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1、 毕业设计温度自动控制系统的设计内容摘要利用单片机技术、温度检测技术、温度控制技术等知识设计一个基于凌阳单片机控制的温度自动控制箱。系统采用温度采集装置DS18B20来检测盒内温度，采用驱动芯片L298N控制制冷片的运作，以凌阳SPCE061A单片机作为系统主控芯片，分析处理相关数据，并借用PID算法精确调整温度控制技术，单片机通过对测得的温度与要求的温度进行比较分析，然后驱动制冷片，调节盒内温度。用按键显示模块进行人机交互。本系统硬件配置合理，控制方案优化，实现了温度控制的全部功能，能精确测量温度，对温度控制量可以通过键盘在一定范围内任意设定。关键词单片机；制冷片；温度自动控制；驱动芯片AB
2、STRACTUsing single-chip microcomputer, temperature detection technology, temperature control technology to design an automatic temperature control box based on single-chip microcomputer control temperature gathering devices DS18B20 is used to detect temperature of box in this system, drive chip L298
3、N is used to control operation of refrigeration plate , LingYang singlechip SPCE061A is used as microprocessor control system to analyze and deal with data, while using PID algorithm precisely adjust control technology of temperature, using key display module to realize human-machine interaction.sin
4、gle chip adjust temperature inside the box by driving refrigeration plate after comparing temperature of measurement and requirement.The hardware configuration and control scheme of this system is reasonable,realizing the temperature control function fully with the ability of setting numerical value
5、 arbitrarily in certain limit by using keyboard.KEY WORDSSinglechip;Refrigeration Plate;Thermostatic Control;Driving Chip目 录1 绪论11.1 设计目的11.2 课题的研究现状和发展趋势11.2.1 课题的研究现状11.2.2 发展趋势41.3 设计要求51.4 设计方法61.5 设计内容72 模糊PID的控制原理82.1 PID控制技术82.2 模糊控制原理92.3 模糊PID控制的基本原理分析93 系统总体设计123.1 系统方案比较与选择123.1.1 控制模块123
6、.1.2 温度检测模块123.1.3 制冷片模块133.1.4 制冷片驱动模块143.1.5 显示模块方案比较与论证143.1.6 电源模块方案比较与论证143.1.7 系统最终方案153.2 系统总体设计153.2.1 总体结构框图153.2.2 系统实现方法163.3 控制方法163.3.1 温度控制163.3.2 模糊PID控制164 硬件电路的设计174.1 主控模块的电路设计174.1.1 芯片介绍174.1.2 主控电路设计及端口分配194.2 制冷片驱动电路设计与实现204.3 键盘显示电路设计与实现214.4 温度检测电路设计与实现224.5 故障排除225 软件设计235.1
7、 主程序说明及流程图235.2 温度检测设计及流程图235.3 制冷片驱动设计及流程图245.4 键盘显示程序设计及流程图256 系统测试266.1 测试仪器266.2 测试方法、步骤及注意事项266.3 测试结果267 结束语27参考文献28致 谢30附录A31附录C33附录D34附录E35附录F36附录G37II温度自动控制系统的设计1 绪论1.1 设计目的本设计利用单片机技术、温度检测技术、温度控制技术等知识制作一个基于凌阳单片机控制的温度自动控制箱，单片机通过对测得的温度与要求的温度进行比较分析，然后驱动制冷片，调节盒内温度。其涉及的知识面较广，涵盖了电子、机械、通信、软件学等领域。通
8、过本次设计掌握一般自动控制系统的硬件（如电机驱动电路、放大比较电路、抗干扰电路），软件（如C语言、汇编语言），的设计原理及实现方法，能提高对系统设计的总体调试和整体把握能力，熟悉系统的开发安装调试过程，为今后的工作打下基础。1.2 课题的研究现状和发展趋势1.2.1 课题的研究现状在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。
9、传感器主要大体经过了三个发展阶段：模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好
10、的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；智能温度传感器。能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。近
11、年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展。工业生产中的电流、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。其中的温度量已成为工业对象控制中一种重要的参数，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。特别是在冶金、化工、机械、电气等各类工业中使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉。采用 MCS-51 单片机为核心的温度调节系统来对温度进行控制，广泛应用于社会生活的各个领域，是用途很广的一类工业控制系统。这类系统不仅具有控制方便、组态简单、灵活性大、成本降低，质量有保证和提高系统的可靠性等优点，而且可以大幅度提高
12、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。 随着时代的进步，控制技术也在不断地发展。尤其是计算机的更新换代，更加推动了控制理论不断地向前发展。控制理论的发展一般可分为三个阶段: 第一阶段时间为20 世纪40-60 年代，称为“古典控制理论”时期。古典控制理论主要是解决单输入单输出问题。主要采用传递函数，频率特性，根轨迹为基础的频域分析法。所研究的系统多半是线性定常系统，对非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不超过两个变量，古典控制理论能够较好的解决生产过程中的单输入单输出问题。 这一时期的主要代表人物有伯德(H. W.
13、Bode)和伊文思(W.R.Evans)。伯德于1945 年提出了简便而实用的伯德图法。1948 年伊文思提出了直观而又形象的根轨迹法。 第二阶段时间为本世纪60-70 年代，称为“现代控制理论”时期。这个时期，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展，古典控制理论中的高阶常微分方程可转化为一阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即所谓状态空间法。这种方法可以解决多输入多输出问题。系统可以是线性的，定常的，也可以是非线性的，时变的。这一时期的主要代表有庞特里亚金，贝尔曼及卡尔曼等人。庞特里亚金于 1961 年提出了极大值原理;贝尔曼在1957 年提出了动态规划；1959 年，卡尔曼和布西发表
14、了关于线性滤波器和估计器的论文，即著名的卡尔曼滤波。 第三阶段时间为本世纪70 年代末至今，70 年代末，控制理论向着“大系统理论” 和“智能控制”方向发展。前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。“大系统理论”使用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方案，总体设计中的分解方法和协调等问题的技术基础理论。而“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制其具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。 回顾控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类有机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能自动化时代。 温度调节系统是以温度为主要的控制
15、变量。系统主要时通过温度传感器对工业现场的温度变化引起的其他物理量变化进行测量，然后通过电路转化成数字量转送到单片机中。在单片机对温度数据进行处理之后，根据用户的设定对加热电路或制冷电路进行控制，从而达到控制调节温度的目的。 大部分温度调节系统采用典型的负反馈式温度控制系统，其中数字控制器的功能由微型机算机实现。国外温度调节系统自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度调节系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国温度自动控制器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外温度自动控制器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器数字控制器，测量与变送装置以及执行器等，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：1、适应
