【正文】 Temperature indicators are an important indicator of many work core is SPCE061A， through the integrated temperature sensor PT100 constitute a temperature control and accuracy of automatic measurement and control system calibration. The system uses Sunplus 16bit MCU SPCE061A send temperature data collected to PC through the UART, through the curves display software showed by software. This design has the features of high accuracy, wide measurement range,and it is the ideal solution for temperature measurement and control system. Key words MCU temperature measurement and control upper puter curves show 畢業(yè)論文 VIII 目 錄 第 1章 緒論 ............................................................... 1 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究概況 ............................................. 1 信號(hào)采集與溫度控制 ................................................... 2 課題的建立以及本文完成的主要工作 ..................................... 2 第 2章 系統(tǒng)總體方案介紹 ................................................... 3 SPCE061A 簡(jiǎn)介 ......................................................... 3 PT100 溫度傳感器簡(jiǎn)介 .................................................. 4 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì) ..................................................... 5 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ....................................................... 7 傳感器電路 ........................................................... 7 按鍵和顯示電路 ....................................................... 8 UART 轉(zhuǎn)換模塊電路 ..................................................... 9 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...................................................... 11 軟件總體設(shè)計(jì) ........................................................ 11 子程序設(shè)計(jì) .......................................................... 13 溫度轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn) .................................................... 13 PID 控制的實(shí)現(xiàn) ................................................... 14 溫度控制 PID 算法設(shè)計(jì) ............................................ 16 溫度控制實(shí)現(xiàn) .................................................... 17 上下位機(jī)通信程序設(shè)計(jì) ............................................. 18 第 5章 結(jié)論 .............................................................. 24 致 謝 .................................................................. 25 參考文獻(xiàn) .................................................................. 26 畢業(yè)論文 1 溫度測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì) 第 1 章 緒論 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究概況 單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。本文主要介紹單片機(jī)在溫度控制中的應(yīng)用。 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶 金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用 SPCE061A單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。 在人類(lèi)的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng) 化的重要任務(wù)。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自 18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展對(duì)是否能掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎 80%的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。 溫度測(cè)控在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，隨著傳感器技術(shù)微電子技術(shù)單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能溫度測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控功能的完善測(cè)控精度的提高和抗干擾能力的增強(qiáng)等提供了條件。由于單片機(jī)具有集成度高功能強(qiáng)體積 小價(jià)格低抗干擾能力等優(yōu)于一般的優(yōu)點(diǎn)。因此在要求較高控制精度和較低成本的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中往往采用單片機(jī)作為數(shù)字控制器取代模擬控制器。目前的測(cè)溫控制系統(tǒng)大都使用傳統(tǒng)溫度測(cè)量?jī)x器．其功能大多都是由硬件或固化的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且只能通過(guò)廠家定義、設(shè)置，其功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶(hù)無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能，因此已不能適應(yīng)現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，美國(guó)國(guó)家儀器公司率先提出了虛擬儀器的概念，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶(hù)無(wú)法改變的模式，使測(cè)控儀器發(fā)生了巨大變革。