一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+文獻(xiàn)綜述+開題報(bào)告】

《一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+文獻(xiàn)綜述+開題報(bào)告】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+文獻(xiàn)綜述+開題報(bào)告】（58頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、（2011屆）畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目： 一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名： 專業(yè)： 電子信息工程 班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 年 月 日 III一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元,運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制，總體實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包含硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，硬件設(shè)計(jì)包含溫度控制電路、溫度檢測(cè)電路等主要電路、LED顯示電路等部分。軟件設(shè)計(jì)的部分，采用模塊

2、化結(jié)構(gòu)，主要的模塊有：鍵盤掃描、按鍵處理程序、數(shù)碼管顯示程序、繼電器控制程序、溫度信號(hào)處理程序、超溫報(bào)警程序。關(guān)鍵詞：PROTEUS仿真 PID DS18B20溫度控制Based on PID and AT89C51 emperature Control Systems DesignAbstractThis design uses proteus simulation software and takes AT89C51 as master unit, using PID control algorithm to simulation a temperature control system.

3、 The Design uses temperature sensor DS18B20 acquisition real-time temperature, the use of PID algorithm control furnace temperature control simulation model, the overall implementation of a temperature control simulation system. The System design contains hardware design and software design two part

4、s and the Hardware design include temperature control circuit, temperature detection and LED display circuit and so on . Part of the software design adopts modular structure .the main module is Keypad scanning. Key processing program digital pipe display procedures, relay control procedures, tempera

5、ture signal processing program andSuper temperature alarming program.Keywords：PROTEUS simulation；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；目錄摘 要IIIAbstractIV第一章 緒論11.1課題的來(lái)源11.2課題的意義11.3溫度控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)論證及總體設(shè)計(jì)方案32.1設(shè)計(jì)要求32.2總體設(shè)計(jì)方案3第三章 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)63.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成概述63.2 各單元總體說(shuō)明63.3按鍵單元83.4 LED數(shù)碼管顯示單元

6、83.5溫度超、低溫與異常情況報(bào)警單元93.6溫度測(cè)試單元103.7溫度控制器件單元11第四章 恒溫控制算法研究（PID）134.1 PID控制器設(shè)計(jì)134.2 PID算法的流程實(shí)現(xiàn)方法與具體程序14第五章 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)185.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述185.2系統(tǒng)軟件各模塊介紹及模塊構(gòu)圖185.3系統(tǒng)軟件程序流程及程序流程圖20結(jié)論25模擬仿真過(guò)程26測(cè)試分析29參考文獻(xiàn)30致謝32附錄A33附錄B3451一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 緒 論1.1課題的來(lái)源 在現(xiàn)實(shí)情況中，由于環(huán)境中溫度值的滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,慣性很大,且存在很多不確定的因素,所以很難建立精確的數(shù)學(xué)模型,因此常常導(dǎo)

7、致控制系統(tǒng)的性能不佳,有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)控制不穩(wěn)定和失控現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元,運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)，可以避免一些不確定的影響因素。傳統(tǒng)的繼電器溫控電路雖然運(yùn)用起來(lái)比較簡(jiǎn)單,但由于繼電器運(yùn)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。現(xiàn)今在控制領(lǐng)域，一般使用PID算法進(jìn)行溫度控制,不過(guò)PID控制對(duì)象的數(shù)學(xué)參數(shù)也是難以建立的,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不確定時(shí),參數(shù)調(diào)整會(huì)比較麻煩，這依然是普遍存在的技術(shù)難題。本設(shè)計(jì)中的溫度采集是用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，在其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，可使電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失

8、，從而使測(cè)量溫度更為精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行連接了，這樣大大的減少了設(shè)計(jì)中接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)可以節(jié)約許多端口。DS18B20芯片的體積又比較小，且還是單線與主控芯片連接，于是在實(shí)際運(yùn)用中，常常把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成小型的測(cè)量溫度的探頭，即使是一些狹小的位置也能很方便的檢測(cè)到，使溫控系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用1。 1.2課題的意義現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)用單片機(jī)作為為核心的溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越廣泛了，且設(shè)計(jì)方案都很靈活，應(yīng)用起來(lái)相當(dāng)?shù)膹V泛，應(yīng)用于工業(yè)上的加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用也是比較廣的，如熱水器，室溫控制，農(nóng)業(yè)中的大棚溫度控

9、制等等。現(xiàn)在人們的物質(zhì)生活已經(jīng)轉(zhuǎn)好，隨之而來(lái)的就是對(duì)生活質(zhì)量的需求了。在舒適的溫度下休息、活動(dòng)，在不同的季節(jié)里都可以吃到各種蔬菜、水果，等等這些都需要對(duì)溫度的控制?？梢?jiàn)不僅在工業(yè)生產(chǎn)上溫度控制是重點(diǎn)，在人們的日常生活中溫度控制領(lǐng)域也潛藏這巨大的前景。如飼養(yǎng)幾條魚兒也成為一種趨勢(shì)，這也將會(huì)帶動(dòng)與之相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也應(yīng)運(yùn)發(fā)展起來(lái)。魚缸是養(yǎng)魚的必備用具，型魚缸也在市場(chǎng)上層出，其中水溫的控制是關(guān)鍵?？梢?jiàn)本次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)具有實(shí)在的研究意義。1.3溫度控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)正向著高精度、高智能化發(fā)展。溫度控制系統(tǒng)在我國(guó)各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)很普遍了，可是從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)看，總

