基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-08-14 19:43本頁面
【正文】 器的導(dǎo)通和斷開，進(jìn)而控制電阻絲的加熱來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。而且固態(tài)繼電器的性能滿足控制的高頻頻率的要求。所以我最終采用固態(tài)繼電器為控制執(zhí)行的方案。方案二：選用液晶顯示,顯示的內(nèi)容更加的豐富。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用的模塊包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)，LED顯示模塊，溫度采集模塊，控制執(zhí)行模塊，加熱模塊。 復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行。單片機(jī)的外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位?？紤]到本系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式，如圖41所示。STC89C52內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，XTAL1和XTAL2分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。51系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。圖42為晶振電路圖42 晶振電路首先對(duì)LCD和單片機(jī)的連接分配I/O口，LCD的E,RW,。DS18B20溫度傳感器是單總線的結(jié)構(gòu)，和單片機(jī)的通訊只需要一個(gè)I/O口。 LCD 1602顯示模塊在本設(shè)計(jì)中采用LCD 1602來充當(dāng)顯示的作用，對(duì)LCD模塊的電路的設(shè)計(jì)得先了解LCD的各個(gè)引腳然后再設(shè)置其各個(gè)引腳和單片機(jī)連接的的I/O口。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表43所示:表43 LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容根據(jù)LCD1602的引腳定義和資料設(shè)計(jì)了了溫度控制系統(tǒng)的顯示模塊，電路圖如下圖44圖44 溫控系統(tǒng)顯示模塊 1602接口信號(hào)說明1602接口信號(hào)說明如表45所示表45 1602接口說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)口3VO液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5數(shù)據(jù)口5R/W讀寫選擇端13D6數(shù)據(jù)口6E使能端14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口8D1數(shù)據(jù)口 1602操作時(shí)序1602的操作時(shí)序圖（見圖46）圖46 1602操作時(shí)序分析時(shí)序圖可知1602液晶的流程如下（1） 通過RS確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。（3） 將數(shù)據(jù)或命令送至數(shù)據(jù)線。 DS18B20溫度采集模塊的設(shè)計(jì)DS18B20的管腳排列如圖47所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND 為電源地；VDD為外接供電電源輸人端。溫度的分辨率設(shè)置如表49所示。 DS18B20工作時(shí)序圖（1） 初始化（時(shí)序圖見410）圖410初始化時(shí)序（2）寫數(shù)據(jù)（時(shí)序圖見圖411）圖411寫數(shù)據(jù)時(shí)序（3） 讀數(shù)據(jù)（時(shí)序圖見圖412）圖412讀數(shù)據(jù)時(shí)序STC89C52是本溫度控制系統(tǒng)的處理器?？刂茍?zhí)行電路作為單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分，他是將單片機(jī)處理后的數(shù)字控制信號(hào)用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號(hào)通過電路對(duì)控制對(duì)象的控制。本溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用固態(tài)繼電器作為控制電路的器件，通過固態(tài)繼電器可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的電平信號(hào)控制高功率負(fù)載的功能。 PID控制算法溫度控制的PID控制原理是先求出實(shí)際的溫度值與目標(biāo)溫度值的偏差值。本溫度控制系統(tǒng)采用的數(shù)字PID算法是增量式PID算法，增量式PID算法的優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快，可以用單片機(jī)的程序來實(shí)現(xiàn)。被控對(duì)象PID算法執(zhí)行機(jī)構(gòu)Σ 圖414 增量式PID控制系統(tǒng)框圖通過離散化過程，可得離散的PID表達(dá)式為： 41式中：k為采樣序號(hào)，k=0、……；u(k)為第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算輸出值；e(k)為第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k1)為第k1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值。在確定了各個(gè)常量之后，根據(jù)最近的3次偏差即可求出PID控制的增量。面對(duì)不同的控制對(duì)象的PID參數(shù)都是不相同。PID參數(shù)的設(shè)置對(duì)系統(tǒng)的可能的影響如下：1)溫度很迅速就能達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值，但是超調(diào)量很大。2)溫度達(dá)不到目標(biāo)值，長(zhǎng)時(shí)間小于目標(biāo)值。3)基本上能穩(wěn)定在目標(biāo)溫度值上，但上下偏差很大而且經(jīng)常波動(dòng)。PID參數(shù)的調(diào)整步驟為先比例，后積分，再微分的步驟。然后通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的結(jié)果最終確定比較理想的PID參數(shù)值。根據(jù)DS18B20的相關(guān)資料編寫了溫度采集程序，程序流程圖如下圖52讀取1，2節(jié)溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換溫度數(shù)據(jù)初始化DS18B20發(fā)送讀暫存存儲(chǔ)器命令延時(shí)等待溫度轉(zhuǎn)換完成發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令發(fā)送跳過ROM指令收到應(yīng)答脈沖？初始化DS18B20收到應(yīng)答脈沖？ No No 52 溫度采集模塊程序流程圖 LCD顯示程序根據(jù)1602的資料編寫了溫控系統(tǒng)顯示模塊的程序，流程圖如下圖53子程序開始LCD初始化向LCD寫命令向LCD寫數(shù)據(jù)LCD顯示檢測(cè)忙 Yes圖53 顯示模塊程序流程圖6 實(shí)測(cè)結(jié)果下面是PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試數(shù)據(jù)如表61表62及圖63至圖48所示。82800177。7430177。66110177。最后確定PID參數(shù)：KP=1，KI=，KD=10。在以51單片機(jī)為核心，配合其他電路的溫控系統(tǒng)，完成了對(duì)控制對(duì)象的恒溫控制。 本次設(shè)計(jì)的步驟如下： 根據(jù)任務(wù)要求選擇合理方案 元件的選擇 硬件設(shè)計(jì),用protues進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真 軟件設(shè)計(jì) 焊接電路板，對(duì)電路進(jìn)行檢查 調(diào)試電路與程序 反復(fù)試驗(yàn)確定PID參數(shù) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使其達(dá)到要求本設(shè)計(jì)理論上能完成設(shè)計(jì)要求，但在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)每次到達(dá)設(shè)定溫度的時(shí)間都不確定，溫度的誤差也比較大。參考文獻(xiàn)[1] 張開生. 郭國(guó)法．MCS51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息．
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