基于单片机的PID温度控制器的设计 电子毕业设计论文.docx
- 文档编号:2057018
- 上传时间:2022-10-26
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:618.51KB
基于单片机的PID温度控制器的设计 电子毕业设计论文.docx
《基于单片机的PID温度控制器的设计 电子毕业设计论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的PID温度控制器的设计 电子毕业设计论文.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的PID温度控制器的设计电子毕业设计论文
毕业设计(论文)
课题
基于单片机的PID温度控制器的设计
学院
电子信息工程学院
专业(方向)
应用电子技术(通信电子)
班级
电子104
学号
100202427
姓名
完成日期
2012年11月30号
指导教师
基于单片机的PID温度控制器的设计
摘要
本文从软硬件两方面设计了一个温度自动控制器系统。
本设计系统以单片机(STC89C51RC)为控制核心,主要包括按键部分、DS18B20温度采集部分、温度报警部分、1602显示部分、温度控制部分及MAX232通信接口部分等硬件部分,从而实现智能温度控制。
本系统通过按键预设加热的最终保持水温的温度并进行实时显示预设温度和当前温度,并采用PID算法的控制输出宽度可调的PWM波来控制双向可控硅的导通和关断用以调整输出加热功率,使之切断或接通加热器,从而控制水温稳定在预设值上。
文中还着重介绍了软件设计部分,在这里采用模块化结构,主要模块有:
LCD1602显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、温度控制程序、超温报警程序。
本系统的主要设计思想是以硬件为基础,软件和硬件相结合,最终实现各个模块的功能。
关键词:
单片机;DS18B20;PID算法;PWM波;双向可控硅;
Projectname
TheDesignofPIDTemperatureControlSystemBasedonSCM
Abstract
Thisarticlefromtwoaspectsofhardwareandsoftwaredesignofatemperatureautomaticcontroller.Thisdesignsystemwithsinglechipmicrocomputer(STC89C51RC)asthecontrolcore,includingthekeypart,DS18B20temperatureacquisitionpart,temperaturealarmpart,1602portionofthedisplay,temperaturecontrolpartandMAX232communicationinterfaceandotherhardwarecomponents,therebyrealizingtheintelligenttemperaturecontrol.
Thissystemthroughthekeystothepresetheatingultimatelykeepwatertemperatureandreal-timedisplaypresettemperatureandthetemperature,andPIDalgorithmisusedtocontroltheoutputwithadjustablewidthPWMtocontrolthyristorturn-onandturn-offisusedtoadjusttheoutputoftheheatingpower,tocutofforswitchontheheater,therebycontrollingthetemperaturestabilityatapresetvalue.
Thearticlealsoemphaticallyintroducedthesoftwaredesignpart,usesthemodularstructureinhere,themainmodules:
LCD1602displayprogram,thekeyboardscanandkeyprocess,temperaturesignalprocessingprocedure,temperaturecontrolprocedures,over-temperaturealarmprogram.
Thissystemmaindesignideaisonthebaseofhardware,softwareandhardwareintegration,andultimatelytoachievethefunctionsofeachmodule.
Keywords:
SCMDS18B20PIDAlgorithmPWMWaveformBidirectionalcontrollablesilicon
摘要
Abstract
参考文献…………………………………………………………………………………………………....20
致谢…………………………………………………………………………………………………………21
附录一完整的电路图
附录二元件清单
引言
随着科技进步和生产的发展,人们对温度的控制要求越来越高,除控温精度外,对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求,显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。
随着单片机技术的飞速发展,通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向,而温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
本文介绍了一个基于单片机STC89C51为设计平台,结合DS18B20数字温度传感器测温,LCD1602显示,MAX232通信,按键调温与超温报警等电路构成的PID温度测控系统,该系统可以方便地实现温度采集、温度显示等功能。
本系统的温度控制部分采用单片机完成。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、使用电子元件较少、内部配线少、制造调试方便等显著优点,将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自动化水平,具有良好的经济效益和推广价值。