10、體發(fā)展水平還是落后與先進(jìn)國(guó)家，同先進(jìn)國(guó)家相比，還是有著很大的差距。在高端，高精度的溫度控制方面，我國(guó)的溫度控制技術(shù)受到了很大的局限性。在這方面有待與我們這代人的努力，同時(shí)在這方面我國(guó)還潛藏著巨大的潛力，有許多我們伸展的空間2。 由于市場(chǎng)的需求，國(guó)內(nèi)以信息化時(shí)代的到來(lái)，帶動(dòng)了溫度控制產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。溫度已成為工業(yè)對(duì)象控制中一個(gè)最重要的參數(shù)，特別是在化工工業(yè)、冶金工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電力工業(yè)、食品工業(yè)等等領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐的溫度進(jìn)行精確的控制。隨著信息工業(yè)不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制方式已滿足不來(lái)高精度、高速度的控制要求了。必須不斷的開發(fā)研究創(chuàng)造出新型的信息花的溫度控制系統(tǒng)、近幾年，國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度控制系

11、統(tǒng)都進(jìn)行了大量的研究。在各國(guó)，溫度控制系統(tǒng)技術(shù)都已經(jīng)被列為未來(lái)控制領(lǐng)域研究的幾大方向之一，具有廣闊的應(yīng)用、市場(chǎng)前景。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)論證及總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)要求：一種基于數(shù)字PID和單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要求如下: 1. 超調(diào)量0%10%2. 溫度連續(xù)可調(diào)，范圍為20-403. 人-機(jī)對(duì)話方便4. 溫度誤差0.52.2 總體設(shè)計(jì)方案在仿真設(shè)計(jì)中，先通過(guò)按鍵設(shè)置溫度，然后通過(guò)溫度傳感器 DS18B20 ，從環(huán)境中采集溫度，由單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過(guò)處理后，可得到當(dāng)前環(huán)境溫度中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，并且通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。再去根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度值的上下限，溫度未達(dá)到預(yù)定的下限溫度

12、時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)通過(guò)P2.6口連接的RELAY輸出高電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1，使得加熱爐工作，為系統(tǒng)提供熱量，來(lái)升高溫度。溫度上升到預(yù)定上限溫度時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)通過(guò)P2.6口連接的 RELAY輸出低電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1,使得加熱爐停止加熱，讓溫度慢慢回落 3 。當(dāng)因環(huán)境溫度變化劇烈或因加熱、降溫設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，或者因溫度傳感頭出現(xiàn)故障，導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到溫度限內(nèi)的時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生。 工作原理圖如下圖2-1：AT89C51導(dǎo)通

13、加熱斷開降溫鍵盤電路DS18B20溫度芯片數(shù)據(jù)傳送LED數(shù)據(jù)顯示超、低溫報(bào)警繼電器圖2-1工作原理圖在設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的經(jīng)典的數(shù)字溫度傳感器，具有低功耗、高性能、抗干擾能力、微型化、強(qiáng)易配處理器等等優(yōu)點(diǎn)，它特別適合用于多點(diǎn)溫度測(cè)控的系統(tǒng)，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，交給單片機(jī)處理，并且在同一總線上可掛接多個(gè)傳感器芯片，進(jìn)行范圍性的溫度檢測(cè)。在其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，可使電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失。數(shù)字溫度傳感DS18B20只用一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行連接

14、了，這樣大大的減少了設(shè)計(jì)中接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)可以節(jié)約許多端口。DS18B20芯片的體積又比較小，且還是單線與主控芯片連接，于是在實(shí)際運(yùn)用中，常常把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成小型的測(cè)量溫度的探頭，即使是一些狹小的位置也能很方便的檢測(cè)到，使溫控系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用4。在本仿真設(shè)計(jì)中DS18B20與51單片機(jī)的P3.4口鏈接。DS18B20可以仿真設(shè)置環(huán)境溫度，來(lái)完成設(shè)計(jì)要求，設(shè)置到20和40攝氏度時(shí)蜂鳴器就會(huì)發(fā)起警報(bào)。本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元。51單片機(jī)上連接晶振和復(fù)位電路，保證單片機(jī)的正常運(yùn)行。P0口與LED數(shù)碼管連接，顯示測(cè)量結(jié)果。P1

15、.0,P1.4.P3.3分別與3個(gè)控制按鍵連接，P1.5口與報(bào)警系統(tǒng)蜂鳴器連接。由AT89C51的端口豐富使得整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)起來(lái)方便簡(jiǎn)單，線路清晰，且AT89C51 是一個(gè)高性能，低功耗的CMOS 8位單片機(jī)， AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz，在實(shí)際的應(yīng)用中性價(jià)比很高，是溫控系統(tǒng)的不二選擇。本設(shè)計(jì)中選擇AT89C51做為主控單位也是考慮到了實(shí)際的需求和做此設(shè)計(jì)的意義的5。第三章 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件構(gòu)成概述本章主要介紹本次設(shè)計(jì)中的硬件設(shè)計(jì)部分，其中包含：顯示模塊、按鍵掃描模塊、溫度采集模塊、溫度加熱模塊、，蜂鳴器報(bào)警模塊。系統(tǒng)電路如下圖3-1：354213-1系統(tǒng)電路圖3

16、.2 各單元總體說(shuō)明1 顯示模塊：本設(shè)計(jì)中采用4位LED數(shù)碼管顯示溫度值，其中最后一位為小數(shù)位。2 按鍵模塊：本設(shè)計(jì)中采用3按鍵設(shè)置，第一按鍵為復(fù)位按鍵，第二、三按鍵為溫度調(diào)節(jié)按鍵，連接上拉電阻使其未按鍵時(shí)能夠保持高電平。3 溫度采集模塊：本次設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制，數(shù)字溫度傳感器DS18B20只需一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，在設(shè)計(jì)中將DS18B20與51單片機(jī)的P3.4口連接，用其來(lái)完成溫度的測(cè)量6。4 溫度加熱模塊：本設(shè)計(jì)采用加熱爐來(lái)進(jìn)行溫度值的控制，其配有功率顯示表，以便在仿真中與溫度傳感器DS18B20相對(duì)應(yīng)，便

