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1、本科毕业设计说明书毕业设计说明书MCS-51 单片机温度控制系统 作 者:学 号：学院(系):专 业:指导教师： 评 阅 人： 1 引言31.1 课题研究的目和意义31.2 温度控制系统的国内外现状31.3 温度控制系统方案41.4 论文的主要任务和所做的工作52 单片机温度控制系统总体设计及原理62.1系统的主要功能62.2系统的工作原理62.3 系统的主要技术指标72.4 系统的总体结构73 温度控制系统的硬件设计83.1温度测量放大电路83.1.1 温度传感器的选择及基本工作原理83.1.2 放大电路的设计93.2主要的接口电路103.2.1 模数转换电路103.2.2 键盘接口和数码显
2、示113.2.3程序存储器和并行接口的扩展及报警电路123.2.4 温度控制电路154 温度控制系统的软件设计184.1 主程序设计及中断服务程序设计184.1.1温度控制主程序流程简图184.1.2 中断服务程序设计194.2 温度控制程序子程序214.2.1 键盘扫描和温度显示程序设计214.2.2 炉温采样、数字滤波程序设计234.2.3温度标度转换算法264.3 PID控制算法284.3.1 PID算法基本原理284.3.2 PID算法及子程序305 结论与展望32附录B：键盘/LED接口图34附录C：系统源程序35参 考 文 献44致 谢46MCS-51单片机温度控制系统摘 要单片机
3、在检测和控制系统中得到了广泛的应用，温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量，而温度是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息，采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量在原理上虽然不困难但成本较高，还会遇到其它方面的问题。因此对单片机温度控制系统的研究有重要目的和意义。 本文主要介绍了以MCS-51系列单片机8031、AD574、8155、可控硅、LM311等芯片组成的温度检测电路，模/数转换电路，键盘/LED显示电路,报警电路，信号放大电路；在描述了外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括数据处理软件，PID控制算法。本设计有效的提高了控制系统的实时性和控制精度大大改善了炉温控制的自动化
4、程度，具有较高的实用价值。关键词：单片机，PID算法 ，温度采样，温度控制MCS-51 SINGLE-CHIP TEMPERATURE CONTROL SYSTEMAbstractThe single chip microcomputer is required extensively in measurement and control systems, and the temperature need to be surveyed, controlled and maintained by a system frequently. But the temperature is an ana
5、log, can not exchange information with the single chip directly. In principle, it is not difficult to transform the simulated temperature into the digital quantity, if adopting Proper technique .But gets the electric circuit more complex, the lost is more expensive, and other questions can be met. S
6、o it is very important for research of single chip temperature control.This article mainly introduced 8031 of series MCS-51、ADC0809、8155、LM311、controllable silicon, which composed temperature measurement and control circuit、A/D transfer circuit、keyboard/LED display、signal magnifying circuit alarming
7、 circuit; Some important techniques in a design scheme of the software of the temperature by single-chip Microcomputer are introduced also, such as date processing software, control algorithms software.This system enhances real-time character of control system and control precision effectively, impr
8、oves the automatic degree of furnace temperature and higher practice valueKey words: Single-chip Microcomputer， PID algorithm, Temperature sampling, Temperature control1 引言1.1 课题研究的目和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炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测
9、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。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。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。本论文以上述问题为出发点，设计实现了温度实时测量、显示、控制系统。本设计方案具有较高的测量精度，更加适合对温度精度要求较高的化工生产、电力工程等行业，并希望通过本设计得到举一反三和触类旁通的效果。1.
10、2 温度控制系统的国内外现状通过网上查询、翻阅图书了解到目前国内外市场以单片机为核心的温度控制系统很多，而且方案灵活，且应用面比较广，可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉，在生活当中的应用也比较广泛，如热水器，室温控制，农业中的大棚温度控制。以上出现的温度控制系统产品，根据其系统组成、使用技术、功能特点、技术指标。选出其中具有代表性的几种如下：1 虚拟仪器温室大棚温度测控系统在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度测控系统是一种比较智能，经济的方案，适于大力推广，改系统能够对大棚内的温度进行采集，然后再进行比较，通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析，如果超过温度限制，温度报警系统将进行报
11、警，来通知管理人员大棚内的温度超过限制，大棚内的温控系统出现故障，从而有利于农作物的生长，提高产量。本系统最大的优点是在一台电脑上可以监测到多个大棚内的温度情况，从而进行控制。该系统LabVIEW虚拟仪器编程，通过对前面板的设置来显示温室大棚内的温度，并进行报警，进而对大棚内温度进行控制。该系统有单片机，温度传感器，串口通信，和计算机组成。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等；温度传感器是对大棚内温度进行测量，显示；单片机是对温度传感器进行编程，去读温度传感器的温度值，并把半温度值通过串口通信送入计算机；串口通信作用是把单片机送来的数据送到计算机里，起到传输作用。2 电烤箱温度控
12、制系统该方案采用美国TI公司生产的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F123为核心器件，通过热电偶检测系统温度，用集成温度传感器AD590作为温度测量器件利用该芯片内置的比较器完成高精度AD信号采样，根据温度的变化情况，通过单片机编写闭环算法，从而成功地实现了对温度的测量和自动控制功能。其测温范围较低,大概在0-250之间，具有精度高，相应速度快等特点。3 小型热水锅炉温度控制系统该设计解决了北方冬季分散取暖采用人工定时烧水供热，耗煤量大，浪费人力，温度变化大的问题。设计方案硬件方面采用MCS-51系列8031单片机为核心，扩展程序存储器2732，AD590温度检测元件测量环境温度和
13、供水温度，ADC0809进行模数转换，同向驱动器7407、光电耦合器及9103的功放完成对电机的控制。软件方面建立了供暖系统的控制系统数学模型。本系统硬件电路简单,软件程序易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制,可使居室温度基本恒定,节煤,节电,省人力。1.3 温度控制系统方案结合本设计的要求和技术指标，通过对系统大致程序量的估计和系统工作速度的估计以及I/O口需求量的估计，考虑价格因素。选定8031单片机作为系统的主要控制芯片，外围扩展并行接口8155，程序存储器EPROM2732，12位模数转换器AD574，采用镍铬/镍硅热电偶进行温度检测其测温范围为0-1000，外接指示
14、灯作为报警电路，8031对温度的控制是通过双向可控硅实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。1.4 论文的主要任务和所做的工作本论文主要是完成一种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于一体的单片机温度控制系统的理论设计。包括硬件电路和主要的控制算法。研究的关键问题是：炉温的精确测量；双向可控硅控制的温度控制电路设计；温度控制算法的选择，本设计采用PID控制算法；以及温度标度转换、数字滤波炉温采样等软件设计。根据本设计所要完成的任务本论文完成了如下工作：1介
15、绍了研究和设计的背景和意义，调查并综述了当前温度控系统市场的国内外现状，2 提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案，并阐述了其工作原理。3 完成了硬件电路的设计，它包括温度检测放大传送电路；包含MCS-51系列单片机8031，外围扩展并行接口8155，程序存储扩展2732，模数转换器AD574等芯片的接口电路；通过双向可控硅管实现的温度控制电路;键盘接口和LED显示电路，以及实时报警电路。4 基本完成了软件部分设计，它包括键盘扫描、温度控制显示，炉温采样、数字滤波，数据处理，越限报警处理，PID计算、温度标度转换等的算法。2 单片机温度控制系统总体设计及原理2.1系统的主要功能（1）对炉温的温度检测和升温、恒温控制。（2）显示检测温度值。（3
