课程设计-- 恒温控制系统设计.doc

课程设计题 目： 恒温控制系统设计 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气 08－13 班 姓 名： 申伟伟 学 号： 13 号 1摘 要进入 20 世纪 90 年代，嵌入式技术全面展开，其优势及特点得到了越来越多的好评飞思卡尔(Freescale)半导体公司 S08 系列的单片机是受到关注的诸多优异微控制器之一S08AW 系列是 Freescale 公司推出的新一代 S08 系列微控制器中的一款增强型 8 位微控制器，它不仅集成度高、片内资源丰富，接口模块包括 SPI、SCI、IIC、A/D、PWM 等，还具有很宽的工作温度范围：-40℃～+125℃在本系统的温度控制中，采用的是 S08AW60 微控制器随着单片机的广泛使用，温度的自动控制已经变成了可能在本系统中，主要是通过控制电机来达到控制温度的目的，当然在一些高级或者要求更高的场合还可以通过控制空调来实现调温。

要控温就要先进行测温，再转换成单片机能读懂的数字信号，进行处理后得出控制电机的控制值，也就是 PWM 控制中说的占空比，通过改变占空比就可以达到调速的目的关键词： 自动控制系统、S08AW60 微控制器、温度、传感器2目 录1 引言..............................................................4 2 总体方案设计......................................................8 2.1 硬件方案论证....................................................8 2.1.1 微控制器的选择................................................8 2.1.2 温度传感器的选择..............................................9 2.1.3 显示器的选择.................................................10 2.1.4 键盘的选择...................................................10 2.2 系统设计方案的方框图...........................................112.3 系统控制算法的设计.............................................12 3 系统单元电路的设计...............................................12 3.1 检测电路设计...................................................13 3.2 微控制器的工作电路设计.........................................14 3.3 显示电路设计...................................................14 3.4 电机的驱动电路.................................................16 3.5 键盘电路设计...................................................16 4 系统的软件设计...................................................17 4.1 键盘子程序.....................................................17 4.2 显示子程序 .....................................................18 4.3 温度值判断子程序...............................................19 4.4 调速子程序 .....................................................20 总结...............................................................21 参考文献...........................................................23附录：.............................................................2431 1 引言引言自动控制系统可以从不同的角度来进行分类，按其结构及控制方式可将其分 为三种：开环控制系统、闭环控制系统和混合控制系统。

1 1．开环控制系统．开环控制系统 若系统的输出量不被引回来（反馈）对系统的控制部分产生影响，这样的系 统称为开环控制系统，如图1-3所示例如，数控机床它由预先设定的指令程序产生相应的控制脉冲，经脉冲放 大器放大后驱动步进电机，通过精密传动机构再带动工作台对工件进行加工就 是一个开环控制系统家用电器中的洗衣机也是开环控制系统 开环控制系统的优点是结构简单，系统稳定性好，成本低缺点则为：受扰 动因素的影响大，从而影响输出量的稳定 若扰动因素已知，并能直接或间接地检测出，那么也可以利用扰动信号来产 生一种补偿，以抵消扰动的影响这种控制方式称为扰动控制扰动控制原理 如图1-4所示图1-4 扰动控制系统框图 在这种系统中，输出量对系统的控制作用无影响，影响控制的是扰动量，因 此仍属于开环控制系统2．闭环控制系统 若系统的输出量通过反馈环节作用于控制部分，形成闭合环路，这样的控制 系统称为闭环控制系统，又称反馈控制系统 如图1-5所示的由晶闸管可控整流装置供电的直流电动机调速稳速系统，控 制对象是电机 M、被控量是转速 n，Ug 是给定量测速电机 TG 将输出量 n 转换 成电压 Ufn 反馈到输入端去，形成一个闭环。

系统的调速稳速原理可用下列顺 序表示： n↓→Ufn↓→△u=Ug- Ufn↑→ α↓→Ud↑→n↑(补偿了 n↓) 这种系统的输出量参与控制，直接影响系统的控制过程，所以是闭环控制系 统4由于输出信号要返回输入端参与控制，所以信号传递有两个通道：主通道将 控制信号送至被控对象；反馈通道将输出信号反馈到输入端 闭环控制系统一般采用差值控制差值所产生的控制作用是使系统向减少或 消除偏差的方向变化，所以有利于克服惯性和干扰而维持给定的控制，因此也 称这种控制为偏差控制 反馈控制系统无论采取哪种量反馈，包围在反馈环内的各种干扰量所引起的 输出量变化都能被减小或消除，使系统具有良好的动态和静态控制精度，所以 获得了广泛应用3．复合控制系统．复合控制系统 将闭环控制系统和开环控制系统结合在一起，构成开环-闭环相结合的控制 系统称为复合控制系统，也称为混合控制系统例如，可以将扰动控制(开环) 和偏差控制(闭环控制)相结合而形成复合控制系统 复合控制系统兼有闭环和开环的优点，控制精度高，控制反应快，但结构复 杂微型计算机控制系统与其所控制的生产对象密切相关，控制对象不同，控制系 统也不同根据应用特点、控制方案、控制目标和系统构成，微型计算机控制 系统大体上可分为以下几种类型：操作指导控制系统、直接数字控制系统 （DDC） 、计算机监督控制系统（SCC） 、分布式控制系统（DCS） 、计算机集成 制造系统（CIMS）和现场总线控制系统（FCS） 。

