计算机温度测控系统.docxVIP

摘要本系统是以AT89C52单片机作为主控芯片，采用增量式PID控制算法，实现温度测控的系统。系统温度设定采用矩阵式键盘输入，系统温度测量采用电流型温度传感器AD590，通过ADC0832采样得出温度。加热部分采用PWM驱动双向晶闸管，综合过零检测和PID算法控制加热功率。制冷通过调节陶瓷制冷片制冷功率和制冷时间达到制冷目的。通过以上几个模块的配合使用，可以实现温度的任意设定，并让烘箱内的温度和设定的温度一致，并且保持不变。关键字：温度控制、PID算法、温度传感器、DAC0832、单片机目录1设计内容及要求11.1设计要求及指标11.2调试及结果测试12系统方案设计与论证12.1系统总体方案设计12.2主控单片机选择22.3矩阵键盘模块设计22.4显示模块设计32.5温度传感器选择32.6 A/D采样芯片的选择42.7加热方案选择42.8制冷方案选择43主要元器件介绍53.1 AT89C52单片机53.2 AD590温度传感器63.3 ADC0832采样芯片63.3.1 ADC0832的主要特性73.3.2 ADC0832的工作原理及时序74硬件电路设计84.1温度采样转换电路84.2加热功率控制电路94.3 过零检测电路设计115软件设计125.1 增量式PID原理与算法125.2 PID控制算法流程图135.3系统程序流程图156仿真与测试166.1仿真条件说明166.2仿真操作说明166.3系统仿真图177小结与体会18参考文献19附录20计算机温度测控系统1设计内容及要求1.1设计要求及指标温度指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。1）、每组4～5同学，每个小组根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。2）、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法，编制程序框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。1.2调试及结果测试在设计室，测试系统对烘箱的控制过程，1.观察温度的上升时间，2.在一段时间段（30分钟）测试观察烘箱的温度变化情况，是否达到设计的要求。3.对系统故意设置温度扰动，观察系统对恒温的恢复能力。2系统方案设计与论证2.1系统总体方案设计本系统由单片机、矩阵键盘模块、数码管显示模块、温度采集与D/A转换模块、温度加热模块、温度制冷模块组成，系统方框图如图1所示。 图1 系统方框图2.2主控单片机选择方案一：采用AT89C52单片机作为主控芯片。AT89C52单片机电源电压为5V，有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式，最低耗电电流为3mA。AT89C52单片机I/O口资源丰富，有4组32个通用I/O，操作方便，能很好的满足题目的要求。方案二：采用MSP430F1612单片机作为主控芯片。MSP430F1612具有功耗低、硬件功能模块多、I/O口丰富，拥有独立硬件乘法器，能够满足本次设计的控制要求。综上考虑，两种单片机都能满足本次设计的控制要求，但考虑到Proteus软件对51单片机的仿真更加成熟，所以最终选择AT89C52单片机作为主控单片机。2.3矩阵键盘模块设计根据题目要求，用“+”、“-”键分别控制设定温度以1℃为步进增减，且温度可设置在60～80℃之间的任意一个值。为此，本次矩阵键盘模块功能键如图2所示： 图2 矩阵键盘按键功能说明：1、“+”和“—”键分别控制设定温度以1℃为步进增减； 2、数字键实现温度设置在60～80℃之间任意值，例如要是温度为75℃，只需先按“7”键，再按“5”键，最后按“确定”键即可。2.4显示模块设计本系统中主要有两部分信息需要显示：设置温度值和实际温度值。所以主要有以下两种方案可供考虑：方案一：采用1602液晶作为显示模块。1602液晶可以显示两行字符，每行最多可以显示16个字符，画面较清晰。方案二：采用七段数码管作为显示模块。七段数码管由七个LED灯组成，对七个LED灯进行编码显示数字信息，控制位选和段选让不同的数码管显示，显示清洗明了。综上所述，两种方案均可完成显示任务，考虑到在proteus软件中数码管显示更加清洗，所以本次设计采用数码管显示。2.5温度传感器选择方案一：采用温度传感器AD590K。AD590K具有较高精度和重复性，良好的非线性保证±0.1℃的测量精度。加上软件非线性补偿可以实现高精度测量。AD590将温度转化为电流信号，因此要加相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号。送入12为A/D转换器，可以获得4096级的精度，满足题目要求。方案二：采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。综上所述，温度传感器AD590K精度相较于DS18B20来说，测温范围大，精度高，在实际应用中，DS18B20温漂较大，