温度控制系统的设计

《温度控制系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度控制系统的设计（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、本科毕业设计200题目温度测控系统的设计一温度采集模块学院物理与电子工程学院专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名指导教师完成日期2008年4月温度控制系统的设计-温度采集模块Design of Temperature Control System-Temperature Acquisition Module学生姓名：Student:指导教师：Advisor: Lecturer Zhou Muxun台州学院物理与电子工程学院School of Physics & Electronic EngineeringTaizhou UniversityTaizhou, Zhejiang, China20

2、08年4月April 2008摘要温度测控系统设计以AT89C51单片机作为其主控制芯片，可以完成 A/D转换，数据处理，液晶显示等功能。对构成系统的各相关模块的技 术和功能进行论述，全面地分析了系统的工作原理以及注意事项。系统 中增加了温度采集测量电路，提高了测量的精度和保持了温度的线性。 设计中的温度控制策略采用PID控制，大大地提高了系统的控制精度， 很好地达到了设计要求。关键词温度；控制系统；单片机；液晶显示AbstractTemperature measurement and control system designed to AT89C51 MCU as its main con

3、trol chip. It can complete A/D conversion, data processing, LCD functions. In this paper the technical and functional of all the system relevant modules are discussed, the working principle of the system is analyzed comprehensive, as well as attention to the matter. System Acquisition increased temp

4、erature measurement circuit, which improves the measurements accuracy and to maintain the temperatDesigH nethe temperature control strategy using PID control, the system will greatly improve the control precision and reach the design requirements very well.Key wordsTemperature; Control System; MCU;

5、Liquid Crystal Display目 录1. 引言12. 设计方案思路23. 温度测控系统的硬件设计23.1芯片介绍23.1.1 AT89C51 单片机23.1.2 ADC0809 转换器33.1.3 AD590温度传感器33.2温度控制系统的硬件设计43.2.1 键盘设置电路53.2.2 ADC0809 和 AT89C51 的接 口电路53.2.3 AD590和采集电路和驱动电路63.2.4液晶显示模块74. 温度测控系统的软件实现84.1 主程序设计84.2 键盘设置子程序104.3 AD转换子程序114.4 液晶显示子程序 124.5 PID控制模块125. 调试145.1 液

6、晶显示的调试145.2 AD590测温电路的调试145.3 主电路的调试 146. 结论15参考文献16谢辞 17附件181.引言近年来，单片微型计算机以其强大的生命力飞速发展，在工业控制、智能仪器仪 表、智能化设备和家用电器等领域得到了广泛的应用，因而引起了各行各业的极大关 注，有着广阔的发展前景。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高 和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微 波炉等专用控制上，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面1。而在 单片机的一个重要的领域，就有一种基于单片机的温度控制系统。随着工业的不断发 展，对温度测量的要

7、求越来越高，测量的范围也越来越广，对温度的控制技术的要求 也进一步加强。因此，温度控制技术研究也是一个重要的研究课题。温度测控系统是一个闭环反馈控制系统，它是用温度传感器将检测到的实际温度 A/D转换，送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差进行修正，从而 实现对温度的控制。温度测控系统在现实生产、生活中有着广泛的应用，如仓库存 储、家禽养殖以及许多工业生产，都需要对环境温度进行监视和控制。有一种采用模糊控制来设计温控系统囹，模糊控制技术是基于模糊集合理论发展 起来的一门前沿高新技术，具有精度高，响应快，过度过程超调量小适应性强，控制 规律简单等特点，应用日益广泛。在国外，一种电子温

8、度控制系统专门运用于管道上的混合阀控制，对于它的环 增益控制单位至少大约要和混合阀的瞬时斜坡特性曲线成反比，而斜坡特性曲线是由 阀门的开放的瞬时值，以及冷和热的补给温度和混合温度决定的，其控制精度要求很 高，而且决定因素很多，可见该电子温度控制系统的要求多高。另一种的温度控制系 统是在其中加入中心恒温器6，用于对电加热和电冷却设备进行控制，使设备在一定 区域内，保持一定范围内的温度，这种温控系统的恒温器非常多元化，它通过区域内 的电力导体与控制器联系，通讯，然后根据温度状况改变恒温器的设定值。目前大多数温度控制系统都具有温度时延、控制精度不够、智能程度低等缺点， 而单片机温控系统可以很好的运用

