基于單片機的恒溫箱智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案(參考版)
2025-05-06 22:34本頁面
【正文】 在此還要感謝所有的老師，為我打下了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)，這對我以后的工作有很大的幫助；還要感謝我所有的同學(xué)，感謝大家的支持和鼓勵。在軟、硬件的設(shè)計和撰寫論文的過程中，同學(xué)們也給了我很大的幫助，尤其在硬件設(shè)計中，他們的建議使我的思維開闊了許多，在此表示感謝。在此向宗老師致以最誠摯的謝意。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，因為經(jīng)驗匱乏，設(shè)計會有一些不完美的地方，如果沒有宗棟老師的監(jiān)督指導(dǎo)，想完成此設(shè)計是極難想象的。對工程的設(shè)計過程也有了初步的了解，開發(fā)流程的每個環(huán)節(jié)都做了很好的學(xué)習(xí)，這對以后工作非常有幫助。如對于溫度的檢測過程中，信號的放大和讀入不夠準確，在模擬電路的處理方面，對于模擬信號處理經(jīng)驗不足，信號的準確度不夠高，導(dǎo)致了溫度的檢測不夠真實，所以控制的效果不是很好。該系統(tǒng)采用模糊PID控制實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定值一定程度時，發(fā)出報警。由鍵盤來控制數(shù)據(jù)之間的選擇，并通過鍵盤增加和減少設(shè)定值。結(jié) 論恒溫箱智能控制系統(tǒng)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器作為測溫器，將溫度信號轉(zhuǎn)換成電流信號。 軟件程序調(diào)試軟件程序的調(diào)試對于硬件來說就比較容易，程序的調(diào)試只要改一下代碼就可以了，不像硬件那樣需要改電路，51單片機的仿真可以用仿真器，所以在改變程序的代碼后，只要執(zhí)行一下，就可以看到改變程序后的效果，但是調(diào)試程序要有很好的邏輯思路，程序執(zhí)行到哪里都要知道硬件電路的效果，比如用示波器看看波形對不對、用萬用表測一下電壓等，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，軟件和硬件是不能單獨調(diào)試的，還要結(jié)合起來一起考慮。 硬件電路的調(diào)試在硬件電路的調(diào)試中，最值得注意的是電源的部分，因為電路的設(shè)計時不可能都做成PCB電路板再做調(diào)試，一般為了調(diào)試的速度，都是只做個草草的電路只是用來測試一下電路的效果是不是令人滿意，如果達到了我們想要的效果，這個電路就是對的了，然后再用各種方法測試它的穩(wěn)定性，如完全成功，再焊接好電路，或是制作成PCB電路板，電路的調(diào)試不是把所有的電路都做到一起再調(diào)試效果，一般都是把一個復(fù)雜的電路分成幾個小的模塊，分別對每個模塊做調(diào)試，從最基本的模塊做起，測試成功后就做與其相聯(lián)系的模塊，另一個模塊做好調(diào)試成功后再將兩個模塊連接到一起，連起來才能較好的完成一個復(fù)雜的系統(tǒng)。本系統(tǒng)程序的設(shè)計有許多需要考慮的模塊，比如數(shù)據(jù)的顯示處理程序，在液晶的顯示中，沒有對數(shù)據(jù)整體的顯示功能，它只能對一個幾位的數(shù)據(jù)進行分位顯示，這就要編程中將數(shù)據(jù)的各個位的數(shù)提出來，然后再把它分別送入液晶中顯示出來，在現(xiàn)實的處理中可以很簡單，但是CPU在處理乘除運算時是靠移位的處理方法實現(xiàn)的，所以一個大數(shù)的乘除對于單片機是一個非常復(fù)雜的過程，如果一個系統(tǒng)要進行很多的乘除運算，那么CPU的運算量會很大，會大大的降低CPU的執(zhí)行速度在單片機系統(tǒng)中，還有很多需要處理的信號，相對應(yīng)的也都有軟件的設(shè)計技巧，這就要多學(xué)習(xí)一些別人作的程序，看看他們作的哪個地方值得我們?nèi)W(xué)習(xí)，那些地方我們可以做的更好，用這種方法使自己的編程思路更開闊。此三個按鍵的程序構(gòu)圖如圖44 所示。圖44 按鍵讀取程序框圖本系統(tǒng)鍵盤數(shù)量少，所以在軟件的設(shè)計中，我們選用查詢的方式設(shè)計鍵盤的程序，可以減少CPU的資源的使用，且能滿足流程的安排，根據(jù)系統(tǒng)需要，設(shè)計鍵盤的作用分別為數(shù)據(jù)的選擇、設(shè)定值加和設(shè)定值減，在程序的設(shè)計中，系統(tǒng)的設(shè)定值不是說加多少就能加多少的，本系統(tǒng)溫度的最高值在80℃，因此設(shè)定值加鍵只能加到80℃就不能再加了，同理設(shè)定值減也只能到30℃。