17、于統(tǒng)計(jì)。加熱爐與光電耦合器連接，光電耦合器通過(guò)RELAY與51單片機(jī)的P2.6口連接。通過(guò)51單片機(jī)發(fā)送信號(hào)來(lái)控制加熱爐的運(yùn)作。5 蜂鳴器報(bào)警模塊：本設(shè)計(jì)中采用蜂鳴器做為報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)采集到的溫度經(jīng)過(guò)處理后,超過(guò)規(guī)定溫度上、下限時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生。3.3 按鍵單元一般的鍵盤設(shè)計(jì)采用的是硬件設(shè)計(jì)，可是其在仿真設(shè)計(jì)中連接，線路會(huì)比較麻煩。所以在本此設(shè)置中我采用的是3按鍵軟件控制，第一個(gè)按鍵為復(fù)位按鍵，其他兩個(gè)為調(diào)節(jié)按鍵，3按鍵即可完成設(shè)計(jì)中起始溫度設(shè)置與復(fù)位要求，方便簡(jiǎn)潔，線路清晰設(shè)計(jì)起來(lái)也較為方便。連接上上拉電阻，使其當(dāng)未有按鍵按下時(shí)，各各按鍵位都處于高

18、電平。按鍵操作說(shuō)明：1號(hào)按鍵為復(fù)位設(shè)置按鍵，第一次按下它時(shí)，1號(hào)按鍵位將處于低電平， LED數(shù)碼管將會(huì)顯示HT（上限溫度值），此時(shí)，可通過(guò)2號(hào)鍵和3好鍵來(lái)調(diào)整預(yù)設(shè)的上限溫度值，每次按一下2號(hào)按鍵預(yù)設(shè)的溫度上限值就上升一度，每次按一下3號(hào)鍵時(shí)預(yù)設(shè)的溫度上限值就下降一度，此過(guò)程都會(huì)同過(guò)LED數(shù)碼管顯示。設(shè)置好上限溫度后，再次按下1號(hào)按鍵，同樣1號(hào)按鍵位處于了低電平，LED數(shù)碼管將會(huì)顯示LT（下限溫度值），此時(shí)同樣此時(shí)，可通過(guò)2號(hào)鍵和3好鍵來(lái)調(diào)整預(yù)設(shè)的下限溫度值，每次按一下2號(hào)按鍵預(yù)設(shè)的溫度下限值就上升一度，每次按一下3號(hào)鍵時(shí)預(yù)設(shè)的溫度下限值就下降一度，此過(guò)程都會(huì)同過(guò)LED數(shù)碼管顯示。在設(shè)置好預(yù)設(shè)溫

19、度的上、下限時(shí)，我們?cè)俅伟聪?號(hào)鍵，此時(shí)LED數(shù)碼管顯示的將是溫度傳感器DS18B20傳送的溫度值，51單片機(jī)將會(huì)把此測(cè)量值與先前預(yù)設(shè)的溫度上、下限值進(jìn)行比較處理，然后進(jìn)行其他功能模塊的操作。具體如下：復(fù)位 ， 按一下為設(shè)置上限，按兩下為設(shè)置下限，再按一下進(jìn)入顯示狀態(tài)。上限 按下復(fù)位進(jìn)入上下限設(shè)置時(shí)，每按一下為上限升高一度。下限 按下復(fù)位進(jìn)入上下限設(shè)置時(shí)，每按一下為下限降低一度。真電路如下圖3-2：3-2 按鍵電路圖3.4 LED數(shù)碼管顯示單元為使溫度顯示的更為準(zhǔn)確，本次設(shè)計(jì)中我選擇的是8段的供陽(yáng)的4位LED數(shù)碼管（其中一段為小數(shù)點(diǎn)），LED數(shù)碼管的8段位分別連接51單片機(jī)的P0.0P0.7端

20、口，數(shù)碼管的4位選位分別通過(guò)P2.0P2.3端口連接。LED數(shù)碼管在工作時(shí)，由于其為供陽(yáng)的，每個(gè)段位只有當(dāng)輸入低電平時(shí)此段位被點(diǎn)亮，以顯示數(shù)字“0”為例，共陽(yáng)的g f e d c b a 相應(yīng)的為1000000，字型碼為C0H。在本設(shè)計(jì)中將所以LED數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連接在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通的控制電路，位元選通由它們自己的I/O端口鏈接控制。當(dāng)51單片機(jī)運(yùn)作時(shí)，所有的數(shù)碼管都會(huì)接收到同樣的字符碼，我們可以通過(guò)51單片機(jī)對(duì)COM端電路進(jìn)行控制，來(lái)決定那個(gè)數(shù)碼管顯示字符，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該單元就會(huì)

21、顯示字形，沒(méi)選通的就不會(huì)點(diǎn)亮。這樣通過(guò)分時(shí)分別控制LED數(shù)碼管的COM端，可以使每個(gè)位輪流顯示，每位點(diǎn)亮的時(shí)間間隔大概為1ms左右7。LED數(shù)碼管如下圖3-3：3-3 LED數(shù)碼管電路圖3.5溫度超、低溫與異常情況報(bào)警單元采集到的溫度經(jīng)過(guò)處理后,超過(guò)規(guī)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)通過(guò)P2.6口連接的 RELAY輸出低電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1,使得加熱爐停止加熱，讓溫度慢慢回落；當(dāng)采集到的溫度經(jīng)過(guò)處理后，低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)通過(guò)P2.6口連接的RELAY輸出高電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1