在温度控制系统中,单片机更是起到了不可替代的核心作用。
利用单片机对温度进行测控的技术,日益得到广泛应用。
在众多的温度控制系统中,测温元件常常选用热敏电阻、半导体测温二极管、三极管、集成温度传感器等。
相比而言,集成温度传感器具有线性好、稳定度高、互换性强、易处理等突出优点,故在许多场所得到了广泛应用。
本系统中采用DS18B20数字温度传感器,完成测温任务,因其内部集成了A/D转换器,使得电路结构更加简单,而且减少了温度测量转换时的精度损失,使得测量温度更加精确。
并通过与单片机连接的按键可以实时设定测控温度的上、下限。
本系统还可以连接相应的外围加热电路,当温度低于设定下限温度时,单片机发出的指令,加热器起动对水温进行加热,当温度回升到下限温度时加热器停止加热。
而在温度控制当中,PID控制技术应用相对来说比较广泛,PID控制器算法简单,计算量小,恒温效果稳定。
本系统应而采用了PID温度控制技术。
系统软件主要由初始化程序、主程序、测控显示程序等组成。
其中初始化程序是对单片机的接口工作方式等进行设置;显示程序包括对显示模块的初始化、显示方式设定及输出显示;主程序则完成对采集数据进行处理、控制。
该系统应用范围相当广泛,同时采用单片机技术,由于单片机自身功能强大,因而系统设计简单,工作可靠,抗干扰能力强,也可在此基础上加入通信接口电路,实现与相互之间的通信。
1系统设计的内容及要求
1.1系统设计的内容
(1)利用51系列单片机作为主控制器实现温度的自动控制;
(2)可以实现温度的设定调节;
(3)根据要求实现程序的设计编写。
1.2系统设计的要求
(1)硬件电路的制作要科学合理,布局要美观,性能要稳定;
(2)温度控制范围为0℃-99℃,温度精确到±3℃。
2系统总体设计方案选择与论证
2.1控制芯片选择
本设计选用单片机为控制芯片是因为它有以下优点。
第一,可靠性良好。
单片机是按照工业控制要求所设计的,其抗工业噪声优于一般的CPU,程序指令及常数数据都烧写在ROM内,其许多信号通道均在同一个芯片内,因此可靠性高;第二,易扩充。
单片机具有一般微电脑所必需的器件,如三态双向总线、并行及串行的输入/输出引脚,可以扩充为各种规模的微电脑系统;第三,控制功能强。
为了满足工业控制的要求,单片机的指令除了输入/输出控制指令、逻辑判断指令外,还有更为丰富的条件分支跳跃指令。
利用单片机的智能性,可方便的实现具有智能的数据采集和处理。
在采用单片机为实现形式时,有很多种单片机可以实现数据采集、数据处理功能,通常会用以下几种单片机来实现:
1、采用PIC来实现。
美国微芯科技股份有限公司推出的采用RISC(精简指令集)和哈佛总线(Harvard)结构的PIC系列CMOS8位单片机,其主要特点是数据总线是8位的,而其指令总线则有12位、14位和16位3种。
2、采用AVR来实现。
AVR单片机的特点:
速度快、片内资源丰富、保密性好、可重复擦写及在系统编程ISP、工作电压范围宽、功耗低、支持JTAG仿真、与C语言的完美配合。
3、采用STC89C51RC来实现。
STC89C51RC结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统,属于80C51增强型单片机版本,集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能,适合于类似马达控制等应用场合。
基于以上优点本系统采用STC89C51RC作为主控芯片。
2.2传感器的选择
测量温度有很多传感器。
热电偶灵敏度较低,但能在很宽广的温度范围内使用;热敏电阻的工作温度范围较窄,但灵敏度高,有利于检测微小温差,其输出特性量非线性,检测时需要有线性化装置;廉价的集成电路(IC)温度传感器性能离散度很大,用于高精度测量时,必须进行校准;测温铂电阻温度系数的离散度很小,精确度高,灵敏度也较好,特别适用于1000度以下的温度测量,但价格昂贵。
集成电路温度传感器利用了半导体PN结电流电压特性和温度的相关性,与热敏电阻、热电偶相比,最大优点是输出线好,测温精度较高。
DS18B20包含一个10位AD转换器,是一个以0.25的分辨力将温度数字化的温度传感器,也支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。
DS1822的精度较差为±2°C。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量,如:
环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同,新的产品支持3V~5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。
而且新一代产品更便宜,体积更小.分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。
选择温度传感器,首先应该考虑温度传感器的测量精度和测量范围,精度符合使用要求,所以我们直接选择数字,避免在收到模拟信号后再将其转化成数字信号,那样会
扩大测量误差,影响精确度,故在本系统中选择DS18B20传感器比较好。
2.3显示方式的选择
方案一:
使用液晶1602。
液晶显示屏(LCD)具有低压、微功耗、无辐射危险,平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势,显示信息量大,分辨率高,抗干扰能力强等特点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
方案二:
使用数码管。
数码管作为单片机系统最为常用的输出器件,在显示时可以由数字和少量字母组合完成输出功能的系统中应用十分方便。
数码管有以下优点:
低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高(低)温,对外界环境要求相对较低,易于维护,同时其精度较高,称重轻,精确可靠,操作简单。
数码管采用BCD编码显示数字,程序编译容易,资源占用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于单片机的PID温度控制器的设计 电子毕业设计论文 基于 单片机 PID 温度 控制器 设计 电子 毕业设计 论文