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1、序号（学号）：序号（学号）：长春大学光华学院长春大学光华学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）姓姓 名名魏明岩系系 别别专专 业业班班 级级指导教师指导教师马春龙年月日长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 1 页目 录摘摘 要要1第一章前言第一章前言31.1 课题背景与意义31.2 温度控制系统的应用31.3 毕业设计任务4第二章系统方案第二章系统方案52.1 水温控制系统设计任务和要求52.2 水温控制系统部分52.3 控制方式7第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计83.1 总体设计框图及说明83.2 外部电路设计83.3 单片机系统电路设计9第四章系统软件设计与调试第
2、四章系统软件设计与调试134.1 程序框架结构134.2 程序流程图及部分程序134.3 系统安装调试与测试17第五章结第五章结 论论18致谢致谢19参考文献参考文献20附件附件 1 1（程序代码）（程序代码）20附件附件 2 2（电路原理图）（电路原理图）27长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 1 页 装 订 线 基于单片机的水温控制系统【摘要】温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中， 由于受到温度被控对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的 影响，使得控制性能难以提高，有些工艺过程其温度控制的好坏 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
3、值的。为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍 了一种以Atmel公司的低功耗高性能CMOS单片机为核心，以PID算 法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现的水温控制系 统，其硬件电路还包括温度采集、温度控制、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，并能根 据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。【关键词】单片机 AT89C51；温度控制；温度传感器 PT1000；PID 调节算法长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 2 页 装 订 线 TheThe summary:summary:Temperature is the main contro
4、l of industrial control of parameters, In temperature control, due to temperature controlled object properties (such as inertia big, big, lagging effect of nonlinear, etc.), to improve performance, some process temperature control of its direct impact on the quality of the product, and designed a ki
5、nd of ideal temperature control system is a very valuable. In order to realize high precision temperature measurement and control, this paper introduces a meter taking Atmel company low-power high-performance CMOS chip as the core, and the PID control algorithm with PID parameters combination of con
6、trol method to realize the temperature control system, the hardware circuit including temperature, temperature control, temperature gathering, keyboard input and RS232 interface circuits, etc. The system can realize the measurement for temperature, and can according to value of temperature adjustmen
7、t, and realize the objective temperature control.Keywords: AT89C51 microcontroller, Temperature control, PT1000 temperature sensor, PID algorithm长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 3 页 装 订 线 第一章第一章 前前 言言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，人们都需要对各类加热
8、炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温 度进行检测和控制。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。 目前，温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛， 但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国 外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。 现在，我国在这方面总体技术水平处于 20 世纪 80 年代中后期水 平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它 只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控 制，而且适应于较高
9、控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技 术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。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 们对电子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、可靠性高、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 温度控制系统的应用盐浴炉温度控制系统利用 S 型铂铑-铑热电偶检测温度，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，采用分段查表法获取各点温度。选用可控 硅过零触发自动控制盐浴炉温度，控制周期为 100 个三相交流市 电周期，
10、即 2s。由单片机控制可按预设温度曲线进行加热，并可长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 4 页 装 订 线 实时显示加温曲线。大型粮库采用主机为 PC 上位机，从机为 68HC08GP32 为主控芯片的分机（下位机） 。下位机采用 DALLAS 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 跟电缆，每根电缆上可并联几十个点。分机利用了 68HC08GP32 的片内 FLASH 功能，实现了 DS1820 的序列号在 68HC08GP32 中的 动态存取，从而节省了大量存储器。温度数据保存在 68H
11、C08GP32 的片内 RAM 里并且利用了充分利用了 68HC08GP32 的片内的 A/D 实现了湿度数据的测量。有的还用 PLC 来控制总之温度控制系统 的控制方式是多种多样的。1.3 课程设计任务本文主要介绍单片机温度控制系统的设计过程，其中涉及系 统结构设计、元器件的选取和控制算法的选择、程序的调试和系 统参数的整定。以 AT89C51 为 CPU，温度信号由 PT1000 和电压放 大电路提供。电压放大电路用超低温漂移高精度运算放大器 OP07 将温度-电压信号进行放大，用单片机控制 SSR 固态继电器的通 断时间以控制水温，系统控制对象为 1 升净水，容器为搪瓷器皿。 水温可以在
12、环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基 本不变，具有较好的快速性与较小的超调。长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 5 页 装 订 线 第二章第二章 系统方案系统方案2.1 水温控制系统设计任务和要求设计一个水温自动控制系统，控制对象为 1 升净水，水温可以在一定范围内由人工设定，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，系统设计具体要求：温度设定范围为 40，目标温度的5； 加热棒功率 2KW，控制器为继电器；用十进制数码管显示水的实际温度。2.2 水温控制系统部分水温控制系统是一个过程控制系统，组成框图如图 1 所示，由控制器、执行器、被控对象其反馈作
13、用的测量变送组成。测量变送试通过温度传感器Pt1000 来传送的。控制器是通过单片机来完成。图 1 控制系统框图2.2.1 CPU 中央处理器长春大学光华学院 基于单片机水温控制系统的设计第 6 页 装 订 线 方案一：采用 8031 作为控制核心，使用最为普遍的器件 ADC0804 作模数转换，控制上使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，增加了电路的复杂性。方案二：此方案采用 8951 单片机实现，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。进行数据转换，控制电路部分采用 SSR 固态继电器控制加热棒的通断，此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。 比较两个方案可知，采用 Atmel 单片机来实现本题目，不管是从结构上，还 是从工作量上都占
