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1、64点温度监测与控制系统的设计摘要： 单片机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MSP430系列单片机2274、MC14433、AD590等芯片组成的温度检测电路,模/数转换电路,键盘/LCD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
2、度大大改善了炉温控制的自动化程度,具有较高的实用价值。关键词： MSP430单片机 PID算法 温度采样 温度控制 Abstract The 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 analog, can not exchange i
3、nformation 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. So it is very important
4、for research of single chip temperature control.This article mainly introduced 8031 of series MSP-430、ADC10、MC14433、AD590、controllable silicon, which composed temperature measurement and control circuit、A/D transfer circuit、keyboard/LED display、signal magnifying circuit alarming circuit; Some import
5、ant 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, improves the automatic de
6、gree of furnace temperature and higher practice valueKey words: Single-chip Microcomputer, PID algorithm, Temperature sampling, Temperature controlKey word MSP-430 SINGLE-CHIP TEMPERATURE CONTROL SYSTEM目 录引 言3第一章 绪论41. 1 选题背景4第二章 方案的比较和论证52. 1 温度传感器的选择62. 2 信号采集通道的选择6第三章 系统总体设计731 信号采集83.1.1 温度传感器83
7、.1.3 多路开关1232 信号分析与处理133.2.1 A/D转换133. 3 显示与报警的设计17 3.3.1 显示电路17 3.3.2 报警电路173.4 MSP430 单片机的发展183.4.1 MSP430 单片机的特点193.4.2 MSP430 系列与 89C 51 系列的比较213.4.3 MSP430 系列的内部结构概述223.5 PID控制设计183.5.1 PID控制的基本原理 193.4.2 PID控制的算法213.5.3 PID控制的技术指标 193.4.4 PID控制的应用21第四章 软件设计254.1.1 主程序流程图：264.1.2 T0中断流程图：274.1.
8、3 报警子程序流程图：284.1.4 温度采样子程序流程图：294.1.5 键扫描程序流程图：30结束语31致谢32参考文献32附录33引 言 64点温度监测与控制系统针对室温环境下的温度监控，如大型机组的轴温，大型变压器油温，化学反应过程，环境测试等。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和控制。采用MSP430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
9、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。本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。第一章 绪论1. 1 选题背景单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。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
10、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和控制。采用MSP430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。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。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生
11、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。第二章 方案的比较和论证当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号懂得输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业
12、生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2. 1 温度传感器的选择 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200650，百度电阻比W（100）=1
13、.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002 |t|），B级为（0.3+0.005 |t|）。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。 方案二：采用AD590，它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，借口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰
14、能力。AD590的测量信号可远传百余米。综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于温度传感器的选择。2. 2 信号采集通道的选择 在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。方案一、采用多路并行模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：（1） 可以根据各输入量测量的饿要求选择不同性能档次的器件。总体成本可以作得较低。（2） 硬件复杂，故障率高。（3） 软件简单，各通道可以独立编程。方案二、采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：（1） 对ADC要求高。（2） 处理速度慢。（3） 硬件简单，成本低。（4） 软件比较复杂。 综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。图2-1多路并行模拟量输入通道图2-2多路分时的模拟量输入通道第三章 系统总体设计本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以MSP430基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。MSP430单片机LCD显示C
