【正文】 器并同時關(guān)斷制冷器。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 8 頁 共 45 頁 線性控溫法 這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的 PID調(diào)節(jié)器控制原理， PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。其中數(shù)字 PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定，因此具有 較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。 為了克服 PID線性控溫法的弱點，人們相繼提出了一系列自動調(diào)整 PID參數(shù)的方法， PID參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。尤其是模糊控溫法在實際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的被控對象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定 。 (3)按鍵 設(shè)置控制水溫，設(shè)定值與實際測量值之間誤差 為 177。 (6)可以任意設(shè)置溫度上下限報警。圍繞 181?！痭SP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的 ROM、 RAM 和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。 綜合比較上述兩種方案，本系統(tǒng)選擇方案二。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設(shè)計需要用到 AD轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。在0— 100℃時，最大線形偏差小于 1℃。既可以單獨對多 DS18B20控制工作，還可以與 PC 機通信上傳數(shù)據(jù)，另外 AT89S52 在工業(yè)控制上也有 著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 由圖可知 PID 調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值 w 與實際輸出值 y 進(jìn)行比較構(gòu)成偏差 圖 模擬 PID 控制 ywe ?? 并 將其比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。積分作用可消除被調(diào) 量的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會使系統(tǒng)振蕩甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定 ； 微分作用能有效 的減小動態(tài)偏差。 方案二： 采用 自動控制 由單片機從 DS18B20 讀取出所測量出的溫度數(shù)值，然后通過軟件程序進(jìn)行判斷，控制固態(tài)繼電器 SSR 的通斷，再控制加熱棒是否加熱，從而實現(xiàn)實時 檢測 并精準(zhǔn)控制溫度的目的。 溫度設(shè)置模塊電路方案的選擇與論證 方案一： 采用矩陣鍵盤 矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤 。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 12 頁 共 45 頁 方案二： 采用獨立式按鍵 每個按鍵的電路都是 獨立的，占用一條數(shù)據(jù)線，上拉電阻保證了按鍵 斷開時， I/O 口線有確定的高電平。 綜上所述 ，本系統(tǒng)只需要三個按鍵，故選擇方案二。顯示非常細(xì)膩，但相對來說，成本也較高。 綜上所述 ，考慮到本系統(tǒng)只需要對溫度進(jìn)行顯示，故選擇方案二。 第 3 章 系統(tǒng)總體框圖 設(shè)計 系統(tǒng)硬件 框圖設(shè)計 此次設(shè)計旨在 開發(fā)一種 簡單 實用、性能穩(wěn)定可靠的 熱水器溫度 控制 系統(tǒng) ，控制對象 為 250W 左右 的加熱 棒。 本系統(tǒng)主要分 七 大模塊：微處理器模塊、溫度檢測模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊、報警模塊，電路整體框圖如圖 所示。其電路原理圖如圖 所示。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 ： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 單片機最小系統(tǒng)由AT89S5時鐘電路和復(fù)位電路組成。溫度檢測 模塊電路如圖 所示。 DS18B20 的主要特性 ： （ 1） 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源 方式 下可以由數(shù)據(jù)線供電。 （ 5） 溫度測量范圍 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃的精度為177。 （ 7） 溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化快，在 9 分辨率是最多在 93075ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 分辨率是最多在 75ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字。當(dāng)溫度未達(dá)到要求時，單片機發(fā)送高電平信號使三極管飽和導(dǎo)通，繼電器使電源與電熱 棒 接通，電熱 棒 加熱 ，溫度 隨之 慢慢升高。 其原理是：當(dāng)繼電器突然斷電時，繼電器產(chǎn)生很大的反向電流。 R R R10 為上拉電阻 。發(fā)光報警電路由 LED 發(fā)光二極管和限流電阻組成。 圖 報警模塊電路 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 20 頁 共 45 頁 溫度顯示 模塊 電路設(shè)計 溫度顯示模塊電路采用四位共陰 LED 數(shù)碼管，單片機的 P0 口外接上拉電阻來提高驅(qū)動能力。 溫度顯示模塊電路如圖 所示。 系統(tǒng)程序主要有：系統(tǒng)主程序、溫度讀取子程序、溫度計算子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、溫度顯示數(shù)據(jù)子程序和按鍵掃描 處理 子程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 所示。 溫度計算子程序流程圖如圖 所示。顯示數(shù)據(jù)刷新子程序如圖 所示。 