基于單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-13 19:10本頁面
【正文】 生產(chǎn)、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測量任務(wù)。但溫度是一個模擬量，需要采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，才生使用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。它是多種技術(shù)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的技術(shù)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)和單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，其中還涉及自動控制理論；其具有較精度高、測量誤差較小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本文所要研究的課題是基于單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是介紹了對溫度的控制，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示與控制。而溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由DS18B20檢測溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在LED中顯示。每片DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個DS18B20芯片。同時(shí)DS18S20能提供九位溫度精度，它無需任何外圍硬件便可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)交互部分來共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。（2）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是30℃～90℃。（4）使用單片機(jī)AT89C51控制，通過輸入按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用LED數(shù)碼管顯示。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中很重要的被控參數(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動化、智能化，比過去采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好很多，可控性方面也有了很大的提高。對于這種溫控對象，一般認(rèn)為其具有以下的傳遞函數(shù)形式： （11）方案一（見圖11） 方案一的流程圖此方案是傳統(tǒng)的模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設(shè)定值，反饋的溫度值和設(shè)定值比較后，判定加熱或不加熱。系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法。方案二（見圖12） 方案二的流程圖此方案的控制方式是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想和方案一相同，但由于采用了上下限比較電路，使得在控制精度上有所提高。方案三（見圖13） 方案三的流程圖該方案采用AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)檢測和控制的，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各種控制算法以及邏輯控制，進(jìn)而獲得比極高的控制精度。本方案選用了AT89C51芯片，不需要外擴(kuò)展存儲器，很多硬件設(shè)備也都集成到了AT89C51的內(nèi)部，使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更簡單，實(shí)現(xiàn)更加容易。方案三是采用以單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)，對溫度的控制，可達(dá)到模擬控制達(dá)不到的效果；可以編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能和復(fù)雜的控制算法，可也實(shí)時(shí)的處理各種狀況；并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示和鍵盤設(shè)定功能，提高了系統(tǒng)的智能性和人機(jī)交互性。第2章 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成單元包括：單片機(jī)控制單元、溫度采樣單元、調(diào)節(jié)執(zhí)行單元、顯示單元。它與MCS8051系列單片機(jī)在指令和引腳上完全兼容，因此不僅可完全代替MCS51系列單片機(jī)，而且還能使系統(tǒng)具有許多MCS8051系列產(chǎn)品沒有的功能。程序長度可達(dá)4096字節(jié), 四個可編程的用戶I/O。AT89C51芯片提供了三級程序存儲器來鎖定加密， 提供了方便靈活并且可靠的硬加密手段, 能保證程序或系統(tǒng)不被仿制。1288 位的內(nèi)部RAM, 32 位雙向輸入輸出總線, 兩個十六位可編程定時(shí)器/計(jì)時(shí)器, 5個中斷源, 兩級中斷優(yōu)先級控制, 一個全雙工的異步串行口以及時(shí)鐘發(fā)生器等。間歇模式的是設(shè)置由軟件來執(zhí)行的, 當(dāng)外圍器件仍處于工作模式時(shí), CPU可根據(jù)當(dāng)前的工作狀態(tài)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候地進(jìn)入睡眠狀態(tài), 內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)以及所有特殊寄存器值將將保持原值不變。掉電模式是指當(dāng)VCC（電源電壓）低于電源電壓的下限時(shí), 當(dāng)振蕩器的頻率為0時(shí), CPU 將會停止指令的執(zhí)行。只有當(dāng)VCC（電源）的電壓恢復(fù)到正常工作范圍（高于電壓的下限）而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過外部硬件的復(fù)位，掉電模式則可被終止退出。傳統(tǒng)的方法都是采用移相觸發(fā)的晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角而達(dá)到控制功率大小的效果，不僅同步檢測的電路非常的復(fù)雜，而且會在晶閘管導(dǎo)的通瞬間會產(chǎn)生高次的諧波干擾，引起電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生波形畸變，影響到其他電子設(shè)備和電子通訊系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本設(shè)計(jì)中采用過的零觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通以及關(guān)斷時(shí)間的比值來調(diào)節(jié)功率的大小，因?yàn)檫^零觸發(fā)不會改變電壓的波形而是改變的只是電壓全波通過的次數(shù)，并不會對電網(wǎng)造成干擾，所以，本設(shè)計(jì)采用過零的觸發(fā)方式。 M0C3041邏輯引腳圖可控硅分為單向可控硅和雙向可控硅兩種,由外層的P極與N極引出兩個電極,分別稱為陽極與陰極,由中間的P極引出一個可控硅的控制極G極。要想關(guān)斷此可控硅,只有把可控硅陽極電壓降到某一臨界值或者反向。 與單向可控硅的區(qū)別是,當(dāng)雙向可控硅G極上觸發(fā)脈沖的極性改變時(shí),其導(dǎo)通方向就隨著極性的變化而改變,從 ,所以可控硅有單雙向之分。移位寄存器74LS164的引腳如圖26所示：其引腳功能如下：A、B —— 串行輸入端；Q0～Q7 —— 并行輸出端； —— 清除端，低電平有效；CLK —— 時(shí)鐘脈沖輸入端，上升沿有效。每擴(kuò)展一片164就可增加一位顯示。但是本設(shè)計(jì)為了使電路的設(shè)計(jì)更加簡單易于實(shí)現(xiàn)，采用了4位一體的共陽極數(shù)碼管，因此只能實(shí)現(xiàn)動態(tài)的顯示數(shù)據(jù)。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它包含若干個發(fā)光二極管。這種數(shù)碼管有共陽極與共陰極兩種類型。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，電流導(dǎo)通，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被點(diǎn)亮顯示。本次設(shè)計(jì)所用的LED數(shù)碼管為共陽極的7段數(shù)碼管。靜態(tài)顯示時(shí)取10mA為宜，動態(tài)掃描時(shí)顯示可加大脈沖電流，但一般不都超過40mA。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字
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