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1、温度自动控制系统的设计摘 要随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。阐述了以AT89C52单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。主要组成部分：AT89C52单片机、温度传感器、显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。而且设有超温报警程序。测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，大幅提高了被控温度的技术指标。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测与温度控制电
2、路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。关键词： 温度自动控制，AT89C52，DS18B20，PIDABSTRACTWith the development of science and technology, temperature is used to be controlled parameter in industrial production. Controlling controlled parameter by microcontroller has been main trend in todays society. This paper introduce
3、s the design of digital temperature measurement and automatic control system .It consists of AT89C52 microcontroller, temperature sensor, show circuit and temperature control circuit. It is able to display and set temperature in real-time. The purpose is to achieve the control of temperature. Beside
4、s, it has over- temperature alarm program. Tests show that this design not only controls temperature conveniently and simply but also improve the technical indicators of controlled temperature greatly. With as the core of microcontroller, this design achieves the control of temperature. Temperature
5、signal is collected by temperature chip DS18B20 and transmitted to microcontroller in the form of digital signal. This paper introduces the hardware of the system including temperature detection and temperature control circuit. Microcontroller achieves the purpose of temperature control by processin
6、g sign correspondingly.KEY WORDS: automatic temperature control, AT89C52 , DS18B20, PID目 录前 言1第1章系统总体设计21.1系统设计任务与要求21.1.1系统设计任务与要求21.1.2重点研究内容21.1.3实现途径及方法21.2系统总体方案设计3第2章系统硬件各功能模块的设计52.1主控模块的设计52.1.1 AT89C52单片机简介52.1.2 温度传感器的选择62.1.3复位和时钟电路的设计92.1.4 温度采集电路102.2人机接口设计112.2.1键盘的设计112.2.2显示电路的设计11第3章
7、软件设计133.1主程序模块133.2数据采集和显示模块143.3输入模块21第4章 PID控制和参数整定244.1 PID调节器控制原理244.2 PID控制的分类254.3 数字PID参数的整定264.3.1 采样周期选择的原则274.3.2 PID参数对系统性能的影响274.4 PID计算程序29第5章 仿真365.1 PROTEUS软件简介365.2仿真36致 谢38参考文献39附 录40附录1：源程序40附录2：原理图45II 温度自动控制系统的设计前 言温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全
8、生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。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
9、统中，处理机的成本占了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。 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。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，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。第1章 系统总体设计1.1 系统设计任务与要求1.1.1 系统设计
10、任务与要求该温度自动控制系统采用AT89C52单片机为主控芯片，传感器采用数字温度传感器DS18B20，实现对温度的检测和控制。主要技术指标：可检测的范围为-55+125。该温度自动控制系统由温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路，时钟信号电路等构成，并运用PID算法进行温度控制和调整。根据设计任务，详细分析温度自动控制系统的设计需求，并进行软硬件的总体设计。由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出反馈量给温度控制电路，实现升温。显示电路实现现场温度的实时监控。设计人员需完成全部硬件和软件
11、的设计，并利Proteus仿真软件对设计结果进行验证。1.1.2 重点研究内容本设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路，时钟信号电路等，其中硬件设计重点是键盘及显示电路和温度控制电路。软件设计主要完成系统初始化、键盘处理子程序、DS18B20和lcd1602的子程序设计、PID计算子程序等工作。1.1.3 实现途径及方法本系统主要通过资料查找、系统需求分析、系统总体设计，软硬件总体设计、详细的软件与硬件设计、系统仿真与调试、资料整理等步骤来完成。本系统利用Protel软件完成硬件电路设计工作，利用Keil51软件完成系统控制软件的编
12、译调试工作，通过Proteus软件完成所有功能模块的电路仿真。1.2 系统总体方案设计 在这个系统中我们从性能及设计成本考虑,我们选择AT89C52芯片。AT89C52的广泛使用，使单片机的价格大大下降。目前，AT89C52的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而AT89C52的功能实际上远远超过以上芯片。因此，如把AT89C52作为接口芯片使用，在经济上是合算的。在温度传感器的选择上我们采用温度芯片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01000C时，最大线形偏差小于10C。该芯片直接向单片
13、机传输数字信号，便于单片机处理及控制。本制作的最大特点之一就是直接采用温度芯片对温度进行测量，使数据传输和处理简单化。采用温度芯片DS18B20测量温度，体现了作品芯片化的这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。对于温度的调节系统，我们采用的只是简单的升温方法，当温度低于我们设定的最低温度值时，则单片机系统控制加热装置产生热量来提高温度。在这个过程中，我们通过单片机将传感器所测量出来的温度通过LCD1602可以显示出来。这样就能实时显示温度情况。本设计采用
14、了PID控制。在工程实际中，PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术也难以采用，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定时，应用PID控制技术最为方便。 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时问和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修
15、改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。温度自动控制系统原理框图如图1-1所示：44矩阵键盘LCD1602功率驱动加热装置DS18B20AT89C52图1.1 温度自动控制系统原理框图第2章 系统硬件各功能模块的设计2.1 主控模块的设计2.1.1 AT89C52单片机简介 AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系可编程Flash 存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 AT89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停