這樣，我們的數(shù)據(jù)就可以十分準確的顯示在顯示器上面了。在這里，介紹一下數(shù)據(jù)處理的過程，系統(tǒng)取到一個待顯示的數(shù)據(jù)后，第一步將這個數(shù)除以1000取整（/1000），得到的值就是千位的值，第二步將這個數(shù)除以100（/100）模10（％10），得到的值就是百位的值，第三步將這個數(shù)除10（/10）模（10）,得到的值就是十位的值，第四步將這個數(shù)模10，得到的數(shù)就是個位的值。圖43 溫度控制框圖 顯示程序介紹恒溫箱智能控制系統(tǒng)用TM240128A液晶顯示器作為顯示部分，本液晶內(nèi)部有數(shù)字和英文字母以及符號的字庫，在刷新數(shù)據(jù)時，要用到數(shù)字的字庫，但是在顯示數(shù)據(jù)時，不可以直接傳送一個幾位的整數(shù)，更不能寫入帶浮點的小數(shù)，因為其內(nèi)部只有單個的數(shù)字的字模，系統(tǒng)只能將一個整數(shù)拆開，比如：1234，系統(tǒng)要拆成“1”、“2”、“3”、“4”然后分別送入液晶顯示器才能顯示出來，浮點數(shù)還要把浮點傳送進去才行。此時系統(tǒng)完成一個周期的溫度控制過程。延時減少100μS。導(dǎo)通角每增加1℃定時器時間延長100μS。在溫度的控制中，還要考慮到過零檢測信號的輸入，所以本系統(tǒng)中溫度的控制是一個難點，再有就是PID處理后的輸出量的處理，在數(shù)學(xué)公式中這些都是十分好算的，但是在編程的實現(xiàn)中，這些沒有實際所想象的那樣容易。用AD590作為檢測元件，其檢測速度較快，本系統(tǒng)用到的A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543對電壓的轉(zhuǎn)換是滯后的，所以在檢測的過程中，溫度的測量是前一時刻的瞬時值，但因為溫度的變相比之下非常緩慢，所以這種系統(tǒng)可以滿足對溫度的測量速度要求。在這里，只對主程序的框圖進行初步的分析，其中的具體模塊程序會在以后的幾節(jié)中進行介紹。其中初始化包括定時器、液晶的初始化和變量的初始化；通過數(shù)據(jù)選擇按鍵來控制設(shè)定溫度、上限報警溫度和下限報警溫度的選擇，然后用設(shè)定值加和設(shè)定值減按鍵來調(diào)節(jié)設(shè)定值，這種方法不會影響系統(tǒng)，還省去了系統(tǒng)資源。 主程序框圖恒溫箱控制系統(tǒng)主程序的順序應(yīng)該先初始化系統(tǒng)，如把晶閘管關(guān)閉、初始化液晶、初始化定時器等等，這些都是為系統(tǒng)下一步做好運行的準備；然后是程序的正式運行， CPU做的應(yīng)該是數(shù)據(jù)的讀取、處理、輸出。一個成功的編程人員所編的程序是十分容易理解的，這不光要寫的有條理，還要適當(dāng)?shù)募右恍┳⑨?，因為一個大的程序一個程序員是不能完成的，需要一個團隊共同完成，這樣如果自己編的程序只有自己才能看懂的話就不能與別人的程序很好的接口。圖41 TLC2543時序圖AT89C52的I/O接口內(nèi)部有上拉電阻，所以在程序中只對I/O口寫“1”或?qū)憽?”即可完成如圖42的時序圖，使TLC2543正常的工作。 A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計恒溫箱控制系統(tǒng)對溫度的采集使用的傳感器的AD590，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路后，進入A/D轉(zhuǎn)換器。在程序的運行中，如果顯示漢字多，液晶的數(shù)據(jù)傳輸量就很大，所以在程序設(shè)計中，固定不變的字要使用初始化的方法寫入，這種方法在程序的執(zhí)行中只在程序的初始化中才執(zhí)行，而在初始化過后這些漢字不變，沒有必要循環(huán)寫入。 液晶顯示程序的設(shè)計恒溫箱控制系統(tǒng)的顯示選用液晶TM240128A作為顯示器，其內(nèi)部沒有字庫，所有的漢字都要自行編寫。這樣按鍵較少，不必使用行列式鍵盤，在程序的設(shè)計中，用查詢的方式對這三個鍵子的狀態(tài)進行判斷，硬件電路中沒有加入消抖電路，所以在程序中，使用延時的方法消除按鍵的抖動和誤動作。下面我們就來分析一下本系統(tǒng)的控制方案。具體選取某種濾波，必須依據(jù)信號變化的規(guī)律選擇。采集數(shù)據(jù)誤差的軟件處理用程序濾波算法，可以濾掉一部分由于輸入信號干擾所帶來的輸出控制類錯誤。(3)設(shè)置自檢程序技術(shù)
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