22、，使得加熱爐工作，為系統(tǒng)提供熱量，來(lái)升高溫度。要是由于環(huán)境溫度變化太劇烈或加熱、降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或溫度傳感頭出現(xiàn)故障，而在一定時(shí)間內(nèi)，不能將溫度控制到規(guī)定的溫度限內(nèi)，單片機(jī)也將會(huì)通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生8。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的下限溫度是20攝氏度，當(dāng)溫度達(dá)到20攝氏度時(shí)，蜂鳴器就虎發(fā)出報(bào)警。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的上限溫度為40攝氏度，當(dāng)溫度達(dá)到所示的40攝氏度時(shí)，蜂鳴器就會(huì)開始報(bào)警。仿真電路如下圖3-4：3-4蜂鳴器電路圖3.6溫度測(cè)試單元在本設(shè)計(jì)中溫度測(cè)試采用溫度芯片DS18B20與51單片機(jī)的P3.4口連接。此集成芯片，可以很好的減少外界的干擾。其內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路

23、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，從而使測(cè)量的溫度值更為精確，具有實(shí)在的設(shè)計(jì)意義。且數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行通信了，大大的減少了接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)更加具擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，通過(guò)單條數(shù)據(jù)線，就可以和主電路連接，在實(shí)際應(yīng)用中，可把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成測(cè)溫探頭，可方便的探入到狹小的地方，從而增加了實(shí)用性9。DS18B20的開始運(yùn)作時(shí)，首先要做的是復(fù)位工作，即在開始工作前，51單片機(jī)將會(huì)給DS18B20當(dāng)總先發(fā)送一個(gè)不小于480us的低電平信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。DS18B20在接收到這個(gè)信號(hào)后的1560us內(nèi)會(huì)回發(fā)一個(gè)

24、芯片的存在脈沖。為了接收存在脈沖，數(shù)據(jù)當(dāng)總線將會(huì)被控制器拉高，存在脈沖是一個(gè)60240us的低電平信號(hào)。接下去將進(jìn)行51單片機(jī)與DS18B20間的通信。51單片機(jī)發(fā)送控制的指令共有5指令，而每一個(gè)工作周期只可以發(fā)送一條指令。5條指令分別為：讀取數(shù)據(jù)、指定匹配的芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。接著51單片機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令（在指令發(fā)送給DS18B20后，馬上就發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了）。存儲(chǔ)器指令的功能就是控制DS18B20怎么樣進(jìn)行工作。DS18B20同51單片機(jī)的接線如下3-5圖：3-5 DS18B20電路圖見(jiàn)圖可知DS18B20只需與單片機(jī)的一個(gè)端口連接即可，不過(guò)當(dāng)總線為開漏需要外

25、接一個(gè)上拉電阻R2，為4、7K。3.7 溫度控制器件單元在本次設(shè)計(jì)中，是采用加熱爐通過(guò)PID算法來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制的，其配有功率顯示表，以便在仿真中與溫度傳感器DS18B20相對(duì)應(yīng)，便于統(tǒng)計(jì)。加熱爐與光電耦合器連接，光電耦合器通過(guò)RELAY與51單片機(jī)的P2.6口連接。當(dāng)測(cè)量到的溫度值未達(dá)到先前設(shè)定的預(yù)期溫度值下限時(shí)，51單片機(jī)通過(guò)RELAY口向光電耦合器發(fā)送高電平時(shí)，無(wú)電流流過(guò)，光電耦合器將不導(dǎo)通，繼電器也不能導(dǎo)通，繼電器的線圈無(wú)電流通過(guò)，RL1打向電源處，加熱爐通電開始工作加熱，可以根據(jù)功率表的數(shù)據(jù)顯示看出加熱爐提升的溫度。當(dāng)測(cè)量到的溫度值超出先前設(shè)定的預(yù)期溫度值上限時(shí)，51單片機(jī)通同過(guò)RE

26、LAY口向光電耦合器發(fā)送低電平時(shí)，光電耦合器將導(dǎo)通,有電流流過(guò)，使得繼電器也導(dǎo)通，繼電器的線圈有電流通過(guò)，RL1打向繼電器線圈，加熱爐斷開連接，停止工作，使溫度慢慢的回落。溫控系統(tǒng)連接方法如下3-6圖：3-6 溫控系統(tǒng)電路圖第四章恒溫控制算法研究（PID）4.1 PID控制器的設(shè)計(jì)PID控制是目前在溫度控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制算法，其核心思想是按設(shè)定值與測(cè)量值之間的偏差比例、偏差的積累和偏差變化的趨勢(shì)來(lái)控制輸出量，即根據(jù)偏差值來(lái)計(jì)算控制量。數(shù)字PID控制律的實(shí)現(xiàn)，需采用數(shù)值逼近法，當(dāng)采樣的周期相當(dāng)短時(shí)，可以用用差商代替微分，求和代替積分，可以有如下近似變換10。 (4-1)式中，k為采樣的序

27、號(hào)，k=l，2，；T為采樣的周期。在離散化的過(guò)程中，采樣時(shí)間T須足夠的短，不然難以確保精度。在運(yùn)算時(shí)，把表示成)等，省去了T。則可推算出離散的PID表達(dá)式寫成： (4-2)式中，k為采樣的序號(hào)，k=1，2，；u(k)是第k次采樣時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的值；是第k次采樣時(shí)輸入的偏差值；是第次采樣時(shí)輸入的偏差值；是積分系數(shù)，；是積分系數(shù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，通常采用增量式PID控制算法，即數(shù)字控制器輸出只是控制量的增量，該算法編程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)空間少，運(yùn)算快。根據(jù)遞推原理可得： (4-3)公式（4-2）與公式（4-3）相減，即得到增量式PID控制算法(4-4)： (4-4)本次設(shè)計(jì)中，控制器