下面分别进行介绍1．操作指导控制系统．操作指导控制系统 操作指导控制系统如图1-6所示所谓操作指导是指计算机只对系统过程参 数进行收集、加工处理，然后输出数据，但输出的数据不直接用来控制生产对 象，操作人员根据这些数据进行必要的操作5在这种系统中，计算机每隔一定的时间进行一次采样，经 A/D 转换后送入 计算机进行加工处理然后再进行显示、打印或报警操作人员据此改变设定 值或进行必要的操作这种系统突出的特点是简单、安全可靠，对于控制规律 不太确定的系统更为适用它的缺点是仍要人工进行操作，所以响应速度不可 能太快它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作方式主要用于计算 机控制的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等2 2 总体方案设计总体方案设计2.12.1 硬件方案论证硬件方案论证该系统的硬件方案的设计包括微控制器的选择、温度传感器的选择、显示器的选择和键盘的选择，至于电机是要控制的对象，24V 直流电源作为功率电源进行加温所以在该微型计算机系统中我们只对上述的几个硬件部分进行选择2.1.12.1.1 微控制器的选择微控制器的选择方案一：8031 芯片内部无 ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用 8031 还需要另外购买其他的芯片，如 A/D 转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，性价比低。

方案二：89C51 芯片内部有 ROM，且片内 ROM 全部采用 Flash ROM，它能于 3V6的超低压工作，与 MCS-51 系列单片机完全兼容，但是其不具备 ISP 编程技术， 需把程序编写好以后再放到编程器中烧写，才可以进行硬件电路的调试，倘若程序编写出现问题，调试电路就比较麻烦，而且其芯片内存也只有 4KB方案三：基于前两种方案的比较,我们考虑到 S08AW60，该芯片拥有 62KB 片上可编程 FLASH 存储器和 2KB 片上 RAM，具有模块保护与安全选项功能该芯片还可以通过 BDM 进行编程及调试，无需频繁的插拔单片机，可避免损坏芯片且其内部资源丰富，本身就含有 A/D 转换模块和定时/计数器（PWM）模块，使用方便简单综观上述三种方案的论证与比较,我们采用 S08AW60 作为主控模块芯片2.1.22.1.2 温度传感器的选择温度传感器的选择方案一：热电偶主要是利用两种不同金属的热电效应，测温范围在-200℃～1800℃，产生接触电势随温度变化而变化，从而达到测温的目的测量准确，价格适中温，线性度较好但其输出电压受冷端温度影响，需要进行冷端温度补偿，使电路变得复杂，且测量范围过大，在本题中并非最佳方案。

方案二：热敏电阻由金属氧化物或半导体材料制成，测温范围在-50℃～300℃，灵敏度高、热惰性小、寿命长、价格便宜但其测量的稳定性和复现性差，而且线性度差，需要进行查表线性拟合，大大浪费控制器的资源，因此不能选用方案三：热电阻是利用金属的电阻率随温度变化而变化的特性，将温度量转化成电阻量其优点是准确度高，稳定性高，性能可靠，热惯性小、复现性好，价格适中如铜热电阻，其测温范围在-50℃～150℃，铜容易提纯，价格比铂便宜很多，且电阻温度关系是线形的根据要求，并进行比较，最终选用热电阻 Gu100 温度传感器2.1.32.1.3 显示器的选择显示器的选择方案一:7LCD 数码管液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，但同时液晶显示器的编写程序复杂，价格昂贵，从而降低了整个系统的性价比，故不采用此种方案方案二：点阵显示，是由八行八列的发光二极管集成在一块电路上组成，主要用来显示汉字，同时也能显示数字和少量图象，但它的焊接较麻烦，价格高，鉴于所设计的题目要求它不切实际所以排除此方案方案三：LED 数码管静态显示，电路容易理解且驱动的程序简单，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多。