【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒 論 1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1 課題來(lái)源 2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 設(shè)計(jì)思路 3第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 4 傳感器 6 傳感器的選擇 6 熱敏電阻的特點(diǎn) 6 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 7 A/D轉(zhuǎn)換電路 9 多路開(kāi)關(guān)的選擇 9 AD574結(jié)構(gòu)及原理 11 AD574與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 13 顯示接口電路設(shè)計(jì) 14 顯示技術(shù)的發(fā)展及其特點(diǎn) 14 LED顯示接口設(shè)計(jì) 14 輸出控制電路設(shè)計(jì) 16 輸出控制電路元件簡(jiǎn)介 17 輸出控制電路的設(shè)計(jì) 20 簡(jiǎn)易式鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì) 22 8255可編程并行I/O接口設(shè)計(jì) 22 鍵盤(pán)電路及其說(shuō)明 23 復(fù)位電路 25 時(shí)鐘電路 26 報(bào)警電路 26第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 28 主程序設(shè)計(jì) 28 軟件抗干擾設(shè)計(jì) 29 增量式PID算法程序設(shè)計(jì) 30 控制部分程序 32 鍵盤(pán)模塊 32 顯示子程序 33 數(shù)據(jù)采集模塊 35第4章 結(jié) 論 36參考文獻(xiàn) 37致 謝 38附 錄Ⅰ 39附 錄Ⅱ 47附 錄Ⅲ 48II第1章 緒 論 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由主體(包括硬件、軟件與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))和被控對(duì)象兩大部分組成，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)因被控對(duì)象、控制算法及采用的控制器結(jié)構(gòu)不同而有所區(qū)別。從常理來(lái)看，控制系統(tǒng)為了獲得控制信號(hào)，要將被控量y與給定值r比較，得到帶偏差信號(hào)e=ry。然后，利用e直接進(jìn)行控制使系統(tǒng)的偏差減小，直到消除偏差，使被控量接近或等于給定值。由于這種控制的控制量是控制系統(tǒng)的輸出，被控量的變化值又反饋到控制系統(tǒng)的輸入端，與作為系統(tǒng)輸入量的給定值相減，所以稱(chēng)為閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量傳感器對(duì)被控對(duì)象的被控量（如溫度、壓力、流量、成分、位移等物理量）進(jìn)行測(cè)量，再由變送器將測(cè)量元件的輸出信號(hào)變換成一定形式的電信號(hào)，反饋給控制器?？刂破鲗⑴c反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)的工程量與系統(tǒng)的給定值比較，控制器根據(jù)誤差產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，使被控參數(shù)的值與系統(tǒng)給定的值相一致。該類(lèi)負(fù)反饋控制是自動(dòng)控制的基本形式，大多數(shù)控制系統(tǒng)具備這種結(jié)構(gòu)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于它不需要被控對(duì)象的反饋信號(hào)。它的控制是直接根據(jù)給定信號(hào)去控制被控對(duì)象的工作，這種系統(tǒng)本質(zhì)上不具備自動(dòng)消除被控參數(shù)給定值的誤差，控制系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差全部反映在被控參數(shù)上，它與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但性能較差，常用在控制精度要求不高的控制裝置中。自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本功能是信號(hào)的傳遞、處理和比較。這些功能是由傳感器的測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。控制器是控制系統(tǒng)中最重要的部分，它的質(zhì)量決定了控制系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種。控制系統(tǒng)引入計(jì)算機(jī)，就可以充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算、邏輯判斷和記憶等信息處理能力。運(yùn)用微處理器或微控制器的豐富指令，就能編出滿(mǎn)足某種控制規(guī)律的程序，執(zhí)行該程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字量。因此，在這種控制系統(tǒng)中，需要有將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及將數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行控制程序的過(guò)程如下：l 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)于被控參數(shù)在一定的采樣間隔進(jìn)行測(cè)量，并將采樣結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)。l 實(shí)時(shí)對(duì)采集到的被控參數(shù)進(jìn)行處理后，按一定的預(yù)先規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制規(guī)律的計(jì)算，或稱(chēng)決策，決定當(dāng)前的控制量。l 實(shí)時(shí)控制：根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果，將控制信號(hào)送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。l 信息管理：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享和管理也介入到控制系統(tǒng)中。上述測(cè)量、控制、運(yùn)算、管理的過(guò)程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)能夠按照一定的動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作，并且對(duì)被控參數(shù)或控制設(shè)備出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)監(jiān)督并迅速做出處理。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由兩大部分組成：一部分為計(jì)算機(jī)輸入通道，另一部分為工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件只要包括：微處理器或微控制器、存儲(chǔ)器數(shù)字I/O口、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器、人機(jī)接口設(shè)備、時(shí)鐘和電源等。它們通過(guò)微處理器或微控制器的地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。 