28、的設(shè)計(jì)采用增量數(shù)字PID控制算法的功能，可以比較靈活的調(diào)節(jié)控制信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制溫度值控制的工作。能夠基本滿足溫度控制的要求。4.2 PID算法的流程實(shí)現(xiàn)方法與具體程序本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)是與光電耦合器連接的加熱爐。傳統(tǒng)的方法是：當(dāng)測(cè)量的環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，加熱爐不在加熱狀態(tài)，可是此時(shí)加熱爐的溫度仍然會(huì)高與設(shè)定的溫度值，加熱爐還是會(huì)起到加熱的作用，使得系統(tǒng)的溫度經(jīng)常繼續(xù)要升高一會(huì)后才能開始下降。當(dāng)下降到設(shè)定的下限溫度值時(shí)，溫控系統(tǒng)會(huì)促使加熱爐開始工作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加熱，此過(guò)程需要一定的時(shí)間，所以往往又會(huì)下降一定溫度，才能開始上升溫度。所以傳統(tǒng)的方法往往會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，此誤差就是溫度的慣

29、性引起的11。PID算法是PID模糊控制技術(shù)的核心部分，通過(guò)比例、積分、微分三方面的結(jié)合與調(diào)整構(gòu)成一個(gè)反饋控制，可解由于溫度的慣性而產(chǎn)生的誤差。經(jīng)過(guò)PID控制器處理后可輸出電壓的控制信號(hào)，從而反饋調(diào)節(jié)溫度。數(shù)字PID的控制示意圖如下4-1：PID控制器系統(tǒng)圖4-1數(shù)字PID的控制實(shí)驗(yàn)中最主要的就是PID參數(shù)的選擇，它決定著整個(gè)溫度控制的精確度。我們可以根據(jù)具體情況的要求，來(lái)調(diào)節(jié)合適的參數(shù)。P為比例系數(shù)，當(dāng)在一定范圍內(nèi)若是調(diào)節(jié)增加P時(shí)，系統(tǒng)的反映將會(huì)變的靈敏，穩(wěn)態(tài)的誤差值將會(huì)變小，可要是P值過(guò)大時(shí)的話，同樣會(huì)時(shí)系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。P值過(guò)于小了，系統(tǒng)的反映又會(huì)變的很慢?？梢?jiàn)的，P值要是選取不恰當(dāng)，測(cè)量

30、值就會(huì)和設(shè)定值的偏差越來(lái)越大，要是出現(xiàn)了這樣的問(wèn)題時(shí)，可將P值的符號(hào)取反12。I為積分系數(shù)，I的值越小積分的作用就會(huì)越強(qiáng)，積分作用強(qiáng)了就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，不過(guò)T值小了，穩(wěn)態(tài)所產(chǎn)生的誤差將會(huì)減小。 D為微分控制，微分控制可以改善動(dòng)態(tài)的特性，當(dāng)D偏大時(shí)，超調(diào)量隨之變大，調(diào)節(jié)時(shí)間會(huì)減短；D偏小時(shí)，超調(diào)量同樣變大，不過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng)，只有D合適時(shí)，才能使超調(diào)量較小，調(diào)節(jié)時(shí)間也較短。調(diào)試時(shí)，只能參考參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程的變化趨勢(shì)，來(lái)對(duì)參數(shù)調(diào)整來(lái)先比例，后積分，再微分的步驟慢慢調(diào)試，一直湊到滿意的結(jié)果為止。數(shù)字PID的差分方程： (4-5)在上式中，稱為比例項(xiàng)；稱為積分項(xiàng)；稱為微分項(xiàng)。得到增量式公

31、式為： (4-6)在此式中，。PID的具體算法程序如下13：EnumY,U,R,Ts,Kd,Kp;/Y采集量、U控制量、R設(shè)定量、Ts采樣時(shí)間、Kd微分、Kp比例 int para6,ptr,out;/out是從PID( )得到的控制量 int r,Kp,Kd,Ts,e2,e1,e0,u;/*/Void initPID( ) / 初始化PID函數(shù)paraR=20; paraKp=2; paraKd=2; paraTs=1Void PID( ) paraY=(int)(ad_data); r=paraR; e0=e1;e1=e2;e2=r-paraY/10; Kp=paraKp;Kd=paraK

32、d;ts=paraTs; u=r+Kp*e2+Kd*(e2-e1);,if(u200)u=200; parau=u/10; out=parau; Void Tem_timer0( ) interrupt 1 / 采樣時(shí)間 THO=tim08;TL0=tim0;If(tm+out)TEM=1;else TEM=0; if(m200)tm=0; if(out8;TLI=tim 1;If(dealCS=0) wdCtrl=paraR; if(wdCtrl-(int)(ad_data)/10)10)out=200; else if (int)(ad_data)/10-wdCtrl)2)out=0; e

33、lse out=CtrltabwdCtrl+2-(int)(ad_data)/10; Else if (tx+=ts) PID( ); t=0; 第五章 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)5.1統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述在恒溫PID控制系統(tǒng)中軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，在軟件設(shè)計(jì)中采用分層模塊化設(shè)計(jì)，其中主要的模塊包含：人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、PID控制器模塊、信號(hào)采集模塊、超、低溫報(bào)警模塊幾部分。5.2、系統(tǒng)軟件各模塊介紹及模塊結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)總體軟件構(gòu)成下圖5-1： 人機(jī)交互模塊數(shù)據(jù)顯示模塊PID控制器模塊信號(hào)采集模塊超、低溫報(bào)警模塊驅(qū)動(dòng)輸出圖5-1系統(tǒng)總體軟件構(gòu)成圖人機(jī)交互模塊，是通過(guò)3位按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第一個(gè)按鍵為復(fù)位按鍵，其他

