【正文】 ....... 26 ................................................................................. 26 .................................................................................... 26 壓電源和干擾抑制器 ................................................................... 26 ........................................................................................... 27 ............................................................................................................. 27 ...................................................................................................... 27 ............................................................................................... 27 ...................................................................................................... 27 參考文獻 .................................................................................................................................... 28 致 謝 ......................................................................................................................................... 29 附錄 1 單片機源程序 .................................................................................................................. 30 附錄 2 電路原理圖 ....................................................................................................................... 1 III 摘 要 本設(shè)計以單片機 AT89C51為核心部件，采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器 DS18B20作為溫度采集，以 固態(tài)繼電器 作 為 加熱控制的開關(guān)器件，設(shè)計制作了帶鍵盤輸入控制，動態(tài)顯示的 功能的恒溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以對當(dāng)前溫度進行實時顯示，又可以對 設(shè)定 溫度進行控制，并使其恒定在某一溫度范圍。控制鍵盤設(shè)計使設(shè)置溫度簡單快捷， 兩位整數(shù)一位小數(shù) 的顯示方式具有更高的顯示精度。建立在增量 控制理論上的控制算法，使控制精度完全能滿足一般的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。通過對系統(tǒng)軟件和硬件的合理規(guī)劃，發(fā)揮單片機自身集成多系統(tǒng)功能單元的優(yōu)勢， 在不減少功能的前提下有效降低了成本，系統(tǒng)操作簡便。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51 單片機； DS18B20 傳感器； 恒溫控制 IV Abstract This design with singlechip microputer AT89C51 as the core ponent with single buscontrol digital temperature sensor DS18B20 as temperature gathering to solidstate relay as heating control switch device, design and make the belt keyboard input control, dynamic display of the temperature control system. This system not only can realtime display of the current temperature of set temperature, and can control, and its constant in a temperature range. Control the keyboard design makes set temperature simple and quick, two integer a decimal display mode has higher precision of the show. Based on incremental control theory of control algorithm, make the control accuracy can be fully met general electronic products production requirements. Through the system software and hardware reasonable planning, play microcontroller itself more system function unit integrated advantage, in not reduce functionality premise to reduce the cost and system easy operation. Keywords: AT89C51。 DS18B20 sensors。 Solidstate relay 1 第 1 章 緒論 課題研究介紹 溫度是工業(yè)上常見的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品加工、機械制造等領(lǐng)域， 恒 溫控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等。 在一些溫控系統(tǒng)電路中，廣泛采用的是通過熱電偶、熱電阻或 PN 結(jié)測溫電路經(jīng)過相應(yīng)的信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成 A／ D轉(zhuǎn)換器能接收的模擬量，再經(jīng)過采樣／保持電路進行 A／ D 轉(zhuǎn)換，最終送入單片機及其相應(yīng)的外圍電路，完成監(jiān)控。但是由于傳統(tǒng)的信號調(diào)理電路實現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且精度不高。本文介紹單片機 通過 數(shù)字溫度傳感器 檢測外部溫度對水 箱進行恒溫 控制 的 設(shè)計 ， 采用 PID算法來控制 PWM 波形的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)恒溫控制。 因此，本系統(tǒng) 采 用一種新型的可編程溫度傳感器（ DS18B20），不需復(fù)雜的信號 處 理電路和 A／ D 轉(zhuǎn)換電路 就 能直接與單片機完成數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場合 。 在日常生活中，也經(jīng)常用到電烤箱、微波爐、電熱水器、烘干箱等需要進行溫度檢測與控制的家用電器。