基于AVR单片机水温自动控制系统毕业设计

1、长春工业大学硕士学位论文长 春 工 业 大 学毕业设计、毕业论文题 目 基于AVR单片机水温控制系统 2长春工业大学人文信息学院毕业设计(论文)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 摘 要本文介绍了基于AVR单片机的自动水温控制系统的设计及实现过程。该系统具有设定、实时显示

2、以及于上位机通信功能。设定精度0.1、控温精度0.2、控温范围30100。而且还具有显示温度曲线及打印功能。本系统采用ATmgea16单片机为主控制器，温度采集方面采用DS1820高精度数字传感器，单总线接口简单，线性良好。功率输出部分采用GTJ3-10A固态继电器，电路经济可靠，采用PWM控制可控性好精度高。控制算法采用PID算法是系统具有快速响应和较小的超调。该系统通过实验证明具有很高的可靠性和稳定性。实现温度的设定，并对温度进行实时采集显示及打印。关键词：温度控制 ATmega16单片机 PID算法 PWM56AbstractThis paper introduces the design and realization of the automotive water temperature control system basing on AVR. It has the function of setting, display signal in real time and upper communication. Set the precision be on 0.1、and

3、 precision of temperature control is 0.2、range of temperature control is 30100. And it also has the paint and show temperature curve functions.This system adopt ATmgea16 SCM as a main controller, Temperature collection adopt DS1820 high precision numeral sensor. Single bus interface is simply and good linearity. It use GTJ3-10A solid-state relay in the part of power output, the circuits are economic and reliable. The controllability and precision is well under the control of PWM. It makes system

4、 with quick response and lower over swing while using PID arithmetic as the control arithmetic. After the validation of experiment, this system has well reliable and stability. Then realize the setting of temperature and collecting of temperature in real time and painting.Keywords：Temperature Control ATmega16 Single Chip Computer PID Arithmetic PWM目 录第1章 概 述11.1 课题研究目的和意义11.2 温度控制系统的研究现状11.3 温度控制系统的发展方向21.4 题目要求3第2章 方案论证42.1 系统整体结构设计方案42.2 主控单元的论证42.3 温度采集单元的论证52.4 功率输出单元的论证52.5 键盘显示单元的论证6第3章 硬件

5、设计83.1 主控单元的设计83.1.1 ATmega16单片机介绍83.1.2 ATmega16产品特性93.1.3 ATmega16 引脚功能113.1.4 ATmega16 内核介绍123.1.5 单片机最小系统设计133.2 温度采集单元设计173.2.1 DS18B20的特点173.2.2 DS18B20的内部结构173.2.3 引脚说明183.2.4 测温操作183.3 功率输出单元203.3.1 固态继电器的结构原理203.3.2 固态继电器的应用特性213.4 键盘与显示单元223.4.1 HD7279A的主要特点如下：233.4.2 引脚说明233.4.3 数码显示电路243.4.4 控制指令和接口时序243.4.5 HD7279A的应用以及键盘显示单元263.5 通信单元273.5.1 MAX232资料简介273.5.2 主要特点273.5.3 MAX232应用电路，注意电容接法。283.5.4 ISP的工作原理293.5.5 ISP的优点293.5.6 ISP端口293.5.7 打印电路30第4章 软件设计314.1 PID控制算法324.1.1 PID控制规律及

6、其基本作用324.1.2 比例调节器（P）334.1.3 比例积分调节器（PI）334.1.4 比例积分微分调节器（PID）334.2 PWM的控制方法344.3 流程图35总 结38致 谢39参考文献40附录142附录243第1章 概 述1.1 课题研究目的和意义温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度（起码是在满足我们要求的范围内），帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题

7、。在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。而当今，随着电 子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。用高新技术来解决工业生产问题， 排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务，以此来加强工业化建设，提高人民的生活水平。1.2 温度控制系统的研究现状温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛但从国内生产的温度控制器来讲总体发展水平仍然不高，同国外的日本美国德国等先进国家相比仍然有着较大的差距目前我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制难于控制滞后复杂时变温度系统控制，即是说适应于较高控制场合的智能化自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少备。 现有的一些温度控制设备，如HA168 型的温度控制棒，结构比较简单，一般采取的是开关式的控制，即当测量温度低于设定温度时进行加热，其结果是饲养水域内温度不均，控温

8、效果不理想。目前，国外也开发出了一些基于单片式计算机的温度控制设备，但是价格比较高，且目前其操作系统均为英文，普及性不强。1.3 温度控制系统的发展方向由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。 温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。尽管温度控制很重要，但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难。由于温度控制具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。 模糊逻辑控制（FLC）是人工智能领域中形成最早、应用最广的一个重要分支，适用于结构复杂且难以用传统理论建立模型的问题。目前FLC已经成功地应用与各种温度控制上。 模糊控制与一般的自动控制的根本区别是，不需要建立精确的数学模型，而是运用模糊理论将人的经验知识、思维推理，其控制过程的方法与策略是由所谓模糊控制器来实现。对于多变量、非线性和时变的大系统，系统的复杂性和控制技术的精确性形成了尖锐的矛盾。模糊控制对那些难以获得数学模型或模型非常粗糙的工业系统，如那些大滞后、非线性等复杂工业对象实施控制有独特优势，但静态误差不易控制.模糊控制偏偏含有大量专家经验,实际实现比较困难,它绝不可以代替经典的自动控制，而是扩展了一般的自动控制。在一些实际过程中，人们也常把模糊控制与一般的自动控制结合在一起应用，并且已研制出神经模糊网络的家电产品，将模糊控制技术与人工神经网络、专家系统等人工智能中一些新技术相结合，向着更高层次的研究和应用发展。 采用模糊控制其优点是不需要粗确知道被控对象的数学模型，而且适用于有较大滞后特性的控制对象。缺

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