34、兩個(gè)為調(diào)節(jié)按鍵，當(dāng)有鍵按下時(shí)該鍵位將會(huì)處于低電平狀態(tài)，按鍵連接了上電阻，使其當(dāng)未有按鍵按下時(shí)，各各按鍵位都處于高電平。本設(shè)計(jì)中的按鍵具體原理與操作方法，在第三章的按鍵單元中已經(jīng)做了詳細(xì)的說(shuō)明。數(shù)據(jù)顯示模塊，是通過(guò)8段的供陽(yáng)的4位LED數(shù)碼管（其中一段為小數(shù)點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)的。采用的是通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示法，分時(shí)分別控制LED數(shù)碼管的COM端，使每個(gè)位輪流顯示，每位點(diǎn)亮的時(shí)間間隔大概為1ms左右。 PID控制器模塊，本設(shè)計(jì)是運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)。在上一章中我們已經(jīng)描述了電壓的控制信號(hào)，從而反饋調(diào)節(jié)溫度。設(shè)計(jì)中最主要的就是PID參數(shù)的選擇，它決定著整個(gè)溫度控制的精確度。我們可以根據(jù)具體情況

35、的要求，來(lái)調(diào)節(jié)合適的參數(shù)。對(duì)PID函數(shù)進(jìn)行初始化時(shí)，需設(shè)置函數(shù)參數(shù)，這些參數(shù)都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得的，具體參數(shù)在上一章PID算法研究中有詳細(xì)說(shuō)明。信號(hào)采集模塊，本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用DS18B20進(jìn)行溫度采集的，在DS18B20開始運(yùn)作時(shí)，首先要做的是復(fù)位工作， DS18B20在接收到這個(gè)信號(hào)后的1560us內(nèi)會(huì)回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。為了接收存在脈沖，數(shù)據(jù)當(dāng)總線將會(huì)被控制器拉高，存在脈沖是一個(gè)60240us的低電平信號(hào)。接下去將進(jìn)行51單片機(jī)與DS18B20間的通信。接著51單片機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令（在指令發(fā)送給DS18B20后，馬上就發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了）?？刂艱S18B20怎么樣進(jìn)行工作16。超、

36、低溫報(bào)警模塊，本設(shè)計(jì)中采用蜂鳴器，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)異常情況，溫度過(guò)高或是過(guò)低時(shí)，控制芯片將會(huì)向蜂鳴器發(fā)送高電平，蜂鳴器在接收高電平時(shí)就會(huì)發(fā)出鳴叫聲報(bào)警。5.3系統(tǒng)軟件程序流程及程序流程圖 系統(tǒng)軟件流程如下圖5-2開始系統(tǒng)初始化溫度采集溫度顯示按鍵設(shè)置預(yù)設(shè)溫度比較設(shè)定的溫度與測(cè)量溫度值的大小PID控制 圖5-2系統(tǒng)軟件流程圖程序流程為：在程序開始時(shí)，先進(jìn)行初始化，通過(guò)按鍵設(shè)置給定溫度值，然后通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示當(dāng)前的溫度，再比較設(shè)定的預(yù)期溫度與測(cè)量溫度值的大小，將比較的信息通過(guò)繼電器來(lái)控制加熱爐的通斷，超過(guò)先前設(shè)定的預(yù)期溫度值時(shí)，使單片機(jī)向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出報(bào)警，同時(shí)點(diǎn)亮報(bào)警指示

37、燈。再通過(guò)單片機(jī)I/O口向三極管發(fā)送低電平時(shí)，使對(duì)應(yīng)三極管截止，三極管不導(dǎo)通，繼電器也不能導(dǎo)通，繼電器的線圈無(wú)電流通過(guò)，繼電器開關(guān)不能吸合，加熱爐回路處于斷開狀態(tài)，電路處于報(bào)警狀態(tài)?？梢愿鶕?jù)電壓表的數(shù)據(jù)顯示看出加熱爐提升的溫度。當(dāng)測(cè)量到的溫度值低于先前設(shè)定的預(yù)期溫度值上限時(shí)，使單片機(jī)將向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使對(duì)應(yīng)三極管導(dǎo)通，再通過(guò)I/O口向?qū)?yīng)三極管發(fā)送高電平，三極管將處于導(dǎo)通狀態(tài)有電流流過(guò)，使得繼電器也導(dǎo)通，繼電器的線圈有電流通過(guò)，繼電器開關(guān)吸合，加熱爐回路導(dǎo)通，加熱爐開始工作。5.4 DS18B20溫度傳感器分析在本次軟件設(shè)計(jì)中，核心的部分就是PID算法的控制與DS18B20溫度采集的實(shí)現(xiàn)

38、，PID算法在上文中已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，在此再具體的分析下DS18B20。在本次設(shè)計(jì)我選擇了DS18B20來(lái)繼續(xù)溫度檢測(cè)，因?yàn)閿?shù)字溫度傳感器DS18B20只需一個(gè)引腳，即可與單片機(jī)進(jìn)行通信了，大大的減少了接線麻煩的問(wèn)題，使得單片機(jī)更加具擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，通過(guò)單條數(shù)據(jù)線，就可以和主電路連接，可把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成測(cè)溫探頭，可方便的探入到狹小的地方，從而增加了實(shí)用性。且本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，在proteus仿真軟件里DS18B20可以隨意設(shè)定溫度，模仿實(shí)際環(huán)境溫度值，便于實(shí)驗(yàn)17。DS18B20數(shù)字溫度傳感器的內(nèi)部包含了高速暫存RAM與用來(lái)存儲(chǔ)TH

