基于单片机的 空调机的温度控制系统设计(含完整程序).

空调机的温度控制系统空调机的温度控制系统设计-摘要本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。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：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。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。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。空调机的温度控制对于工业和日常生活等工程都具有广阔的应用前景。本文将传统控制理论与智能控制理论相结合应用于温度控制的实际工程中。首先，设计出系统的硬件构成，然后，从热力学的角度对温度对象的特性做了较深入的分析，从理论上推导出温度对象的常用的一阶带纯滞后的近似数学模型，并给出了数学模型中各参数的含义。在此基拙上，本文分析了现有空调机控制方法的利弊，并针对它们各自的优、缺点，对具有纯滞后特性的温度对象提出一种改进的模糊控制方法。该方法将模糊控制、PID控制结合起来。通过数字仿真表明该方法对空调机温度的控制具有超调小(可达到无超调)、调节时间短、鲁棒性好等优点。在此基拙上，用阶跃信号做激励，辨识出系统的数学模型。本文的最后，通过对实物实验结果可以看出，本文所提出的改进的模糊控制算法对非线性、具纯滞后环节对象的控制是很有效的。温度控制系统的软件采用汇编语言编制，控制算法部分采用C与汇编混合编程。该软件基于Windows20000/xp平台，人机界面友好，易于用户操作。具有在线修改采样时间、控制算法、控制参数、图形显示及数据保存和打印功能。设计的空调机温度控制的精确性，使用方便，功能齐全。关键词:PWM控制 模型辨识 模糊控制 PID控制- AbstractThe thesis studies the Plant of temperature. Firstly，the systeml5 designed and realized. Then the characteristics of temperature of Plant are analyzed inall details from thermodynamics. The approximate mathematics model of temperature plant with one order and dead time is reduced and the meaning of every parameter of this model are expressed, Which is used often and practically in the paper. In addition tot his, we identify the model of the system and the result demonstrated the method is effective for it.Secondly we analyzed advantages and disadvantages of present control method of temperature. One kind of improved Fuzz-Dahlin control method is presented for Temperature Plant with long dead time and non-linearity. The Dahlin control method, The fuzzy control method are combined in this improved method It is demon strated By digital simulation that the improved Fuzzy-Dahlin makes the extra-regulation more small(even zero), the regulation time more short, and the robustness better for the temperature controlled Plant. It is demonstrated by physical experimentation that improved Fuzzy-Dahlin method presented in this Paper is effective for temperature plant with dead time and non-linearity.The control software is compiled with visualc+ and matlab .It's easy to use and friendly to the interface of person and machine on the basis of window2000/xpplatform.There are some functions as modify sample time or modify controller's parameters online, display and copy data of temperature curve, and so on. The control hardware is easy to use and its functions