采用單片機實現(xiàn)溫度控制不僅具有控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點， 而且可以大幅度地提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ， 現(xiàn)以 恒溫水箱 控制 系統(tǒng) 的設(shè)計進行 介紹 。 國內(nèi)外發(fā)展及趨勢 隨著計算機 控制 技術(shù)的發(fā)展， 恒溫 控制 已 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。在不同的領(lǐng)域內(nèi)，由于控制環(huán)境、目標(biāo)、成本等因素，需要針對具體情況來設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，以取得最佳的控制效果。其中， 恒溫 環(huán)境的自動化控制 技術(shù) 在工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)運營中是一個重要研究課題。 國外恒溫控制系統(tǒng)的 發(fā)展 及趨勢 自 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外 恒 溫控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化 ， 自適應(yīng)參數(shù) 的 自整定等方面取得 了很大的科技 成果。在這方面以日本、美 2 國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表 。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。雖然溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器及技術(shù)來講，其總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。 國內(nèi)恒溫控制系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢 我國目前在恒溫控制技術(shù)這方面總體技術(shù)水平處于 20世紀(jì) 80 年代中后期水平 ， 成熟產(chǎn)品主要以 “ 點位 ” 控制及常規(guī)的 PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后 、 復(fù)雜 、 時變 的 溫度系統(tǒng)控制 。 在 適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表 領(lǐng)域內(nèi)， 國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。 因此，我國在恒溫控制等控制儀表 行 業(yè)與國外還有著一定的差距。 從過程量的檢測角度出發(fā)，溫度是最常見的過程變量之一，它是一個非常重要的過程變量，因為它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。而恒溫控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù) 雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點 ,它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。其溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。盡管恒溫控制很重要，但是要控制好溫度常常會遇到意想不到的困難。 隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、價格低、可靠性高、適用范圍大以及本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各個領(lǐng)域、各個行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。 設(shè)計目的 設(shè)計一個 恒溫水箱 自動 調(diào)節(jié) 控制系統(tǒng)， 水箱內(nèi)的水 溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動 調(diào)節(jié) ，以保持 與 設(shè)定的溫度基本不變。 3 利用單片機 AT89C51實現(xiàn)水溫的智能控制，使水溫能夠在 60℃左右 實現(xiàn) 恒定 溫度調(diào)節(jié) ， 利用 數(shù)字溫度傳感器 讀出水溫，并在此基礎(chǔ)上將水溫調(diào)節(jié)到通過鍵盤 設(shè)定 的溫度（其方式是加熱或降溫）， 并通過數(shù)碼管顯示器實現(xiàn)當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度的顯示 。 系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo) 設(shè)計一個溫度反饋 通道 的控制系統(tǒng)， 主要 包括主電路和控制電路 。 控制電路又包括巡回檢測、跟蹤比較、 PID 調(diào)節(jié)、執(zhí)行輸出 、加熱裝置 等多個環(huán)節(jié)。 以下為該恒溫控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)： （ 1）預(yù)置時顯示設(shè)定溫度，達到定溫度時顯示實時溫度，顯示精確到 1℃ ； （ 2）恒溫箱溫度可預(yù)置，在誤差范圍內(nèi)恒溫控制，溫度控制誤差≤177。 1℃ ； （ 3）恒溫水箱由 1KW電爐加熱 ； （ 4） 啟動后有運行指示，溫度 低于 預(yù)置溫度 5℃ 時 進行 220V 全加熱； （ 5） 有較強的抗干擾性能 ，對升降溫過程的線性沒有要求； （ 6） 具有相應(yīng)的保護功能。 系統(tǒng)的功能 (1)可以對溫度進行自由設(shè)定 ， 但 必須在 0～ 100℃ 內(nèi) ， 設(shè)定時可以 實 時顯示 出 設(shè)定的溫度值 ； (2) 加熱 由 1臺 1KW 電爐來實現(xiàn)，如果溫度不在 60℃時 ， 根據(jù)設(shè)定的溫 度值與實際檢測的溫度值之差來采取不同的加熱方式； (3) 能夠保持 實時 顯示水溫，顯示位數(shù) 4 位，分別為百位 、 十位 、 個位和小數(shù)位。（ 但由于規(guī)定 小于 100度 ，所以百位也就沒有實現(xiàn)，默認的百位是不顯示的） 。 4 第 2 章 恒溫控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 本章提出了對恒溫控制的兩 種方案，根據(jù)恒溫水箱控制系統(tǒng)的控制要求及技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合 兩 種方案的性能特點，最后選定以 單片機為主控制器，增量式的 PID 算法進行調(diào)整控制 PWM波形產(chǎn)生的方案 作為本控制系統(tǒng)的總體方案。 對于溫度控制的方法也有很多：如單片機控制、 PLC 控制、模擬 PID 調(diào)節(jié)器和數(shù)字PID調(diào)節(jié)器等等 。 利用 PLC實現(xiàn)恒溫控制 這種 恒溫控制，采用 PLC 控制實現(xiàn)電熱絲加熱全通、間斷導(dǎo)通和全斷加熱的自控式方式，來達到溫度的恒定。智能型電偶溫度表將置于被測對象中，熱電偶的傳感器信號與恒定溫度的給定電壓進行比較，生成溫差，自適應(yīng)恒溫控制電路根據(jù)差值大小控制電路的斷開。 利用單片機實現(xiàn)恒溫控制 此方案采用單片機為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，它可達到核心的控制作用，并且可方便實現(xiàn)數(shù)碼顯示、鍵盤設(shè)定及利用 PID 算法來控制 PWM 波形的產(chǎn)生 ，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)恒溫控制 ，其所測結(jié)果