单片机温度控制系统.doc

毕业设计(论文)题题 目目 : : 单 片 机 的 温 度 控 制 系 统姓 名: 向瑞虎学 号：1103140专 业: 电气及其自动化 031指导教师: 潘峰职 称：讲师2006 年 6 月 18 日太原科技大学毕业论文2摘要:从硬件和软件两个方面介绍了以 MCS-51 单片机为核心温控系统的组成,阐述了 PID 参数采用模糊整定的控制算法,用此系统对电炉加热实验装置进行控制取得了较好的效果温度是工业对象中主要的被控参数之一，象冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高电阻炉炉温控制系统的控制过程是：单片机定时对炉温进行检测，经 A/D 转换芯片得到相应的数字量，经过计算机进行数据转换，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制关键词关键词:MCS-51 单片机;温度控制系统;模糊整定;PID 参数向瑞虎：单片机的温度控制系统3太原科技大学毕业论文4目录目录摘要 ..................................................................2第一章 前言 ...........................................................41.1 单片机知识简介 .....................................................41.2 研究动机 ..........................................................51.3 研究目的 ...........................................................51.4 期待的目标 ........................................................6第二章：单片机的温度控制系统设计 ......................................62.12.1 系统总体方案设计系统总体方案设计 ...................................................62.2 控制系统的硬件组成及工作原理 .......................................72.3 控制系统硬件电路的设计 .............................................82.4 控制系统软件设计 ..................................................20第三章：模糊控制系统的设计 ...........................................243.1 基本模糊控制器的设汁 ..............................................243.2 模糊合成推理算法及调整决策矩阵 ....................................293.3 模糊控制步骤及软件实现框图 ........................................373.4 测试及结果分析 ....................................................38第四章 结论 ..........................................................414.1 问题解决与研究 ...................................................414.1.1 程序构思设计与除错 .............................................414.1.2 软硬件对应整合 .................................................42感谢 .................................................................42参考文献参考文献 .............................................................42向瑞虎：单片机的温度控制系统5第一章 前言1.11.1 单片机知识简介单片机知识简介在计算机出现以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械。

进入电器时代后，人们借助电气技术实现了自动控制机械，自动生 产线甚至自动工厂，并且大大地发展了控制理论然而，在一些大 中型系统中自动化结果均不理想只有在计算机出现后，人们才见 到了希望的曙光如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想但是， 计算机出现后的相当长的时间里，计算机作为科学武器，在科学的 神圣殿堂里默默地工作，而工业现场的测控领域并没有得到真正的 应用只有在单片机（Microcontroller)出现后，计算机才真正 地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人员现代 化技术革新，技术革命的有利武器目前，单片机在民用和工业测 控领域得到最广泛的应用彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥 控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深 地溶入我们每个人的生活之中单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主 要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产 上也极大地提高了生产效率和产品质量 单片机按用途大体上可分为两大类： 1--通用型单片机 2--专用型单片机专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好， 不能再修该的单片机。

例如电子表里的单片机就是其中的一种 其生产成本很低通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应 用程序就可完成不同的功能小到家用电器仪器仪表，大到机器设 备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制通用型单片机按位数分有 4 位机,8 位机,16 位机和 32 位机等等.按厂 家分种类就更多,我国目前最常用的单片机有如下几家:Intel--------- (MCS51 系列,MCS96 系列)太原科技大学毕业论文6Atmel------- (AT89 系列,MCS51 内核)Microchip--- (PIC 系列)Motorola---- (68HCXX 系列)Zilog-------- (Z86 系列)Philips------ (87,80 系列,MCS51 内核)Siemens----- (SAB80 系列,MCS51 内核)NEC--------- (78 系列)Epson-------- (系列)1.2 研究动机研究动机希望将在大学生涯里所知所学的，藉由此次的单片机研究，好好证实、映证书本理论的真实性，并确定我们所学的是否足够有设计研发的实力，以便将来可以在竞争激烈的社会中生存。

且单片机在日常生活中随处可见，故希望作一单片机模拟控制来将我们所学来发挥，以便有机会在社会中贡献一己的力1.3 研究目的研究目的工业生产过程中经常遇到的温度控制系统是具有大滞后特征的控制系统,单纯采用PID 算法校正的温度控制系统具有高频扰动大、调整时间长、PID 参数整定困难、有较大超调量等弊端这里以 Intel 公司的 AT89C51 单片机为核心,引进模糊控制思想来实现对 PID 参数整定,设计了一个简单实用的温度控制系统向瑞虎：单片机的温度控制系统71.4 期待的目标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 MCS-51 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第二章：单片机的温度控制系统设计2.12.1 系统总体方案设计系统总体方案设计本系统中，需要检测的输入信号有出水口温度和内胆温度及水流检测信号。

需要输出的信号主要是双向可控硅的导通时间以控制加热功率的大小并且还要完成数据的实时显示及各工作阶段指示、出水温度的设置、自动检测故障原因并显示等功能，还具有各种完善的保护功能，如温度的超限报警、防干烧和隔电墙技术fb-} U温度传感器2隔离墙水流检测传感器 加 热 管控制 系统太原科技大学毕业论文8温度传感器1 出水口 进水口图2-1系统结构框图2.2 控制系统的硬件组成及工作原理即热式电热水器控制系统由水流检测电路、显示键盘电路、测温电路、加热输出控制电路、工作指示及保护电路和过零检测等电路组成图2-2 即热式电热水器控制系统原理框图控制系统原理框图如图2-2所示首先通过温度传感器DS18B20将出水口温度直接变换成数字量送到单片机单片机对接收到的信号与设定信号进行比较，采用模糊控制的方法，输出一个控制量，控制可控硅的导通角，以实现对加热量的控制同时用LED显示当前温度当出现故障时，自动检测故障原因，并显示相应故障代码温度传感器 A/D 转换电路T89SA52键盘，显示接 口电路水流检测电路 加热控制电路工作指示及保 护电路过零检测电路向瑞虎：单片机的温度控制系统92.3 控制系统硬件电路的设计2.3.1温度检侧电路1.温度和温度传感器温度的检测传感器很多，传统的测温元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。

根据产品的温度要求，温度精度要达到0. 5 0C，所以采用了美国DALLAS半导体公司生产的智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为一55度到125度，分辨率最大可达0625度DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点DS18B20的性能特点如下:1》 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通讯2》 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能3》 无需外部器件4》 可通过数据线供电，电压范围为3. 0 V -5. 5V5》 零待机功耗6》 温度以9或12位数字量读出7》 用户可定义的非易失性温度报警设置8》 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件9》 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作2. DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIL封装，其框图如图2-3所示太原科技大学毕业论文10I/OCVDD图2-3 DS18820内部结构64位ROM的位结构如图2-4，开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限MSB LSB MSB LSB MSB LSB图2-4 64位ROM结构图DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM.高速暂存RAM的结构为8个字节的存储器，结构如图2-5所示头两个字节包含测得的温度信息，第三和第四字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复。