39、、TL的E 2ARM。接受到的數(shù)據(jù)先是存入RAM，經(jīng)檢驗(yàn)后傳送至E 2ARM。RAM中的第5個(gè)字節(jié)用與控制控制溫度的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，此分辨率決定DS18B20工作時(shí)溫度轉(zhuǎn)換的先對(duì)應(yīng)的數(shù)值。其中要注意的是設(shè)定的分辨率越高，就需要消耗越多的轉(zhuǎn)換時(shí)間。所以在設(shè)置分辨率時(shí)我們需要有所考慮18。DS18B20在接收到溫度轉(zhuǎn)換的命令后，將溫度值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存儲(chǔ)在RAM中，然后51單片機(jī)再通過(guò)單總線接收此數(shù)據(jù)，以地位在前高位在后的方式來(lái)讀取數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)后通過(guò)溫度計(jì)算，將得出的溫度值與設(shè)定的TH、TL進(jìn)行比較，51單片機(jī)再根據(jù)比較的結(jié)果做出相應(yīng)的運(yùn)行工作。為此我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了下面主要幾

40、個(gè)子程序。首先對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化處理void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 0; /單片機(jī)將DQ拉低 delay_18B20(80); /精確延時(shí) 大于 480us DQ = 1; /拉高總線 delay_18B20(14); x=DQ; /稍做延時(shí)后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 delay_18B20(20);在初始化后，先讓DS18B20讀一個(gè)字節(jié)unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;

41、i-) DQ = 0; / 給脈沖信號(hào) dat=1; DQ = 1; / 給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); return(dat);再讓其寫一個(gè)字節(jié)，運(yùn)行子程序如下：void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat=1; 接下來(lái)設(shè)計(jì)DS18B20的工作狀態(tài)，設(shè)置其上、下限報(bào)警溫度分別為TH和TL，且設(shè)置顯示的分辨率為RS，執(zhí)行的子程序如下：void s

42、etds18b20(unsigned char TH,unsigned char TL,unsigned char RS)Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(0x4E); / /寫入寫暫存器命令,修改TH和TL和分辯率配置寄存器/先寫TH,再寫TL,最后寫配置寄存器WriteOneChar(TH);/寫入想設(shè)定的溫度報(bào)警上限WriteOneChar(TL);/寫入想設(shè)定的溫度報(bào)警下限WriteOneChar(RS);/寫配置寄存器,格式為0 R1 R0 1,1 1 1 1/R1R0=00分辨率婁9位,R1R0=

43、11分辨率為12位最后就是讀取DS18B20的溫度值了，執(zhí)行子程序如下：unsigned char *ReadTemperature(void)unsigned char tt2;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(0x44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換delay_18B20(70); / 溫度轉(zhuǎn)化要一段時(shí)間Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個(gè)寄存器） 前兩個(gè)就是溫度/delay_18B20(7

44、0);tt0=ReadOneChar(); /讀取溫度值低位tt1=ReadOneChar(); /讀取溫度值高位return(tt);結(jié)論本次設(shè)計(jì)采用proteus仿真軟件，以AT89C51單片機(jī)做為主控單元,運(yùn)用PID控制算法，仿真實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中使用溫度傳感器DS18B20采集實(shí)時(shí)溫度，使用PID算法控制加熱爐仿真模型進(jìn)行溫度控制，總體實(shí)現(xiàn)了一個(gè)恒溫控制仿真系統(tǒng)。仿真中先通過(guò)按鍵設(shè)置溫度，然后通過(guò)溫度傳感器 DS18B20 ，從環(huán)境中采集溫度，由單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)過(guò)處理后，可得到當(dāng)前環(huán)境溫度中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，并且通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。再去根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度值的

45、上下限，溫度未達(dá)到預(yù)定的下限溫度時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)通過(guò)P2.6口連接的RELAY輸出高電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1，使得加熱爐工作，為系統(tǒng)提供熱量，來(lái)升高溫度。溫度上升到預(yù)定上限溫度時(shí)，單片機(jī)將通過(guò)P1.5口向蜂鳴器發(fā)送高電平信號(hào)使其發(fā)出警報(bào)生，同時(shí)通過(guò)P2.6口連接的 RELAY輸出低電平控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)RL1,使得加熱爐停止加熱，讓溫度慢慢回落。本設(shè)計(jì)可以大體的模擬仿真實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，具體的仿真現(xiàn)實(shí)如下所述20。模擬仿真過(guò)程在模擬仿真中，當(dāng)將DS18B20的溫度設(shè)置為17攝氏度時(shí)。51單片機(jī)通過(guò)RELAY口向光電耦合器發(fā)送高電平時(shí)，無(wú)

46、電流流過(guò)，光電耦合器將不導(dǎo)通，繼電器也不能導(dǎo)通，繼電器的線圈無(wú)電流通過(guò)，RL1打向電源處。此時(shí)加熱爐通電開始工作加熱，可以根據(jù)功率表的數(shù)據(jù)顯示得出加熱爐提升的溫度。當(dāng)將DS18B20的溫度設(shè)置為41攝氏度時(shí)。51單片機(jī)通同過(guò)RELAY口向光電耦合器發(fā)送低電平時(shí)，光電耦合器將導(dǎo)通,有電流流過(guò)，使得繼電器也導(dǎo)通，繼電器的線圈有電流通過(guò)，RL1打向繼電器線圈。此時(shí)加熱爐斷開連接，停止工作，但是加熱爐還是會(huì)有一定的延遲性，只能讓溫度慢慢的回落。測(cè)設(shè)分析1、測(cè)試環(huán)境仿真環(huán)境溫度20-40攝氏度2、測(cè)試方法用調(diào)節(jié)DS18B20，來(lái)模擬環(huán)境溫度，通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置溫度的上、下限與復(fù)位，根據(jù)LED數(shù)碼管顯示來(lái)觀察

