基于单片机的温度控制系统课设报告.doc

基于单片机的温度控制系统 摘要：该实验设计基于飞思卡尔MC9S12DG128开发板平台，根据实验任务要求，完成了水温自动控制系统的设计，该系统的温度给定值可由人工通过键盘进行设定，测量温度经过A/D转换由数码管显示，通过PID控制算法对温度进行调节，使温度输出值在给定值上下波动，控制该系统的静态误差为1℃，用LED灯模拟加热强度，并用串口将输出的水温随时间的变化数值发到PC机上。 关键字：飞思卡尔 单片机 水温控制 MC9S12DG128 设计题目与设计任务 要求：1温度连续可调范围是30-150摄氏度；2 超调量；3.温度误差；4尝试使用能预估大滞后的方法，如史密斯预估，或大林算法；也可用PID及改进算法。 内容：1．根据题目的技术要求，画出系统组成的原理框图；2. 给出系统硬件电路图；3．确定温度控制方案；4. 给出控制方法及控制程序；5．整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 。 2、前言： 随着电子技术和计算机的迅速发展，计算机测量控制技术拥有操作简单、控制灵活、使用便捷以及性价比较高的优点，从而得到了广泛的应用。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可以实现对数字信息的处理和控制，因此，单片机广泛应用于现代工业控制中。利用单片机对温度测量控制会大大提高系统的可靠性和准确性。 该设计实验是在实验室完成，实验任务是设计制作一个水温自动控制系统，控制对象为1L净水，容器为搪瓷器皿。水温由人工通过4*4的键盘设定，并能在环境温度改变时实现对水温的自动控制，采用PWM技术控制电阻丝的加热，加热强度由8个LED小灯模拟，以保持设定的温度基本不变，测量温度经过A/D转换在4位数码管上显示（保留一位小数），并将温度每秒钟向计算机发送一次。 一、系统设计的功能 该系统的闭环控制系统框图如图1.1所示。 单片机对温度的测量控制是基于传感器、A/D转换器以及扩展接口和执行机构来进行的。在闭环过程控制系统中，过程的实时参数由传感器和A/D转换器来进行实时采集，并由单片机自动记录、处理并控制执行机构来进行调节和控制。 1.电源电路：提供HCS12MCU的芯片内部电压，I/O端口和外部供电电压。 2.复位电路：响应各种外部或侦测到的内部系统故障时进行系统复位。 3.晶振电路：产生总线时钟。 4.BDM接口电路：背景调试模式（BDM）是由Freescal半导体公司自定义的片上调试规范 [1] 。 5.键盘：用于设定温度。 6.数码管：显示模拟的外界环境温度值。 7.Pt100：热电阻传感器，检测温度。 8.SSR：过零导通继电器，通过继电器的闭合断开对电阻丝进行加热或是不叫热。 二、硬件设计原理及内容 本系统软件设计包括两个部分：管理程序和控制程序。管理程序包括LED显示动态刷新、控制指示灯、处理键盘的扫描和响应、执行中断服务操作等等。控制程序包括A/D转换、数据采样、数字处理、PID计算等等。 单片机： 单片机是整个控制系统的核心，在此我们用MC9S12DG128可以提供系统控制所需要的I/0口、中断、定时以及存放中间结果的RAM电路。 电源电路：电路图如图2.2所示。 电源电路部分的C21和C22构成的滤波电路，可以改善系统的电磁兼容性，降低电源波动对系统的影响，增强电路工作的稳定性。 复位电路：电路图如图2.3所示。 正常工作时，复位引脚通过4.7k电阻接到电源征集，所以应为高电平。若按下复位按钮RST1,则复位引脚为低电平，芯片复位。 晶振电路：电路图如图2.4所示。 键盘设置电路：电路图如图2.5所示。 用4*4键盘设计温度输入，如上图所示，4条行线分别接P口的PP7～PP4，4条列线分别接P口的PP0～PP3，用扫描法获取键值，例如识别“1”键，编程时将PP0～PP3定义为输入并有上拉电阻，PP4～PP7定义为输出，那么当键按下时对应键同理2键对应的键…编程实现当图中A键按下时，进入温度设定状态，设定完成后，按下B键，确定设定温度[2]。 数码管显示电路：电路图如图2.6所示。 数码管的a、b、c、d、e、f、g、DP分别接A口的PA0～PA7,上图中的3引脚作为片选线号引脚，外加驱动电路，驱动电路的输入接T口的PT0～PT3,七段式数码管，每一段相当于一个二极管，当PT0为高电平时，三极管导通，DS3为低电平，即被选中，此时判断A口状态，为低电平的那一段亮，高电平的段不亮，例如PORTA数码管显示0[3]。 温度检测电路：电路如图2.7所示。 Pt100与前置放大电路组成温度检测电路，Pt100作为温度传感器，测温范围主要在中低温区（-200～630