单片机课设温度控制.docVIP

单片机应用 课程设计报告书 系别：信息工程系 专业：自动化 班级：自动112 学号: 2011 姓名: 目录 单片机应用 1 课程设计报告书 1 引言 1 (一)课题研究的背景 1 (二)课题研究的目的和意义 2 (三)课程设计分析设计 2 1、题目：水温控制系统的设计 2 3、设计键盘电路，完成温度给定。 2 5、系统设计技术指标 2 (四)方案选择 2 1、控制电路选择的论证 2 2、测温电路方案的选择 3 3、加热控制方案的论证 3 4、软件算法方案选择 3 (五)课程设计分析设计 4 1、系统总体方案设计 4 2、温度传感器DS18B20简介 4 3、控制芯片 AT89C51单片机简介 5 4、 时钟电路简介 8 5、键盘与LED数码显示电路简介 8 6、 加热控制电路简介 9 （六）系统硬件电路设计 10 1、 温度采集电路的设计 10 2、 加热控制电路的设计 11 3、 键盘、显示电路的设计 11 4、显示电路 12 5、报警模块 12 （七）系统软件设计 13 1、 读取DS18B20温度模块子程序 13 2、数据处理子程序 14 3、 键盘扫描子程序 17 4、PID控制算法的程序设计 20 （八）程序源代码 21 （九）上机调试运行结果及分析 22 （十）心得体会 21 （十一）参考文献 23 附录一 23 附录二（源程序） 7 引言 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。为此在本文中作者设计了基于atmel公司的AT89C205的温度测量系统。这是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路, 该电路非常简单, 易于实现, 并且适用于几乎所有类型的单片机。微控制器电阻性电器 （a） （b） 具体方案如下。 方案一：采用控制导通交流周期数的方式如图（a）所示，为了达到控制的精度，需要在一个较多的周期数中控制导通的数目，不适用于动态性能较高的控制。水温控制系统具有较大的惯性，可以考虑这种控制方式。 方案二：采用控制导通角的方式如图（b）所示，由于对每个周期的交流电都进行控制，因此响应速度比较高，另外由于导通角连续可调，因此控制精度比较高。 4、软件算法方案选择 方案一：采用模糊控制算法，对于一个典型的模糊控制系统，考虑它的输入信号有偏差和偏差变化率两种，输出信号为控制信号。根据测试经验，可选取三角型隶属函数，分为正大、正中、正小、正零、零、负零、负小、负中、负大，9个档次。然后根据控制规则列出规则基表。这种控制方法能够较精确的实现设计要求，但是考虑到单片机的存储量，和实时性，不采取这种尚未完全推广的控制方法。 方案二：采用经典PID控制算法和根据实验数据分区间控制的算法，对于温度系统来说，被控对象没有精确的数学模型。热得快加热使得水温具有有热惯性，而且检测的实时数据是检测点附近的实时温度并不能完全体现1升水的实际温度，所以经典PID控制算法不能满足设计要求，还必须根据实验数据进行调整。这种控制算法基本能够满足设计要求，且通用性较强 本设计采用方案二作为控制算法。 (五)课程设计分析设计 1、系统总体方案设计 本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由七部分组成：①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用4位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器；④加热控制部分采用继电器电路；⑤时钟电路；⑥复位电路；⑦单列3按键键盘输入设定温度值。 图2-1 系统设计方框图 2、温度传感器DS18B20简介 温度传感器是整个控制系统获取被控对象特征的重要部件