課題來(lái)源在近年來(lái)，計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)十分廣泛。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的智能儀器無(wú)論是測(cè)量的準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、應(yīng)用功能等方面或在解決測(cè)試技術(shù)問(wèn)題的深度及廣度方面都有了巨大的發(fā)展，以一種嶄新的面貌展現(xiàn)在人們的面前。隨著大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在測(cè)試技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能儀器有了更大的發(fā)展。測(cè)試儀器的智能化已是現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的主流方向。孵化是家禽生產(chǎn)的重要一環(huán)，孵化率的高低直接關(guān)系到商業(yè)孵化場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，并且對(duì)雛雞的成活率和雛雞今后生產(chǎn)性能等都有重要的影響。尤其對(duì)于規(guī)模較大的孵化場(chǎng)來(lái)說(shuō)，種蛋孵化率是獲取經(jīng)濟(jì)效益的決定性因素之一。在養(yǎng)雞業(yè)日益發(fā)展的今天，家禽企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，現(xiàn)在的競(jìng)爭(zhēng)除了技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)之外，最重要的就是成本的競(jìng)爭(zhēng)，想方設(shè)法提高孵化率，降低孵化成本，是增強(qiáng)大型孵化場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。家禽的孵化原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，主要是提供雞蛋到雛雞轉(zhuǎn)變所需要的條件，因此，抓好孵化過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的管理工作，盡可能地為孵化提供最佳的條件，孵化率就能夠得到保障。本設(shè)計(jì)要完成的是孵化場(chǎng)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容種蛋孵化需要適宜的環(huán)境條件，其中最關(guān)鍵的是溫度。雞胚對(duì)溫度非常敏感，溫度必須控制在一個(gè)非常窄的范圍內(nèi)，℃，若溫度過(guò)高，胚胎代謝過(guò)于旺盛，產(chǎn)生的水分和熱量過(guò)多，種蛋失去的水分過(guò)多，可導(dǎo)致死胚增多，孵化率和健苗率降低；溫度過(guò)低，胚胎發(fā)育遲緩，延長(zhǎng)孵化時(shí)間使胚胎不能正常發(fā)育，也使孵化率和健苗率降低。孵化溫度與蛋的品種、大小、保存時(shí)間以及種雞日齡等因素有關(guān)，℃。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有多路實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度參數(shù)電路設(shè)計(jì)，輸出控制電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)。預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)是對(duì)小雞孵化場(chǎng)溫度參數(shù)進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，將檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行處理后輸入單片機(jī)，將各點(diǎn)溫度進(jìn)行顯示，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間，采用PID算法，輸出控制信號(hào)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)孵化場(chǎng)溫度的自動(dòng)控制。單片機(jī)軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度，孵化場(chǎng)溫度的上下限能用鍵盤(pán)設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)報(bào)警、控制等多種功能。本方案選用89C51芯片（內(nèi)部含有4KB的EEPOM），不需要向外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。鍵盤(pán)設(shè)定系統(tǒng)復(fù)位數(shù)據(jù)采集89C51單片機(jī)數(shù)據(jù)顯示報(bào)警系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器可控硅負(fù)載 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介鑒于控制的復(fù)雜性和兼顧顯示、報(bào)警、閉環(huán)控制等較高要求，本設(shè)計(jì)決定用單片機(jī)作為中心控制器。現(xiàn)流行的單片機(jī)有很多種，其中MCS51系列以較高的性?xún)r(jià)比博得很多用戶(hù)的青睞。所以，本系統(tǒng)采用美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的89C51型單片機(jī)，由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)并具有4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，使得它應(yīng)用起來(lái)更加方便。其功能特性如下所述：l 8位CPU； l 內(nèi)含4KBytes的程序存儲(chǔ)器；l 內(nèi)含256KBytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；l 程序存儲(chǔ)器可外部擴(kuò)展至64Kbytes；l 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可外部擴(kuò)展至64Kbytes；l 一組全雙工的串行口；l 兩組16位計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器；l 五個(gè)具有可編程為2層中斷優(yōu)先權(quán)的中斷源；l 具有邏輯運(yùn)算能力；l 32條雙向且可被獨(dú)立尋址的I/O；l 具有時(shí)鐘振蕩電路。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展89C51型單片機(jī)片內(nèi)有128B的RAM，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用MCS51單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。MCS51系列單片機(jī)最大可擴(kuò)展64KB。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于在實(shí)際應(yīng)用中，需要擴(kuò)展的容量不大，所以一般情況采用靜態(tài)RAM。6264靜態(tài)RAM擴(kuò)展6264是8K8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率200mW，典型存取時(shí)間200ns，為28線(xiàn)雙列直插式封裝，,。