47、結(jié)果。3、測(cè)試結(jié)果設(shè)定溫度由20攝氏度到40攝氏度標(biāo)定溫差=1攝氏度 調(diào)節(jié)時(shí)間 15s（具體情況隨實(shí)際情況）靜態(tài)誤差=0.5攝氏度 最大超調(diào)量1攝氏度4、通過(guò)仿真測(cè)試分析，對(duì)于實(shí)際的室內(nèi)的溫度控制，可以再得出以下 2 點(diǎn)方法 ：我們可以通過(guò)增加傳感器的個(gè)數(shù)，然后算出平均值，這樣可以獲得較為精確的溫度值。在對(duì)環(huán)境溫度的控制環(huán)節(jié)中，我們可采用功率較大的加熱電阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的提升，用風(fēng)扇來(lái)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行降溫處理。 參考文獻(xiàn)1劉昭斌.單片機(jī)控制的溫度控制系統(tǒng)J.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 1999,(02).2於丹.春風(fēng)化雨芽將萌談我國(guó)單片機(jī)的發(fā)展J.微電腦世界, 1998,(17). 3黃天戍,

48、羅璠,徐長(zhǎng)寶,任清珍.一種可靈活使用的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究J.中國(guó)儀器儀表,2003,(07). 4張毅剛,單片機(jī)原理及應(yīng)用M,高等教育出版社.5李健云,張振輝,訾壯輝.一種新型恒溫控制系統(tǒng)J.黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),1998,(01). 6鄭豐隆.新型二線AT24C系列串行E2PROM及其在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微電腦世界,1995,(01). 7元紅妍,張?chǎng)?電子綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程M,山東大學(xué).8馬喜順.8位單片機(jī)仍是當(dāng)前應(yīng)用的主流J.電子產(chǎn)品世界,1999,(01). 賴志昌,王麗慧,王君,金鴻章.8098單片機(jī)調(diào)速器的研究J.應(yīng)用科技 , 2000,(07).9楊鳳山,李穎宏,李正熙

49、.混PID的設(shè)計(jì)及仿真研究J. 北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , 2003,(03). 10張岱,永海,馬源.智能化PID控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)J.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理1995 （03）11Stefani RT, Savant CJ Jr, Shahian B, Hostetter GH (1994) Design of feedback control systems. Saunders College, Boston.12Cannell MB, Lederer WJ (1986)A novel experimental chamber for single-cell voltage-clamp and path-cl

50、amp applications with low electrical noise and excellent temperature and flow control. Pflugers Arch 406:536-539.13Velichkov IV(1988)Simple temperature controller using 723 integrated voltage regulator. J Phys E Sci Instrum 21:1098-1099.14何小艇.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.浙江:浙江大學(xué)出版社,2004.15譚克俊.電爐爐溫微機(jī)群控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.微型機(jī)與應(yīng)用,1993,

51、(11).16馬云峰，數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理與應(yīng)用J.電子原器件應(yīng)用，2002.17宋劉非,基于DS18B20傳感器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)J.光電技術(shù)應(yīng)用，200918黃燦勝，基于DS18B20數(shù)字溫度計(jì)溫度補(bǔ)償和測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.廣西民族師范學(xué)院學(xué)報(bào),2010.19金以慧.過(guò)程控制J.北京清華大學(xué)出版社,1993.20國(guó)強(qiáng),王淑鈞.高精度恒溫連續(xù)可調(diào)型溫控器的設(shè)計(jì)J.應(yīng)用科技,2003,(04). 附錄A1、將溫度控制系統(tǒng)的開關(guān)打到“關(guān)”的位置。2、將DS18B20放到需要檢測(cè)溫度的位置。3、接上溫度控制系統(tǒng)的電源、并打開開關(guān)。在溫度控制系統(tǒng)上的數(shù)碼管顯示出當(dāng)前溫度。4、通過(guò)按鍵設(shè)置所需要

52、的溫度。系統(tǒng)會(huì)將設(shè)置值與當(dāng)前值進(jìn)行比較，通過(guò)溫度芯片的反饋，單片機(jī)控制會(huì)通過(guò)加熱爐控制環(huán)境的溫度，使測(cè)量環(huán)境的溫度穩(wěn)定在設(shè)置的溫度上。從而達(dá)到控制溫度的作用。5、當(dāng)要關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，先關(guān)掉開關(guān)，然后再拔掉電源?？驁D表示：系統(tǒng)開始工作，直至工作結(jié)束，關(guān)閉電源通過(guò)按鍵設(shè)定預(yù)設(shè)溫度值，通過(guò)LED數(shù)碼管顯示確認(rèn)溫度控制系統(tǒng)上的開關(guān)打到關(guān)的狀態(tài)接上溫度芯片，連接好電路，接上電源，打開開關(guān) 附錄B:程序清單主程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P34;/ds18b20與單片機(jī)連接口unsigned char

53、 code led=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff;uchar data disdata5;uchar Vref=5;uchar a6;sbit PIN=P07;unsigned int tvalue;/溫度值signed int temp=0;uchar tflag;/溫度正負(fù)標(biāo)志signed char th=40;/上線溫度signed char tl=20; /下線溫度sbit SPEAKER=P15;sbit SET=P10;sbitADD=P14;sbit SUB=P33;unsigned char num

54、; sbit RELAY=P26;/*lcd1602程序*/ void delay1ms(unsigned int ms)/延時(shí)1毫秒（不夠精確的） unsigned int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j100;j+); void keyscan()if(SET=0)delay1ms(10);if(SET=0)num+;if(num=3)num=0; while(!SET);if(num!=0)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)if(num=1)th+;if(th=125)th=tl+1;if(num=2)if(tl0;i-) DQ

55、= 0; /給脈沖信號(hào) dat=1; DQ = 1; /給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat); void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/ unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata=1; read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/ uchar a,b; ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0x44);/*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/ ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過(guò)讀序列號(hào)*/ ds1820wr(0xbe);/*讀取溫度*/ a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); t