【正文】 南 昌 工 程 學 院畢 業(yè) 設 計 (論 文)機械與電氣工程學院 系 電氣自動化技術 專業(yè)畢業(yè)設計（論文）題目 基于單片機的水箱溫度自動控制系統(tǒng)設計 學 生 姓 名 張強 班 級 08電氣自動化技術 學 號 2008010024 指 導 教 師 賈興建 完 成 日 期 2011 年 6 月 14 日0基于單片機的水箱溫度自動控制系統(tǒng)設計Design for Constant Temperature System Of Intelligent Based on MCU System 總計 畢業(yè)設計（論文） 31 頁 表 格 0 個插 圖 25 幅27摘 要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活、工作、科研、各個領域，已經成為一種比較成熟的技術。 本文主要介紹了一個基于AT89C51單片機的恒溫控制系統(tǒng)，詳細描述了系統(tǒng)數(shù)學模型的建立過程和實現(xiàn)方法，畫出了各個子程序的工作流程圖。該系統(tǒng)通過硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了對水箱溫度進行實時監(jiān)測、實時控制、實時顯示及越限報警等功能。DS18B20作為溫度傳感器與AT89C51結合實現(xiàn)溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。關鍵詞：AT89C51 DS18B20 恒溫水箱 PID AbstractWith the era of progress and development, microcontroller technology has spread to our lives, work, research in various fields, has bee a relatively mature technology. In this paper, based on AT89C51 microcontroller, a temperature control system, a detailed description of the process of building mathematical model and method, draw a flow chart of the various routines of work. The system hardware and software systems to achieve a realtime monitoring of water temperature, realtime control, realtime display and alarm function more limited. AT89C51 DS18B20 as a temperature sensor bined with the realization of the temperature detection system, the system is simple, antiinterference ability, suitable for harsh environments spot temperature measurement, a wide range of applications.Key words: AT89C51。 PID。 constant temperature water tank。 DS18B20目錄摘 要 IIAbstract III第一章 緒 論 1 課題背景 1 國內外恒溫控制技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1 國外恒溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1 國內恒溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 2第二章 恒溫水箱控制系統(tǒng)總體方案設計 3 3 一位式的模擬控制方案 3 二位式的模擬控制方案 3 PID算法控制方案 4 恒溫水箱控制系統(tǒng)工作原理 5第三章 恒溫水箱控制系統(tǒng)硬件設計 6 單片機主控模塊 6AT89C51單片機簡介 6 AT89C51各引腳功能說明 6 AT89C51單片機主要性能參數(shù) 7 AT89C51單片機最小系統(tǒng) 7 主電源模塊 9 溫度采集模塊 9 9 DS18B20與單片機的接口電路 10 按鍵輸入模塊 11 繼電器控制模塊 11 固態(tài)繼電器SSR工作原理 11 繼電器控制電路圖 12 顯示模塊 13 14 串行通信接口模塊 15第四章 恒溫水箱控制系統(tǒng)軟件設計 16 工作流程 16 建立數(shù)學模型 16 模擬控制系統(tǒng)的PID算法 17 增量式PID算法 18 程序模塊 20 主程序 20 溫度傳感器驅動子程序 20 鍵盤掃描處理程序 21 溫度檢測與控制子程序 22 23總 結 25參考文獻 26致 謝 27南昌工程學院?？飘厴I(yè)設計（論文）第一章 緒 論 課題背景溫度是工業(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、機械制造等領域，恒溫控制系統(tǒng)被廣泛應用于加熱爐、熱處理爐、反應爐等。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結測溫電路經過相應的信號調理電路，轉換成A／D轉換器能接收的模擬量，再經過采樣／保持電路進行A／D轉換，最終送入單片機及其相應的外圍電路，完成監(jiān)控。但是由于傳統(tǒng)的信號調理電路實現(xiàn)復雜、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計，采用PID算法來控制PWM波形的產生，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），不需復雜的信號處理電路和A／D轉換電路就能直接與單片機完成數(shù)據采集和處理，實現(xiàn)方便、精度高，可根據不同需要用于各種場合。在日常生活中，也經常用到電烤箱、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指標，從而大大提高產品的質量，現(xiàn)以恒溫水箱控制系統(tǒng)的設計進行介紹。 國內外恒溫控制技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 隨著計算機控制技術的發(fā)展，恒溫控制己在工業(yè)生產領域中得到了廣泛應用，并取得了巨大的經濟和社會效益。在不同的領域內，由于控制環(huán)境、目標、成本等因素，需要針對具體情況來設計系統(tǒng)結構和功能，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在工業(yè)生產、商業(yè)運營中是一個重要研究課題。 國外恒溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢自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和計算機技術的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設計方法發(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、美國、德國、瑞典等國技術領先，并且都生產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)在國內各行各業(yè)的應用已經十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器及技術來講，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。 國內恒溫控制的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 我國目前在恒溫控制技術這方面總體技術水平處于20世紀80年代中后期水平，成熟產品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復雜、時變的溫度系統(tǒng)控制。在適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表領域內，國內技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。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、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結晶以及空氣流動等物理和化學過程。而恒溫控制技術在工業(yè)領域應用非常廣泛，由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點,它對控制調節(jié)器要求較高。其溫度控制不好就可能引起生產安全，產品質量和產量等一系列問題。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)技術的快速發(fā)展及其在各個領域的廣泛應用，人們對電子產品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術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，在各個領域、各個行業(yè)都得到了廣泛應用。第二章 恒溫水箱控制系統(tǒng)總體方案設計本章提出了對恒溫控制的幾種方案，根據恒溫水箱控制系統(tǒng)的控制要求及技術指標，結合這幾種方案的性能特點，最后選定以單片機為主控制器，增量式的PID算法進行調整控制PWM波形產生的方案三作為本控制系統(tǒng)的總體方案。 一位式的模擬控制方案此方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設定給定值，反饋的溫度值和設定值比較后，決定加熱或不加熱。其特點是電路簡單，易于實現(xiàn)，但是