圖 按鍵掃描處理子程序流程圖 N N Y N Y Y 調(diào)用顯示子程序 報警溫度減 1 SET 鍵按下 顯示切換標(biāo)志位是否為“ 0” 報警溫度加 1 ADD 鍵 是否按下 DEC 鍵 是否按下 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 26 頁 共 45 頁 第 6 章 系統(tǒng) 仿真調(diào)試 仿真 軟件 Proteus 簡介 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。 2. 提供了多種虛擬儀器。 Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機 CPU 的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 27 頁 共 45 頁 系統(tǒng)仿真調(diào)試 過程 系統(tǒng)最重要的兩個部分就是軟件部分和 硬件 部分。 當(dāng)實際水溫溫度小于或 等于所設(shè)置的下限溫度值時， D1 發(fā)光報警，蜂鳴器發(fā)聲報警，繼電器 SSR 閉合，加熱棒開始加熱。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 28 頁 共 45 頁 圖 圖 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 29 頁 共 45 頁 當(dāng)實際水溫溫度大于所設(shè)置的上限溫度值 90℃ 時， D1 發(fā)光報警，蜂鳴器發(fā)聲報警，繼電器 SSR 斷開，加熱棒停止加熱。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 30 頁 共 45 頁 設(shè)計總結(jié) 在完 成此次設(shè)計的過程中，我花費了不少的時間和 精力 ，其中也遇到過不少困難和問題 。 系統(tǒng)通過 DS18B20 實時檢測電熱棒所加熱的水溫溫度，由單片機 AT89S52從 DS18B20讀取出所測量出 的溫度數(shù)值，然后通過軟件程序進(jìn)行判斷 來 控制固態(tài)繼電器 SSR 的通斷，再控制加熱棒是否加熱，從而實現(xiàn)實時檢測并精準(zhǔn)控制水溫的目的。同時，也可以當(dāng)作溫度處理模塊，嵌入到其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴 展。但是由于 我 的設(shè)計經(jīng)驗和 專業(yè) 知識水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷 。 一直以來， 我就是一個電子愛好者。討論專業(yè)知識和技能，相互學(xué)習(xí)、促進(jìn)， 提升自身 專業(yè)技能。大學(xué)三年，我也一直在有計劃的學(xué)習(xí)。 但值得慶幸的是， 我的大學(xué)時光并沒有在渾渾噩噩中度過?，F(xiàn)在，我已 不再恐懼遇到問題，而是 慢慢地學(xué)會了發(fā)現(xiàn)問題 后 ， 如何更好的去 分析問題，解決問題。因為，我 心里 知道，一個真正用心讀過大學(xué)的人跟一個沒有步入過大學(xué)的人， 在認(rèn)知上就 已經(jīng)有了差距。 感謝 父母 ，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩， 恩重如山 ；感謝 XXX、 XXX、 XXX、 XX 和 XX 等老師在專業(yè)上的指導(dǎo)，當(dāng)我遇到困難時， 是你們讓我 有種撥云見日的 欣喜 ；感謝XXX、 XX、 XXX 和 XX 學(xué)長，在學(xué)習(xí)、社團(tuán)工作和生活中，給我的大力長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 32 頁 共 45 頁 支持和幫助，是你們 的 引導(dǎo)，讓我在大學(xué)中 很快 找到了自己的航向 ，沒有把 電腦當(dāng)成玩具 而渾渾噩噩的度過大學(xué)時光 ； 感謝 XXX、 XXX 和XXX 同學(xué)在社團(tuán)工作中的幫助和支持，是你們的支持和幫助，讓我很好的完成了社團(tuán)的工作，鍛煉了自身的交流、協(xié)調(diào)和組織能力；感謝XXX、 XX、 XXX 和 XXXX 同學(xué)在生活中的關(guān)心和幫助， 是你們的關(guān)心和幫助，讓我感受到了濃濃的室友之情和大學(xué)生活的 其樂融融 ?！蹲詣訖z測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》，機械工業(yè)出版社， 2020（ 1） [3] 馬忠梅，籍順心，張凱等?！?C 程序設(shè)計》，清華大學(xué)出版社 [7] 郭天祥。《 Protel DXP 2020 SP2 印制電路板設(shè)計實用教程》，機械工業(yè)出版社， 2020（ 2） 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 34 頁 共 45 頁 附錄 1 原理圖與 PCB 圖 PCB 圖： 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 35 頁 共 45 頁 原理圖： 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 36 頁 共 45 頁 附錄 2 元器件清單 元器件名稱 型號 /大小 個數(shù) 單片機 AT89S52 1 石英晶振 1 瓷片電容 15pF 2 電解電容 10uF 1 電阻 2W/10K 4 排阻 510 1 兩孔插座 220V/10A 3 電源開關(guān) 220V/10A 1 整流二極管 1N4007 4 瓷片電容 22nF 4 瓷片電容 100nF 3 電解電容 2200uF/50V 1 電解電容 47uF/25V 1 電阻 2W/470 1 發(fā)光二極管 紅色 1 穩(wěn) 壓模塊 LM7805 1 電阻 2W/1K 1 三極管 8050 1 二極管 1N4148 1 固態(tài)繼電器 220V/5A 1 輕觸開關(guān) 3 LED 數(shù)碼管 四位共陰極 1 溫度傳感器 DS18B20 1 電阻 2W/4K7 1 電阻 2W/510 1 電阻 2W/5K1 1 電阻 2W/2K 1 三極管 8550 1 蜂鳴器 1 發(fā)光二極管 綠色 1 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 —— 第 37 頁 共 45 頁 附錄 3 參考程序 //*****宏定義 *****// include include//_nop_()。//LED sbit JDQ=P1^3。 sbit w3=P2^3。//溫度減 int temp1=0。 //************段碼顯示 *************// uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09}。//讀出溫度暫放 uchar data display[5