

4、saveryvaluable.Inordertorealizehighprecisiontemperaturemeasurementandcontrol,thispaperintroducesametertakingAlmelcompanylow-powerhigh-performanceCMOSchipasthecore,andthePIDcontrolalgorithmwithPIDparameterscombinationofcontrolmethodtorealizethetemperaturecontrolsystem,thehardwarecircuitincludingtempe

5、rature,temperaturecontrol,temperaturegathering,keyboardinputandRS232interfacecircuits,etc.Thesystemcanrealizethemeasurementfortemperature,andcanaccordingtovalueoftemperatureadjustment,andrealizetheobjectivetemperaturecontrol.Keywords:AT89C51InicrocontrolIer1Temperaturecontrol,BTlOOOtemperaturesensor

6、,PlDalgorithm第一章前言1.1课题背景与意义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，人们都须要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和限制。采纳MCS-51单片机来对温度进行限制，不仅具有限制便利、组态简洁和敏捷性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。目前，温度限制系统在国内各行各业的应用虽然已经特别广泛，但从国内生产的温度限制器来讲，总体发展水平仍IH不高，同国外的口本、美国、德国等先进国家相比，

7、仍旧有着较大的差距。现在，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年头中后期水平。成熟产品主要以“点位”限制及常规的PID限制器为主，它只能适应一般温度系统限制，难于限制滞后困难时变温度系统限制，而且适应于较高限制场合的智能化、自适应限制仪表国内技术还不特别成熟，形成商品化并广泛应用的限制仪表较少。随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电广产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、牢毒性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业应用广泛。1.2温度限制系统的应用盐浴炉温度限制系统利用S型的钱-钱热电偶检测温度，

8、热电偶进行冷端补偿，热电偶检测的信号通过放大、采样保持、模数转换再送单片机保存，采纳分段查表法获得各点温度。选用可控硅过零触发H动限制盐浴炉温度，限制周期为100个三相沟通市电周期，即2s。由单片机限制可按预设温度曲线进行加热，并可实时显示加温曲线。大型粮库采纳主机为PC上位机，从机为68HCO8GP32为主控芯片的分机（下位机）。下位机采纳DA1.1.AS的数字式温度传感器芯片DS1820,可以在三根线（电源线、地线、信号线）上同时并联多个温度探测点。每个分机上可以连接10跟其次章系统方案2.1水温限制系统设计任务和要求设计个水温自动限制系统，限制对象为1升净水，水温可以在肯定范困内由人工设

9、定,并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变，系统设计详细要求：温度设定范围为40C,H标温度的5C：加热棒功率2KV,限制器为继电器；用十进制数码管显示水的实际温度.2.2水温限制系统部分水温限制系统是一个过程限制系统,组成框图如图I所示，由限制器、执行器、被控对象其反馈作用的测量变送组成,测量变送试通过温度传感器Ptl(XX)来传送的。限制器是通过单片机来完成，图I限制系统框图CPU中心处理器方案一：采纳8031作为限制核心，运用最为普遍的耦件ADCO804作模数转换，限制上运用对加热棒加电对水槽里的水升温。此方案简易可行，器件价格便宜，但8031内部没有程序存储器需扩展

10、，增加/电路的困难性。方案二：此方案采纳8951单片机实现，可用编程实现各种限制算法和逻辑限制。进行数据转换，限制电路部分采纳SSR固态继电器限制加热棒的通断，此方案电路简洁并且可以满意题目中的各项要求的粘度。比较两个方案可知，采纳Almel单片机来实现本题目，不管是从结构上，逐是从工作量上都占有很大的优势，所以最终确定运用AT8XT5I作为该限制系统的核心。依据温度改变慢，并且限制精度不易驾驭的特点，设计了水箱温度自动限制系统，总体框图如图2所示。温度限制采纳改进的PID数字限制算法,显示采纳用3位1.ED铮态显示。(2)温度限制系统算法分析系统匏法限制图2限制器设计总体框图但可能会使系统振

