毕业论文：基于51单片机的温度控制系统.docVIP

基于MCS-51单片机的 温度控制系统设计 设计人：王其凯 指导教师：王辉  摘 要 单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用，温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量，而温度是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息，采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量在原理上虽然不困难但成本较高，还会遇到其它方面的问题。因此对单片机温度控制系统的研究有重要目的和意义。 本文主要介绍了以MCS-51系列单片机8031、AD574、8155、可控硅、LM311等芯片组成的温度检测电路，模/数转换电路，键盘/LED显示电路,报警电路，信号放大电路；在描述了外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括数据处理软件，PID控制算法。 本设计有效的提高了控制系统的实时性和控制精度大大改善了炉温控制的自动化程度，具有较高的实用价值。 关键词：单片机，PID算法 ，温度采样，温度控制 单片机温度控制系统总体设计及原理 .1 系统的主要功能 （1）对炉温的温度检测和升温、恒温控制。 （2）显示检测温度值。 （3）当超越上限或下限时自动报警。 （4）设定和修改要保持的温度值。 .2 系统的总体结构 系统的硬件电路有温度检测、信号放大、A/D转换、键盘接口、LED显示、单稳态触发电路、可控硅控制电路等部分组成，系统结构图见图1.1工作流程说明如下： 开始，先接通电源，然后将开关打到开的位置，六段数码管显示器就自动显示出当前温度，并且显示出设置温度的缺省值000000。此时继电器不工作。 按下F1按键，温度控制系统进入温度控制点的设制。 这个时候，显示设置温度的数码管闪烁。 此时可以通过键盘输入预设置的温度。当按下“确定”按键的时候，单片机就会根据所写入的程序，对系统进行控制。 当设置的温度高于当前的温度时，单片机通过可控硅控制极上触发脉冲控制加热电路连通。温度慢慢升高。 当设置的温度低于当前的温度时，单片机通过可控硅控制极上触发脉冲控制加热电路断开。温度慢慢下降。 就这样通过温度芯片的反馈信息，实现水的温度保持在设置温度上，从而达到自动控制温度的功能。 图 .1 系统框图 温度控制系统的硬件设计 .1 温度测量放大电路 .1.1 温度传感器的选择及基本工作原理 测量温度的方法虽然很多,但从感受温度的途径来分,不外两大类:一类是接触式的,即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度;另一类是非接触的,即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。由于本系统测量的温度值在：0—1000℃，所以最常用的最经济的方法是用热电偶来测量。 电炉常用热电偶的材料要求：耐高温；灵敏度高，线性好；电阻系数和电阻温度系数尽可能地小，且其价格便宜、货源充足。 经比较选择，本设计使用镍铬-镍硅热电偶。 .1.2 放大电路的设计 0℃-1000℃的温度对应0mV—41.3mV ,热电偶出来的mV电压，大概热端变化一度,热电耦有40微伏的电位差输出，无法直接进行A/D转换，必须进行放大处理。采用OOP07运放组成低漂移高精度前置放大器，对几十微伏变化信号测量比较精确，其放大倍数与 /成正比，可根据需要设计。其中OP07的1、4、5端与构成调零电路。再接一级有运放741构成的续接放大器就可将毫伏级信号放大到需要的幅度，放大倍数可自己设定，741的1、4、5端与构成调零电路。741的输出送给后面的模数转换电路。具体接法如图3.1 图.1 放大电路 由运放原理： =20×=3 =24×=4.8 .2 主要的接口电路 .2.1 模数转换电路 A/D转换电路是测控仪表制作的另一个关键所在。A/D转换的位数，精度，速度，性能都直接影响着系统的相关性能。考虑到本系统要求精度比较高，选用美国AD公司研制的12位逐次逼近式AD574A，它适合高精度快速采集，所以本系统不用设计采样保持电路，节省了硬件。 该转换电路的具体接法如图，因为片内有时钟，故无须外加，该电路采用单极性输入方式，可对0V—10V模拟信号转换，其中图.1中管脚8，10，12把AD574置成单极性10V输入，无论启动、转换，还是结果输出，都要保证CE端为高电平，故用8031的和端通过与非门74LS00与AD574的CE端相连。转换结果分高八位、低四位与P0口相连，分两次读入，所以接地。在读取转换结果时保持相应的电平，将来自单片机的控制信号经74LS373锁存后再从Q0接入，选通信号经译码器译码后选通，AD574有两个选口地址，由A0口区分，把译码器Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1=111000B端接到则AD574的两个选口地址为F0和F1H，其中写F