are self contained.Keywords: Intelligent control, model identify, Dahlin control, Fuzzy control, PID control-2-目录摘要IAbstract- 2 -目录- 3 -前言- 4 -1 MCS-51单片机简介- 8 -1.1芯片的引脚描述- 8 -1.2 MSC-51单片机中央处理器- 11 -2 温度控制系统的实现- 13 -2.1总体设计- 13 -2.2信号采样电路设计- 14 -2.2.1温度采样电路设计- 14 -2.2.2单片机最小系统的设计- 16 -2.3 A/D转换电路设计- 18 -2.3.1 A/D转换的常用方法- 18 -2.3.2 A/D转换器的主要技术指标- 19 -2.3.3 ADC0809的主要特性和内部结构- 19 -2.3.4 ADC0809管脚功能及定义- 20 -2.3.5 ADC0809与8031的接口电路- 22 -2.4软件系统的初始化程序- 22 -2.5软件程序的主循环框架- 23 -2.6校准程序- 25 -3 控制算法的研究- 27 -3.1 PID算法的研究- 27 -3.2模糊控制系统设计- 27 -3.2.1模糊控制算法- 28 -3.2.2模糊控制的基本概念- 29 -3.2.3模糊控制过程- 30 -总结- 35 -致谢- 36 -参考文献- 37 -前言 控制菌种生长环境的设施和设备由功能简单、单一的气候箱发展成现在控制复的人工气候室，这对于研究在人工模拟自然生态环境中生长因素对菌种生长的提供了必要的条件和能够继续深入研究的基础。目前，大多数菌种培养车间都采取通过控制水加热机组和水制冷机组进行温度的调节，这使得整个控制设备占于庞大，控制复杂，能耗大，投资高。部分气候室采用中央空调控制温度，但中央空调同样存在成本高低精度的问题，且存在不同气候室同时向主机提出两种不同运行式请求，导致系统失控的可能，因此，此种车间的控温方法也存在缺陷。所以，操作简单，控制精度高，系统性能好，投资低的新型菌种培养车间正为人们所期待。本文提出了一种以普通壁挂式空调来调节人工气候室温度的新方法，加以合理智能算法可以有效地对温度进行高精度恒温控制，而且成本较低，操作方便。课题的研究目的：高精度温度控制就是实现温度的更加精确化，准确化。实现温度恒温化，更好的来满足菌种的生长温度。 当今空调机的温度控制是人们利用可控电路对空调机进行控制，来实现对温度的控制。它只能满足人们一般的需求，温控精度也不高，对更高的温度需求不能满足。例如菌种的培养车间，菌种的生长需要非常稳定的温度环境，对温度的要求非常高，这就需要对空调机的温度来实现高精度控制。培养菌种的培养车间需要较高的温度精度，它的温度控制一般是由空调机来实现的，而现今空调机的控温精度不高，一般在23度左右，误差比较大。这就需要对我们控温系统进行改进。来实现空调机高精度的控制。菌种培养车间需要的误差一般在0.5度左右，这首先需要非常灵敏的装置对温度进行检测，防止因检测而带来的错误。这可以用电接水银温度计(WXG型)进行测量。将测量的信号通过高灵敏度的温度传感-1-器送到微处理器中。从而用微处理器来实现对空调机的高精度温度控制。这样才能满足培菌车间的需要。本课题的研究意义： 要使菌种培育更好，就必须有一流的生长条件和环境。传统的菌种培养车间是育种试验必不可少的条件，它可以缩短试验周期，可以模拟各种气候条件而不受自然气候的制约和影响。但是温度控制的精度还是不高，这就必须对空调机进行改进，实现对温度高精度控制。 本系统就是针对以上老系统存在的不足及实际要求设计开发的。只要设定运行曲线后，就可连续自动地运行，按照给定曲线同时调节温度，并保存实际运行的参数和设定参数。课题的特点及具体要求： 菌种培养车间是一个多变量相互祸合的复杂系统，温度具有纯滞后、大惯性特性。而且外界的气候的变化也会对室内的温度产生影响。所以按照常规的控制方法，要对温室对象建立精确数学模型几乎是不可能的，而且控制精度很难保证育种过程的要求。培养车间能够在任意时候模拟任意的气候条件，而且温度要能够严格按照给定曲线变化，要求具有保护功能。根据己有控制系统的运行经验和不足之处，改造其老系统，要求实现的主要功能和技术指标如下:系统需采用两级计算机控制，上位机采用工控机，下位机采用自行开发的智能控制器。 系统的控制算法采用智能控制算法，温度的控制精度要求为±0.2, 上位机应用程序是在Windows98环境下开发的应用程序，可以监控多台下位机，要求有参数设定计算、过程监控、数据存储和通信等功能。 下位机具有实时控制功能，在上位机出现故障的时候可以实施单独控制，并且可靠性要高。本文的主要工作 本文针对单片机对温度控制监测系统若干关键技术展开研究工作，主要集中在以下几个方面: 分析项目要求，介绍以低成本为核心指导思想的温度控制系统的总体方案设计，统的组成和工作原理，阐述多点校准技术和线型插值技术在系统设计中的应用，以及些技术的应用对降低成本的作用。 系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及其主要特点，温度传感器Pt100采样以及信号放大处理，信号调理与A/D转换电路的设计，低压线性稳压器的电路设计，片机接口电路的设计以及电路的总体设计等。模块功能设计及实现，详细介绍在温度监控系统中应用到的各个模块的功能和应方法，涉及到各个模块的功能和工作原理，各个控制寄存器的设定，模块之间的关系协作方式等。包括基本始终模块的应用，E2ROM存储器x25043/45的应用，数码显示管的应用以及按键等的实现。 系统的总体设计和主要程序模块，程序设计采用汇编语言和C语言模式，并将低本高精度思想