11、荡甚至使系统不稳定：微分采纳工业上常用的位置型PID数字限制，并且结合特定的系统加以算法的改进，形成J变速积分PID一积分分别PID限制相结合的自动识别的限制算法。该方法不仅大大减小了超调量，而且有效地克服了枳分饱和的影响,使限制精度大大提高。作用能有效的减小图3比例枳分微分限制动态偏差。如图3所示。由图4可知PlD调整器是种线性调整器，这种调整器是将设定值W与实际输出值y进行比较构成偏差e=w-y并将其比例、积分、微分通过线性组合构成限制量。其动态方程为：M(O=Kz)+Kje(tdt+Ktl今(其中KP为比例放大系数：Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数)PID调整器的离散化表达式为：u

12、(k)=Kpe(k)+K,Te(*)+与Ma)-改人-1)1其增量表达形式为(T为采样周期)：m()=u(k)-u(k-1)=Kf,1e(k)-e(k-I)J+K,Te(k)+KtlITek-2e(k-1)+e(k-2)1图4模拟PID限制2. 3限制方式该限制系统是把输出量检测出来，经过物理证的转换,再反馈到输入端去与给定量进行比较(综合),并利用限制器形成的限制信号通过执行机构SSR对限制对象进行限制，抑制内部或外部扰动对输出量的影晌，减小输出量的误差，达到限制目的。在此限制系统中单片机就相当于常规限制系统中的运兑器限制器，它对过程变量的实测值和设定位之间的误差信号进行运算然后给出限制信息

13、，单片机的运算规则称为限制法则或限制算法.第三章系统硬件设计2.1 总体设计框图及说明本系统是一个简洁的单回路限制系统，总体框图如图2所示。单片机系统是整个限制系统的核心，AT89C5I可以供应系统限制所需的I/O口、中断、定时及存放中间结果的RAM电路：前向通道是信息采集的通道,主要包括传感潜、信号放大、A/D转换等电路：由于水温改变是个相对缓慢的过程，因此前向通道中没仃运用采样保持电路；信号的滤波可由软件实现，以简化硬件、降低硬件成本。健盘设定：用于温度设定，共三个按键。数据采样：将由传感器及相关电路采集到的温度转为电压信号，经A，D转换后，送入AT89C51相应接口中，换肾成温度值，用于

14、限制和显示.数据显示：采纳了共阴极数码管1.ED进行显示设置温度与测量温度。继电涔/加热棒：通过三极管限制维电器的开关来完成对加热棒的限制。3. 2外部电路设计温度采集电路采纳温度传感器销电阻PIlOoo.对于温度的粕密测域而言,温度测蚊部分是整个系统设计的第一步。温度传感器的选择是这块电路的关键，它是干脆影响整个系统的性能与效果的关键因素之-O这里采纳的是精密级伯电阻温度传感器Ptl(XX),它的金胭珀含量达99.9999%,因为铀电阻的物理和化学性能在高温柔氧化介质中很植定、价格又便宜，常用作工业测量元件，以珀电阻温度计作茶准器线性好，温度系数分散性小，在0100摄氏度时，最大非线性偏差小

15、于0.5摄氏度，性能稳定，广泛用于精密温度测量和标定。柏热电阻与温度关系式R1=Rn(l+At+Bt2),其中：R1.温度为t摄氏度时的电阻：凡-温度为0摄氏度时的电阻：A.B-温度系数A=394*102C:其中B=-5.84*104C:T-随意温度。温度限制电路此部分通过限制维电器的通断从而限制加热棒，采纳对加在加热棒两端的电压进行通断的方法进行限制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温限制的目的，即在闭环限制系统中对被控对象实施限制.此部分的继电器采纳的是SSR维电潜,即固态维电器，主要由输入(限制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。固态维电器的输入电路是为输入限制信号供应一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态维电器的输出电路是在触发信号的限制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件（芯片）和起瞬态抑制作用的汲取回路组成，固态继电器（SSR）是一种全电子电路组合的元件，它依靠半导体器件和电子元件的电、遨和光特性来完成其隔离和继电切换功能.图5是它的工作原理框图，图Il中的部件-构成沟通SSR的主体，从整体上看,SSR只有两个输入端（A和B及两个输出端（C和D）,是种四端器件。工作时只要在A、B上加上肯定的限制信号，就Uf以限制C、D两端之间的“通”和“断”，实现“开关”的功能。