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指导教师 年 月 日 基于单片机的温度控制系统设计
摘要温度是工业对象中一个主要的被控参数它是一种常见的过程变量MCS-51 单片机来对温度进行控制
本文利用单片机结合技术而开发设计了这一
本文对每个部分功能实现过程作了详细介绍本文设计的单片机温度控制系统的主要内容包括系统方案元器件选择系统理论分析硬件设计软件设计系统调试等 关键词温度单片机控制传感器 目录
摘要 2
第一章 绪论 5
第二章 设计方案 5
2．1 系统结构 5
2．2 设计思路 6
第三章 主要元器件介绍 7
3．1 AT89C51单片机 7
3．1．1 概述 7
3．1．2 主要特性 7
3．1．3 引脚功能 8
3．2 AD590温度传感器 9
3．2．1 概述 9
3．2．2 主要特性 10
3．2．3 工作原理 11
3．3 ADC0809模数转换器 12
3．3．1 主要特性 12
3．3．2 工作原理 13
第四章 硬件设计 14
4．1外围接口选择 14
4．2 温度控制电路 16
4．3 温度检测电路设计 16
4．3．1 设计目标 16
4．3．2 设计原理 17
4．3．3 转换电路 17
4．3．4 信号处理电路 18
4．3．5 主电路 19
4．4 光电隔离电路 20
4．5 过零检测电路 20
4．6 PID控制算法 21
4．6．1 PID控制作用 21
4．6．2 PID算法的微机实现 21
4．6．3 PID算法的程序设计 22
第五章 软件设计 23
5．1 设计步骤 24
5．1．1 画出系统的程序框图 24
5．1．2 内存分配 25
第六章 系统调试 27
6．1 硬件调试方法 27
6．1．1 常见的硬件故障 27
6．1．2 联机调试 28
6．1．3 脱机调试 29
6．2 软件调试方法 29
6．3 误差分析 30
第七章 结论 30
参考文献 31
致谢 32
附录 33 第一章 绪论
单片机具有体积小功能强可靠性好以及价格低等优势在电子产品中的应用已经越来越广泛并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制为此在本文中作者设计了基于Atmel公司的AT89C2051单片机的温度控制系统
利用MCS-51单片机来对温度进行控制具有控制方便设计简单灵活性强等优点可以大幅度提高产品的质量和数量并且设计的系统还可以根据实际的应用加以扩展实现更多的功能
温度是生产过程中最常见的物理量 许多生产过程是以温度作为其被控参数的因此 因此单片机对温度的控制问题是一个工业生产包括许多电力工程中经常会遇到的问题
本文介绍一种功能简化后的温度控制系统的设计过程
假设某一烘干道采用过热蒸汽为热源蒸汽管道经热交换器加热空气并通过风机向烘箱提供热风以实现对胶布带的循环加热烘箱中的温度变化范围为0～120℃
要求实现如下功能和指标
①温度给定值在85℃左右且现场可调
②温度控制误差≤±2℃
③实时显示温度值保留1位小数
④温度超过给定值±10℃时声光报警
⑤控制参数可在线修改 第二章 设计方案
2．1 系统结构
该系统以89C51单片机为核心由温度测量变换测量放大大功率运放AD与DA转换器输入光电隔离驱动电路键盘显示存储器共同组成在系统中温度和时间的设置温度值及误差显示控制参数得设置运行暂停及复位等功能由键盘及显示电路完成
图2-1 单片机温度控制系统方案原理示意图
传感器把测量的温度信号转换成弱电压信号经过信号放大电路送入低通滤波电路以消除噪音和干扰滤波后的信号输入到AD转换器转换成数字信号输入单片机
2．2 设计思路
1设计测量的温度范围为0～120℃控制精度也不高可选用8路8位ADC0809作AD转换器分辨率可达05℃为了方便操作系统可不扩展专用键盘温度给定输入可用2位BCD码拨盘开关置数温度显示可用4位LED为了实现通过调节蒸汽流量控温可扩展8位DAC0832作DA转换器于是单片机基本系统应为803127648255ADC0809DAC08324位LED
2温度测量可以选用半导体集成温度传感器AD590它的响应速度快与单片机接口简单其测温范围为-55～150℃工作电压4～30V输出电流与绝对温度成正比即为1μAK执行机构可选用ZKZP-Ⅱ型线性电动单座调节阀用它来调节通入烘箱的蒸汽流量调节阀用DA转换器输出的可调电流控制0mA对应阀门完全关闭10mA对应阀门全打开
3可采用带死区的比例积分PI控制算法实现对温度的控制温度与给定值的偏差小时调节阀不动作以减少阀的机械磨损偏差较大时经PI算法运算后单片机通过DA输出控制信号控制阀门的开度为了使控制参数现场可调可用3个电位器产生3路可调电压经过AD转换实现对AD转换实现对PI算法的3个参数比例系数Kp积分系数KI控制周期Tc在线整定这种方法不仅可使参数调整方便而且具有掉电保护功能
4为了提高系统的抗干扰能力DA转换器与单片机之间进行光电隔离使电动阀和单片机之间不共地
第三章 主要元器件介绍
3．1 AT89C51单片机
3．1．1 概述
AT89C51是一个低电压高性能CMOS 8位单片机40个引脚32个外部双向输入输出IO端口同时内含2个外中断口2个16位可编程定时计数器2个全双工串行通信口片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器RAM可以按照常规方法进行编程也可以在线编程器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术生产兼容标准MCS-51指令系统片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案主要特性AT89C51的主要特性如下 三级程序存储器锁定
寿命达1000写擦循环全静态工作0Hz－24MHz
128×8位内部RAM 低功耗闲置和掉电模式
32可编程IO线
2个16位定时器计数器6个中断源可编程串行通道片内振荡器和时钟电路引脚功能AT89C51引脚排列如图1所示 图3-1 AT89C51的引脚排列
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