A0～A12地址線(xiàn)I/00～I(xiàn)/07雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)片選線(xiàn)1片選線(xiàn)2寫(xiě)允許線(xiàn)讀允許線(xiàn) 6264引腳圖 工作方式選擇方 式D0～D7H未選中（掉電）高阻L未選中（掉電）高阻HLHH輸出禁止高阻HLHL讀DOUTLLHH寫(xiě)DINLLHL寫(xiě)DIN 6264與89C51硬件連接 傳感器傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)中與被測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的部分，是信息輸入的窗口，它為檢測(cè)系統(tǒng)提供必要的原始信息。檢測(cè)系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量也往往是由傳感器的性能一次性確定。為了能使其輸出在精度要求范圍之內(nèi)反映被測(cè)量，傳感器必須具備一定的基本特性，因?yàn)橹挥羞@樣，傳感器的輸出才能作為其輸出的量度。傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間的關(guān)系特性，一般分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性?xún)深?lèi)。當(dāng)被測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化很慢時(shí)，可用一系列靜態(tài)參數(shù)來(lái)描述和表征傳感器的靜態(tài)特性。當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間變化很快，可用一系列動(dòng)態(tài)參數(shù)來(lái)描述和表征傳感器的動(dòng)態(tài)特性。 傳感器的選擇熱電阻傳感器主要用于測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù),在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用于測(cè)量200℃～+500℃,熱電阻可以分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩類(lèi),前者稱(chēng)為熱電阻,后者稱(chēng)為熱敏電阻。以熱電阻或熱敏電阻為主要器件制成的傳感器稱(chēng)為熱電阻傳感器或熱敏電阻傳感器。根據(jù)本設(shè)計(jì)中所需要測(cè)量的溫度范圍、敏感度、精確度以及考慮其經(jīng)濟(jì)性，熱敏電阻傳感器為最合適的測(cè)溫元件。由金屬氧化物的粉末按照一定比例混合燒結(jié)而成的熱敏電阻是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測(cè)溫元件。熱敏電阻的工作原理很簡(jiǎn)單,即在溫度的作用下,熱敏電阻的有關(guān)參數(shù)將發(fā)生變化,從而變換成電量輸出。以具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻為例,這類(lèi)熱敏電阻隨著溫度的上升而阻值下降,并在下降過(guò)程中把溫度量的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化。熱敏電阻的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)熱敏電阻按其對(duì)溫度不同反應(yīng)可分負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）三類(lèi)。這三類(lèi)熱敏電阻電阻率與溫度 t之間的相互關(guān)系為非線(xiàn)性。熱敏電阻可根據(jù)使用要求封裝成各種形狀的探頭,如珠狀、片狀、桿狀、針狀及錐狀等。 熱敏電阻的特點(diǎn)熱敏電阻是溫敏元件，其感溫過(guò)程遵從熱傳遞原理,用熱平衡方程描述,熱敏電阻是參數(shù)式敏感元件,需將敏感元件的輸出信號(hào)變換為電量參數(shù),故接口電路必須外加電源。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),最大的不足是非線(xiàn)性高。 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)熱敏電阻接口變換是最佳的線(xiàn)性化設(shè)計(jì)，最關(guān)鍵問(wèn)題是擬合直線(xiàn)的選擇方法問(wèn)題。選擇擬合直線(xiàn)方法不同，設(shè)計(jì)的方法也不同，測(cè)量的精度不同。本設(shè)計(jì)采用的是熱敏電阻電橋接口變換。電橋輸出構(gòu)成運(yùn)放差輸入，可獲得對(duì)地為零輸出電壓。電橋是運(yùn)放的輸入信號(hào)源，考慮信號(hào)源內(nèi)阻影響，可做等效變換。 電橋與運(yùn)放級(jí)聯(lián) 等效電路 （21） （22） （23） （24）輸入溫度0℃～50℃，輸出電壓0V到10V。為避免熱敏電阻加熱效應(yīng)取。 熱敏電阻參數(shù)及輸出電壓溫度（℃）0102025304050。 傳感器電路圖取，，輸出電壓值如列表，輸出電壓特性:輸出為S形曲線(xiàn)；具有S形非線(xiàn)性誤差，最大誤差為+150mv。，圖中用于零點(diǎn)調(diào)整，用于溫度調(diào)整。 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換接口是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前向通道的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號(hào)源中采集信號(hào),并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。因此,完成數(shù)據(jù)采集應(yīng)具備下述基本部件:模擬多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和信號(hào)調(diào)節(jié)電路,采樣/保持放大器,模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器,通道控制電路。前向通道中,被測(cè)物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào),而每一種傳感器都有與之配套的接口電路, 接口電路再將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用來(lái)完成多路模擬信號(hào)的切換,信號(hào)調(diào)節(jié)則是將微弱的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成能滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號(hào)。為了減少動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差,需要加入采樣/保持電路。因此,數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)不僅僅限于是單純A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口設(shè)計(jì),還必須綜合考慮傳感器到CPU的全過(guò)程。 多路開(kāi)關(guān)的選擇在計(jì)算機(jī)測(cè)量及控制系統(tǒng)中,往往需要對(duì)多路或多種參數(shù)進(jìn)行采集和控制。由于計(jì)算機(jī)的工作速度很快，而被測(cè)參數(shù)的變化比較慢，所以，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可供幾十個(gè)回路使用。但是，計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻只能接受一個(gè)通道的信號(hào)，因此必須通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，使各路參數(shù)分時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)。此外，在模擬量輸出通道中，為了實(shí)現(xiàn)多回路控制，需要通過(guò)多路開(kāi)關(guān)將控制量分配