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1、 基于单片机的温度控制系统的软件设计摘 要 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本系统的设计以AT89C51单片机为基础，结合温度传感变送器、A/D转换器、LED显示器、固态继电器等，组成一个基于AT89C51单片机的温度控制系统。在此系统中，通过键盘设定给定温度值，同时送LED显示。温度传感变送器获得温度的感应电压，转变成1-5V的标准电压信号，再由A/D转换器转换成数字信号送入单片机内部，同时将采样回来的温度值送LED显示。单片机将给定的温度与测量温
2、度的相比较后，进行史密斯预估补偿运算和PID运算后，得出控制量。执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间，达到控制的温度的目的，使实际的输出温度跟随设定温度。本文详细阐述了基于单片机的温度控制系统的软件设计，简要的介绍了硬件电路及相关的接口电路的设计。并且充分考虑了系统的可靠性,采取了相应的措施予以保证。针对控制对象的特点,在MATLABE的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究,并在单片机系统中实现了控制算法。最后用PROTEUS软件对温度控制系统进行与硬件电路的联调仿真,通过对仿真结论的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的
3、设计的合理性和有效性。 关键词：AT89C51单片机，纯滞后，史密斯预估器The software design of temperature control system based on SCM ABSTRACT Along with the present information technologys swift development, the temperature survey control system in the industry, agricultural and in peoples daily life is playing a more and more impo
4、rtant role, it has the very tremendous influence to peoples life, therefore temperature control systems design and the research have the very vital significance. This systems design take at89C51 monolithic integrated circuit as the foundation, the union temperature sensing transmitting instrument, a
5、/D switch, the LED monitor, the solid state relay and so on, composes one based on AT89C51 monolithic integrated circuits temperature control system. In this system, assigns the temperature value through the keyboard hypothesis, simultaneously delivers the LED demonstration. The temperature sensing
6、transmitting instrument obtains the temperature the induced tension, transforms 1-5V the standard voltage signal, transforms the digital signal by a/D switch to send in again the monolithic integrated circuit, simultaneously the temperature value which comes back the sampling delivers the LED demons
7、tration. The monolithic integrated circuit will assign after the temperature and the survey temperature compare, carries on Smith to estimate after compensation operation and PID operation, obtains the control quantity. The actuator holds the post by the turn-on frequency high solid state relay swit
8、ch, uses the simulation the PWM control method, the change identical cycle neutron switchs closing time, achieves the control the temperature goal, causes the actual output temperature followed hypothesis temperature. . This article elaborated in detail based on monolithic integrated circuits temper
9、ature control systems software design, brief introduction hardware circuit and related interface circuits design. And had considered fully systems reliability, took the corresponding measure to guarantee. In view of controlled members characteristic, the control algorithm has conducted the simulatio
10、n research in the MATLABE foundation to the system, and has realized the control algorithm in the monolithic integrated circuit system. Finally uses the PROTEUS software to carry on to the temperature control system with hardware circuits jointing shake down testing simulation, through to the simula
11、tion conclusions analysis indicated this article states based on monolithic integrated circuits temperature control systems design rationality and validity. KEY WORDS：AT89C51 single chip, pure hysteresis, Smith predictor 目 录前 言3第一章绪论41.1本设计的目的与意义41.2国内外研究现状41.3课题的主要研究内容及指标5第二章 温度控制系统的总体方案设计62.1 设计的任
12、务62.2 设计的总体方案6 2.2.1设计要求62.2.2系统结构的设计72.2.3 总体设计方案7第3章 温度控制系统的控制器设计83.1 控制对象的数学模型83.2 系统的稳定性分析93.3 史密斯（smith）预估控制103.4 PID调节器的设计123.4.1 PID概述12 3.4.2 PID增量式的实现123.3.3 PID调节器参数对系统性能的影响143.4.4 温度控制系统中PID调节器参数选定153.5 纯滞后对象的控制算法大林算法163.6 带smith预估器PID数字控制器183.7 温度控制系统的MATLAB/SIMULINK仿真20第4章 温度控制系统的硬件电路的设
13、计22第5章 温度控制系统的软件设计235.1 软件设计的说明235.2程序流程图265.3 软件清单29致 谢46 前 言温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。如在钢铁冶炼过程中要对出炉的钢铁进行热处理，才能达到所要求的性能指标，塑料的定型过程中也要保持一定的温度。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚
14、至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。采用单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、结构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，从而能够大大提高工业生产中产品的质量和数量。因此，单机机对温度的控制在工业生产中是经常会遇到的
15、。本次设计的温度控制系统属于单片机控制大惯性环节的典型应用，通用性很强，在工业过程控制中有着广泛的应用。控制系统中引入单片机，可以充分利用单片机在对采集数据加以分析并根据所得结果作出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。在单片机控制系统中，控制规律是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。第一章 绪论1.1 本设计的目的与意义 在科研、生产以及教学实验过程中常需对温度进行检测和监控。例如,在生物检测中,对显微镜下的载波片需要放置在可调温的恒温板上,并且对于温度的准确度和稳定性均有较高的要求。采用单片机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制,对于提高测量效果等都有重要的作用。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单，精度高，控制效果好等特点，对提高生产效率，促进科技进步等方面具有重要的现实意义温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。由于电子技术的发展，提出
