基于PWM的加热温度控制系统设计参考.docVIP

引言 嵌入式在电子产品中的应用已经变得越来越广泛，并且在很多电子产品中也将其运用到温度控制和温度检测、显示。基于单片机的温度监控系统较传统的温度控制系统具有更好的智能性，并且系统的功能更加易于扩展和升级，是一种低成本的温度控制、检测方案。 采用单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 本次设计采用AT89S52单片机与各种外围电路构成单片机温度自动检测和控制系统，实现对温度的实时检测、控制以及显示。通过本次设计掌握对温度检测控制系统的硬件设计方法和软件编写方法。熟悉Protel软件的使用方法，熟悉PCB板的制作。通过课题的研究进一步的巩固所学知识，同时学习课程以外的相关知识，培养综合应用知识的能力。锻炼动手能力与实际工作能力，将所学的理论与实践结合起来。 目前国内外的温度控制方式越来越趋于智能化，温度测量首先是由温度传感器来实现的。测温仪器由温度传感器和信号处理两部分组成。温度测量的过程就是通过温度传感器将被控对象的温度值转换成电的或者其它形式的信号，传递给信号处理电路进行信号处理，转换成温度值显示出来。温度传感器随着温度变化而引起变化的物理参数有：膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。随着生产的发展，新型的温度传感器还会不断出现。目前，国内外通用的温度传感器及测温器大致有以下几种：热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式温度仪表、石英温度传感器测温仪。 该设计是以单片机AT89S52为控制核心，从DS18B20温度传感器的数据采集、设定值调整、LCD显示电路、报警及输出控制电加热等几个方面出发，详细研究和设计了基于PWM的单片机温度控制的各个部分内容，设计了单片机及其外围电路，并结合PID的程序算法。 在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调整电路，转换成A/D转换器能接受的模拟量，再经过采样/保持电路进行A/D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，来完成监控。但是由于传统的信号调整电路实现复杂、易受干扰、不易控制而且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20环境温度控制器设计，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需要复杂的信号调整电路和A/D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要运用于各种场合。 ·1 设计要求和方案的选择 ·1.1 设计要求和目标 ·1.1.1具体要求 在我们生活的环境中，最高温度都在50℃以内，所以温度控制的范围设置在环境温度到50℃。一般人体能够感觉到的温度变化都在1℃以外，所以选择温度控制误差为±1℃。采用AC220V作为加热部件的电源，是因为我们国家的电压都是220V，所以选它具有通用性，在任何地方都可以用。 传统的温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定的温度时，控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还会继续上升几度，然后才开始下降，这样会产生一个很大的偏差。想要解决这个问题，就要采用PID模糊控制技术，并用软件的方法来实现。比例（P）控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分（I）控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，它可以消除稳态误差。微分（D）控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系，它能预测误差变化的趋势，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，应该使用PID控制技术来改善系统在调节过程中的动态特性。 然后，要完成这个设计，还要了解一些显示芯片，温度传感器的用法，做一个键盘，实现输入温度设定值和复位之类的功能。接着，把电热丝和温度传感器放在一起，通过单片机来控制电热丝的通电和断电。最后，就是调试，使温度稳定在设定值附近，误差小于1℃； ·1.1.2设计目标 图1-1 系统结构 大致的系统结构，如图1-1所示。首先，通过单片机读取DS18B20的12位串行数据，再加以分析和转换，然后把要显示的数据输入到LCD1602上，使它显示当前温度。其次，通过键盘输入一个设定值，经过单片机的比较判断输出PWM加热信号，然后加热的温度又反馈到单片机进去比较分析，判断是否继续加热。 ·1.2 方案和器件的选择 方案一：选择Atmel公司的新型单片机——AVR单片机ATmega16,其功能极为强大，内部集成有8路的10位A/D，多种PWM产生模式，输入比较等。用这个作为微控制器，因其内部带有PWM产生器，给设计带来了极大的方便，每次通过模糊运