温度闭环控制系统.doc

本科生毕业论文（设计） 系（院）物理与电子工程学院 　专业 电子信息工程 论文题目 温度闭环控制系统 学生姓名 指导教师 (讲师) （姓名及职称） 班 级 08级电信4班 学 号 完成日期：2012 年 4 月 温度闭环控制系统 徐凤羽 物理与电子工程学院 电子信息工程[摘 要] 以AT89S52单片机为核心设计了一个温度闭环控制系统。系统利用DS18b20对外界温度进行采集，得到相应的数字量，并显示在液晶显示器上。当外界温度高于设定温度时启动带风扇的电动机进行降温,低于设定温度时带风扇的电动机停止转动。其主要功能模块包括温度采集电路、单片机控制器、液晶显示电路和降温系统。 [关键词] AT89S52 DS18B20 LCD1602 前言 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。随着科技进步和生产的发展，自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。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。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，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。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。科学的运用单片机来控制温度不仅会为企业创造更好的利润，还能给人们的生活到来诸多便捷。 1. 方案的选择与论证 简单的一个温度闭环控制系统由软件和硬件两个部分构成。硬件系统采用AT89S52单片机作为主控器，用18B20温度传感器实现温度采集和LCD1602液晶显示温度等功能。软件系统采用模块化设计，包括电源模块，信号采集模块，单片机控制模块，显示模块以及系统降温模块。 1.1 控制器模块 方案一： 采用FPGA作为系统控制器。FPGA功能强大，可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的I/O口方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。但本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且其成本偏高，引脚较多，硬件电路布线复杂。 方案二： 采用AT8952系统控制器。AT89S52是一种低电压、高性能的COMS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATEML公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89S52功能强大，性价比高且具有算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。 基于以上分析拟订方案二，有AT89S52作为控制核心，对温度进行处理和显示进行控制。 1.2 温度采集模块 方案一： 负温度系数热敏电阻。它具有非常大的负温度系数,电阻值随环境温度或因通过电流而产生自热而变化，即在一定的测量功率下，电阻值随着温度上升而迅速下降。但在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。 方案二： 在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。新的一线器件DS18B20 体积更小、适用电压更宽、更经济。DS18B20 可以程序设定9～12 位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后