虛擬儀器技術(shù)充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn) 算處理功能，突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲(chǔ)等方面的限制，通過(guò)交互式圖形界面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，并使用框圖模塊指定各種功能。采用集成電路溫度傳感器和虛擬儀器方便地構(gòu)建一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，且外圍電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，便于系畢業(yè)論文 2 統(tǒng)硬件維護(hù)、功能擴(kuò)展和軟件升級(jí)。 信號(hào)采集與溫度控制 信號(hào)采集 —— 控制技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅是系統(tǒng)控制的根本出發(fā)點(diǎn)也是最重要依據(jù)。在一個(gè)完善的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，首先要檢測(cè)被控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)，必須對(duì)被控對(duì)象的狀態(tài)信息（比如常見(jiàn)的溫度、流量、速度、液位等信息）進(jìn)行采集，并能夠?qū)⒉杉?的數(shù)據(jù)還原為實(shí)際的狀態(tài)信息，并以此作為控制的出發(fā)點(diǎn)，控制結(jié)果與目標(biāo)的一致性也必須通過(guò)信號(hào)采集來(lái)衡量，只有采集當(dāng)前的狀態(tài)信息，并與設(shè)置的目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比才能了解控制過(guò)程的好壞，所以說(shuō)信號(hào)采集在系統(tǒng)控制中起著至關(guān)重要的作用。 由于 PID控制技術(shù)成熟 ,控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)字模型便可以調(diào)節(jié)，所以在溫度測(cè)控系統(tǒng)中通常采用 PID算法。但是，由于控制對(duì)象的特征不同，PID算法的參數(shù)往往不同。為此，本文介紹了一種基于單片機(jī)的溫度控制裝置，在其機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)多組 PID參數(shù)，根據(jù)受控對(duì)象的不同自動(dòng)選擇合適的 PID參數(shù)對(duì)溫度進(jìn)行控制；另外，工作人員還可以根據(jù)特定要求對(duì)給定溫度進(jìn)行控制，并對(duì)各組 PID參數(shù)進(jìn)行在線修改。 本課題以水溫控制系統(tǒng)為載體，利用 SPCE061A自帶的 A/D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合 Pt100傳感器完成對(duì)水溫的采樣，通過(guò)數(shù)字濾波等技術(shù)消除系統(tǒng)的干擾因素還原當(dāng)前的溫度值，并且對(duì)采集到的溫度值進(jìn)行 PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，通過(guò)串口通信傳送給上位 PC，通過(guò)曲線顯示軟件進(jìn)行顯示。 課題的建立以及本文完成的主要工作 本文主要包括以下內(nèi)容： 利用 SPCE061A單片機(jī)、 LED鍵盤(pán)模組和 UART模組設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)（以水溫控制為載體）基本要求如下： ； ，最好能應(yīng)用 PID調(diào)節(jié)； UART實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通信，并在上位機(jī)顯示溫度變化曲線。畢業(yè)論文 3 第 2章 系統(tǒng)總體方案介紹 本系統(tǒng)采用 SPCE061A單片機(jī)作為主控制器，采用 LED鍵盤(pán)模組作為鍵盤(pán)輸入和顯示單元，同時(shí)利用 UART模組將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送給上位機(jī)，下面介紹將會(huì)用到的主要器件： 簡(jiǎn)介 圖 21 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 SPCE061A 是繼 SPCE500A之后凌 陽(yáng)科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶(hù)的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A里只內(nèi)嵌 32K字的閃存（ FLASH）。較高的處理速度能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào) 。 因此，與 SPCE500A相比， SPCE061A微控器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 SPCE061A是凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的性?xún)r(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)，使用它可以非常方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，包括基本的加減運(yùn)算和復(fù)雜的乘積運(yùn)算處理，該芯片擁有 8路10位精度的 ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，另外 7路可作為普通的 AD轉(zhuǎn)換通道。另外凌陽(yáng)十六位單片機(jī)具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn) C語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn) C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，并且，提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)音錄放，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。 畢業(yè)論文 4 SPCE061A片內(nèi)還集成了一個(gè) ICE（在線仿真電路）接口，使得對(duì)該芯片的編程、仿真都變得非常方便，而 ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽(yáng)科技提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ μ’ nSP IDE）用戶(hù)可以利用它對(duì)芯片進(jìn)行真實(shí)的仿真；而程序的下載（燒寫(xiě)）也是通過(guò)該接口進(jìn)行下載。 該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21該芯片具有運(yùn)算能力強(qiáng)，處理速度快，功能豐富，性能穩(wěn)定等特性，利用這些特性可以很容易實(shí)現(xiàn)溫度采集及顯示。 SPCE061A性能簡(jiǎn)介 1. 16位 u’ nSP微處理器 2. 工作電壓（ CPU） VDD為 ~，（ I/O） VDDH為 ~ 3. CPU時(shí)鐘： ~ 4. 內(nèi)置 2K字 SRAM 5. 內(nèi)置 32K字 FLASH 6. 可編程音頻處理 7. 晶體振蕩器 8. 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)）耗電僅為 2uA/ 9. 2個(gè) 16位可編