9、于实际的生活和生产中，同时投入也不大，成本低， 具有很好的实际运用价值，所以对于温度控制系统的研究单片机温控系统是个很好的 典范，也是主要的发展方向，同时加入一些先进的控制整定技术可以使其控制的精度 大大提高，对未来的发展有很大的意义。2. 设计方案思路温度测控系统设计的基本思路是采用一个控制芯片，将采集进来的信号，进行放 大，调幅，滤波，最后通过A/D转换后，输入到控制芯片中，通过程序将各个模块 连接起来，实现整套系统的功能。可见，控制芯片的选择最重要。文献9提出了以PLC作为控制器的加热炉温度控 制系统设计方案，实现了加热炉电阻丝两端的电压和加热炉温度的控制。PLC具有抗 干扰强，稳定性高

10、，可靠性好等特点，但是其控制精度不高，且成本较高，不容易进 行试验，实用性不强。而单片机相比PLC有成本低，功耗低，功能强等优势，方便 进行试验和研究，课题采用单片机作为控制芯片。测量温度有很多传感器。如热电偶的测温范围广，但灵敏度较低；热敏电阻灵敏 度高，但工作温度范围较窄。而集成温度传感器利用了半导体PN结电流电压特性和 温度的相关性，与热电偶、热敏电阻相比，具有输出线性好，测温精度较高的优点。 课题采用AD590作为温度传感器。A/D转换芯片的选择ADC0809，该芯片带有8位A/D转换器、8路多路开关以 及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，可以与单片机直接接口。最后整体方案是用 A

11、D590采集温度，经过采集电路放大，滤波之后，通过 ADC0809转换，输入单片机AT89C51，经过程序处理最后直观的呈现在液晶上。3. 温度测控系统的硬件设计3.1芯片介绍3.1.1 AT89C51 单片机Atmel公司的AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4kB快闪可编程/擦除 只读存储器(FPER-OM)的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储器技术 制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容10。AT89C51具有40管脚，有P0，P1，P2，P3四个主要I/O口，每个口都分为八位， 其中以P3口功能最强大，是单片机的主要功能口，AT89C51的引脚图如图1所示：FL

12、 口 Fl. 1 Pl. 2 PIB 3 P i . 4 P J B 5 P I. ti PI. 7 RST Rxm p & u CTXO5I P 3- 1 fTWTth ? 3. 2 P3, 3 4 (7 1 P，. 5 (W PJL 缶 (inVP& T KTAL2 OAL1 必；9VCCP0_ 眼pn.1/ cmpo.mm P0_ 3/PEL 本/PO_ S7AIO* p”. 6/ rmm PD. t/VPPA.LE/Pff P2- 6/(Al4 FL 5/ (Al 孙 P2. + P2, M/ (Al h2w i / (A-y 】 F2. E 而)图1 AT89C51的引脚图3.1.2

13、 ADC0809 转换器ADC0809是一种8位逐次逼近型A/D转换器，带8个模拟量输入通道，芯片内有通道地址译码锁存器，有输出三态数据锁存器，启动信号为脉冲启动方式，每个通道的 转换大约为100四S，可以与单片机直接接口。ADC0809的引脚图如图2所示:IN3IN2IN4INIIN.5INO1NGAIN7BSTCKOCALE1X5切OEECLKD5vccT1VREJF +DOND VREF-DID21314126T10 11 T120 19 Tr 1715ZS27枣2?24232221图2 ADC0809的引脚图ADC0809可处理8路模拟量输入，有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也

14、可单独工作。多路开关可选通8个模拟通道IN0IN7,允许8路模拟量分时输入，共 用 A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。3.1.3 AD590温度传感器AD590是美国AD公司研制的一种电流式集成温度传感器11。其直流工作电压为 +4V到+30V，当电源电压由5V向10V变化时，其电流变化仅为0.2pAZ V，最佳使用温度范围-55C+150C，在此测温范围内，测量误差为0.5C，测量分辨率为0.1C。AD590的主要特性：(1) 具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性12。(2)

15、仅需+4V到+30V的直流工作电压，不需要传送器、滤波器和线性化电路等。(3) 具有优良的干扰抑制比，只需很小的功率(115mW)。(4) 电源电压漂移和波纹不敏感。(5) 电气上耐用，可承受+44 V正向电压，+20V反向电压，不必担心管脚接错。AD590管脚排列如图3所示：图3 AD590管脚排列3.2温度控制系统的硬件设计总体框图如图4所示，以单片机系统为核心，通过温度传感器AD590将温度信 号转换为电流信号，放大后，经A/D转换器ADC0809将送进来的模拟信号转换成数 字信号后送到单片机处理，并将采集的温度值与键盘设定的温度值进行比较，通过内 部的程序处理，将最后的结果显示在液晶上。图4 系统总体框图主要模块：AD590采集测温模块，ADC0809和AT89C51的A/D转换和主控制 模块