《基于单片机的温度控制系统设计和实现--大学毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的温度控制系统设计和实现--大学毕业论文（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中文摘要 本设计主要从硬件和部分软件介绍了MCS-51单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以8051单片机为核心，由温度检测电路，模、数转换电路，过零检测电路, 报警指示电路，光电隔离与功率放大电路，等。但用AT89C51单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行实时采集与检测。本设计介绍的单片机自动控制系统的主要内容包括：系统方案、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、部分软件设计及主要技术性
2、能参数。关键词：单片机；温度传感器；温度检测；温度控制；PID算法Title: Based on Monolithic Integrated Circuits Temperature Control Systems Design ABSTRACTThe design of single-chips temperature control system is introduced from hardware and some software,and simply explains how to actualize the temperature control.The hardware pri
3、nciple and software case fig are described.Some important techniques in a design scheme of the hardware and the software of the temperature control by single-chip microcomputer are introduced.The system mostly takes 8051 single-chip microcomputer as core,it is structured by temperature testing circu
4、it,A/Dswitch circuit,zero passage testing circuit,waring and indication circuit,optical-electrical isolation and power amplifier circuit and so on. The main content of this design is temperature testing circuit that uses AT89C51 sigle-chip microcomputer.It is a part of the whole design that cannot b
5、e lacked.The system is used to collect and control temperature in real time.The temperature automatic control system based on single-chip microcomputer is described in the article including system scheme, parts of an apparatus choice,theoretical analysis,the design of hardware and some software, and
6、 main technical performance parameters.KeyWords: Single-ChipMicrocomputer; Temperaturesensor; Temperature collecting; Temperature controlling; PID algorithm1 引言1、1绪论随着世界人口的不断增加和社会的不断发展进步，人们对农产品的要求从数量上和质量上都不断提高，尤其是新鲜蔬菜、观赏植物等需温室培育的植物更是如此。这就要求人为创造更加适合作物生长的环境。其中温室环境因子的调控占有很重要的地位。温室是一个相对较小的封闭环境，这个小环境的自调节
7、能力有限，经常会出现一个或多个环境因子超过作物的最适限制，影响了温室作物的生长和栽培效益。现代温室环境工程是指调节、控制温室内影响植物生长的环境因子的工程技术，可调控的环境因子包括温室内的空气温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、土壤的水分、酸碱度、养份等。随着电子技术和轻工业技术的不断发展，利用廉价的单片机并综合现代传感器技术、智能控制技术等先进技术来实现全自动化的温室控制，进行蔬菜、花卉等作物的工厂化生产已经成为可能。1、2课题的应用与展望随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术取得了迅速的发展，在高级程度，高速度，低性能以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的
8、飞跃，我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时检测和控制。温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足轻重的作用，因此，温度控制系统是典型的控制系统。对于不同场所、不同工艺、所需温度的高低，范围不同、精度不同，则采用的测量元件、测量方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度不同，因而，对温度的测量方法也是多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的
9、技术，也伴随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。目前，单片机以普遍的作用与生产过程的制动控制领域中，单片机以其体积小、价格低廉、可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元和可靠性高等特点，受到广大工程技术人员的重视。温度是生产过程中最常见的物理量，许多生产过程是以温度作为其被参控的。因此，温度控制系统是典型的控制系统。1、3课题举例简介占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、机械制造设计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监测和控制。采用
10、MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组太简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的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。下面介绍一种功能简化后的温度控制系统的设计过程。假设某加热道采用通电电炉产生的热量为热源，并通过风机箱散热给烘箱对温室进行循环加热。电炉的温度变化范围为0120。根据工业的要求，系统需实现如下功能和指标：（1）、温度给定值在2540左右且现场可调；（2）、温度控制误差=2；（3）、实时显示温度值，保留1为小数；（4）、温度超过给定值5时声光报警；（5）、控制参数可在线修改。2 总体
11、设计方案根据功能和指标要求，本系统可以从元件开始设计，选用MCS-51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对烘箱温度的测量和控制。2、1系统结构该系统以89C51单片机为核心，由温度测量变换、测量放大、大功率运放、A/D与D/A转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘显示、存储器共同组成。在系统中，温度和时间的设置、温度值及误差显示、控制参数的设置、运行、暂停复位等功能由键盘及显示电路完成。图2-1 单片机机构示意图传感器把测量的烘箱温度转换成弱电压信号，经过信号放大电路，送入低通滤波电路，以消除噪音和干扰，滤波后的信号输入到A/D转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机（单片机
12、0831）。2、2具体设计考虑1、由于温度测量范围为0120，控制精度也不高，可选用8路8位ADC0809作A/D转换器，分辨率可达0.5；为了方便操作，系统可不扩展专用键盘，温度给定输入可用2位BCD码拨盘开关置数；温度显示可用4位LED显示器。为了实现通过调节电流量控温，可扩展8位DAC0832作D/A转换器。于是，单片机基本系统应为：8031+2764+8255+ADC0809+DAC0832+4位LED。2、温度测量可选用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输
13、数字信号，便于单片机处理及控制。执行机构可选用ZKZP-II型线性电动单座调节控制，0毫安対应阀门完全关闭，10毫安対应阀门完全打开。3、可采用带死去的比例积分控制算法实现对温度的控制。烘箱温度与给定的偏差小时，调节阀不动作，以减少阀的机械磨损；偏差较大时，经比例积分算法后，单片机通过D/A输出控制信号控制阀门的开度，为了使控制参数现场可调，可采用3个电位器产生3路可调电压经过A/D转换实现对A/D安，实现比例积分算法的3个参数（比例系数KP、积分系数KT、控制周期TC）在线整定、这种方法不仅可使参数调节方便，而且具有掉电保护功能。4、为了提高系统的抗干扰能力，D/A转换器与单片机之间惊醒光电
14、隔离，使电动阀和单片机之间不共地。3 元器件介绍3、1 温度传感器DS18B203、1、1 概述DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围2535，可编程为912位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三
15、根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上，在本系统中我采用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。图3-1温度芯片DS18B203、1、2 工作原理温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值
16、，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。PC机加热器继电器2DS18B20 温度芯片数据传输键盘电路MAX232电平转换芯片 片
