单片机温度控制.doc

1 引 言 2 2 系统方案论证 3 2.1 设计方案 3 2.2 方案的论证 3 3 系统硬件电路设计 4 3.1 电路总体原理框图 4 3.2 单片机的选择 4 3.3 温度采集电路的设计 5 3.4 键盘接口电路的设计 6 3.5 显示接口电路的设计 6 3.6 加热控制电路的设计 7 3.7 电源及报警指示电路的设计 7 3.8 总电路的设计 8 4 软件系统的设计 10 4.1 主程序模块 10 4.2 功能实现模块 12 4.3 运算控制模块 12 4.3.1标度转换 12 4.3.2 模糊控制算法 12 4.3.3控制算法子程序 13 5 系统性能测试及分析 14 5.1 设计所达到的性能指标 14 5.1.1 温控系统的控制精度 14 5.1.2 温度工作波形图 14 5.2 结果分析论述 15 5.3 设计方案评价 16 5.3.1优点 16 5.3.2 缺点 16 6 结论 17 附 录 1 18 附 录 2 26 引 言 随着国民经济的发展，温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，同时要实现温度控制的快速性和准确性，对于提高产品质量具有很重要的现实意义。 对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，对温度的测控方法要多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩展。 实现恒温控制的方法有很多，传统的有利用PLC自适应控制加热丝实现恒温控制，还有利用模拟PID调节的恒温控制，其算法需要查表转换。而基于单片机的控制系统，为闭环系统，工作稳定性高，控制精度高，利用模糊控制算法[1]使超调量大大降低。软件采用模块化结构，提高了通用性。本设计的目的不仅仅使温度控制本身，主要提供了单片机外围电路及软件包括控制算法设计的思想，应该说，这种思想比控制系统本身更为重要。 因此本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机STC89C52作为主控芯片，液晶显示屏1602作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。 系统方案论证 对于温度的检测通常是采用热敏电阻在通过A/D（模/数）转换得到数字信号，但由于信号的采集对整个系统的影响很大，如果采样精度不高，会使这个系统准确性下降。 2.1 设计方案 对于温度控制的方法也有很多：如单片机控制、PLC控制、模拟PID调节器和数字PID调节器等等。而PID调节器的算法复杂，其成本也相对较高。 方案一：利用单片机实现恒温控制 利用单片机实现温度恒定的控制，系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、报警装置和系统核心STC89C52单片机作为微处理器。温度采集电路以数字形式将现场温度传至单片机，单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制场效应管开通和关断，决定加热电路的工作状态，使温度逐步稳定于用户设定的目标值。在温度达到设定的目标温度后，由于冷却温度降低，单片机通过检测到的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制开启加热片。 方案二：利用PLC实现恒温控制 这用恒温控制，采用PLC控制实现电热丝加热全通、间断导通和全断加热的自控式方式，来达到温度的恒定。智能型电偶温度表将置于被测对象中，热电偶的传感器信号与恒定温度的给定电压进行比较，生成温差，自适应恒温控制电路根据差值大小控制电路的断开。 2.2 方案的论证 对于方案二，采用的PLC实现恒温控制，由于其PLC成本高，且PLC外围系统配置复杂，不利于我们的设计。由于数字调节和运算量大，相反对于STC89C52单片机只要选择合适的参数对于温度的控制精度往往能达到比较好的效果。 对于方案一，采用单片机实现恒温控制，该方案成本低，可靠性高，抗干扰性强，对于系统动态性能与稳定性要求不是很高的场合时非常合适的。采用高精度的温度传感器：数字温度传感器DS18B20。这种数字温度传感器是DALLAS公司生产的