數字pid溫度控制電熱器c51程序機電工程系畢業(yè)設計畢業(yè)論(已修改)
2025-06-18 22:50 本頁面
【正文】 機電工程系 課程設計 共 18 頁 第 1 頁 機 電 工 程 系 畢 業(yè) 論 文 設 計 題 目 : 數字 PID 溫度控制電熱器 __________________________________________________________ 機電工程系 課程設計 共 18 頁 第 2 頁 題目： 環(huán)境 溫 度 控制系統(tǒng) —— 硬件電路 部分 摘要： 本系統(tǒng)是基于和單片機的 AT89C51 單片機控制系統(tǒng)，能夠實現一定質量的水在一定溫度范圍內的溫度維持，并可通過液晶設置、顯示溫度，實現人機互動。同時本系統(tǒng)配備有經過精心設計的基于 VB 及 VF 的計算 機輔助分析軟件，分別用于數據的實時讀取記錄，和水溫數據的數據庫管理 。 關鍵詞（主題詞）： AT89C5 PWM 控制、 PID 算法、 DS18B20 傳感器、數據實時采集、 補碼，雙向可控硅。 一、 設計目的 （ 1）溫度設定范圍為 40～ 90℃，最小區(qū)分度為 1℃，標定溫度≤ 1℃。 （ 2）采用 PID 的控制方法，當設定溫度突變（由 40℃提高到 60℃）時，減小系統(tǒng)的調節(jié)時間和超調量。 （ 3）溫度控制的靜態(tài)誤差≤ ℃。 （ 4） 實時采集溫度值，計算當時實際溫度與所給目標溫度的差值，進行 PID計算后得出加熱通電時間。通過定時器控 制雙向可控硅的通電時間來保證保持預期的溫度 。 二、 對畢業(yè)設計 課題實現方案： 硬件實現總體 框圖 機電工程系 課程設計 共 18 頁 第 3 頁 系統(tǒng)框圖 主控制器 單片機 AT89S51 具有低電壓供電 （ +5V） 和體積小 和工作性能穩(wěn)定 等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統(tǒng)可用蓄電池供電。 顯示電路 顯示電路采用 4 位共陽 LED 數碼管 。 溫度傳感器 DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導體公司最新推 出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現 9~12 位的數字值讀數方式。 DS18B20的性能特點如下： ? 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ? 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現多點組網功能； ? 無須外部器件； ? 可通過數據線供電，電壓范圍為 ~； ? 零待機功耗； ? 溫度以 9 或 12 位數字； ? 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ? 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正 常工作。 主控制器 單片機 AT89S51 預設水溫LED顯示 溫度傳感器DS18B20 實際 環(huán)境 溫 LED 顯示 時鐘振蕩及復位電路 雙向可控硅加熱器 調節(jié)預設水溫按鍵 機電工程系 課程設計 共 18 頁 第 4 頁 三、 主要 電路模塊的實現方案比較及選擇 單片機最小應用系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng) 單片機本身就是一個最小應用系統(tǒng)，由于晶振，開關等器件無法集成到芯片內部，這些器件又是單片機工作所必須的器件，因此單片機與晶振電路及由開關，電阻，電容等構成復位電路就是單片機的最小應用系統(tǒng)。 機電工程系 課程設計 共 18 頁 第 5 頁 加熱控制 加熱控制部分采用開關控制有效功率，如圖所示 ： 加熱控制原理圖 該部分電路主要有兩個作用：弱電 (HT46R24 系統(tǒng) )和強電 (Ac220v)的隔離；對強電的控制 。圖中 Moc3061 是帶過零檢測的光電耦合器， Kl 是功率雙向可控硅 BTA12， RL 是加熱絲， J1 為單片機控制口， J2 接 AC220V。當 J1 為機電工程系 課程設計 共 18 頁 第 6 頁 “ 1”時， Moc3061 工作，其過零電路使內部的雙向可控硅在過零后馬上導通，從而使功率雙向可控硅 Kl 導通，此時電熱絲對水加熱；當 J1 為“ 0”時，MOC3061 不工作， 從而使功率雙向可控硅 KI 截止，電熱絲停止對水加熱。 BTA12 的主要參數如下： 通態(tài)電流 IT(RMS)=12A 浪涌電流 ITSM=120A
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