基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　摘要：近年來隨著計算機技術在社會領域的滲透, 單片機的應用也在不斷地的快速發(fā)展，同時推動傳統(tǒng)控制檢測日新月益的更新。在自動控制和實時檢測的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部分，僅單片機方面技術是不夠的，還應根據具體硬件結構與應用對象特點的軟件結合，以作完善。</p><p>　　本論文從主要研究水溫的恒溫自動控制過程，主要應用AT89C51、DS18B20、LED數碼管、MOC30

2、41、可控硅。通過 DS18B20數字溫度傳感器采集溫度，以單片機為中央控制器進行數據的處理和控制的分析，并通過四位LED數碼管顯示實時溫度和各種狀態(tài)值，然后單片機調制出PWM脈沖，通過PWM驅動可控硅的通斷，實現溫度的實時控制。</p><p>　　關鍵詞：單片機系統(tǒng)；傳感器；數據采集；模數轉換器；溫度</p><p>　　ABSTRACT: With the computer tech

3、nology in recent years, the penetration in the social sphere, SCM applications are constantly rapid development, while promoting traditional control detects the rapidly growing updated. In automatic control and real-time

4、 detection of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core part only of SCM technology is not enough, but also according to the specific characteristics of the hardware structure and appl

5、ication software objects com</p><p>　　The major research paper from the automatic thermostat temperature control process, the main application AT89C51, DS18B20, LED digital tube, MOC3041, triac. By collectin

6、g temperature DS18B20 digital temperature sensor, a microcontroller as the central controller for data processing and control analysis, and through the four LED digital display real-time temperature and various status va

7、lues??, then a single-chip PWM pulse modulated by PWM drive can be silicon-off control, to achieve real-time te</p><p>　　KEY WORDS: MCU system; sensor; data acquisition; analog-to-digital converter; temperat

8、ure</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　1.1課題的背景及其意義</p><p>　　21世紀是科學技術高速發(fā)展的信息時代，電子技術、單片機技術的應用已經是非常廣泛，伴隨著科學技術和生產的不斷發(fā)展，在生產生活中需要對各種參數進行溫度測量。因此溫度一詞在生產生活之中出現的頻率日益增多，與之相對應的，溫度控制和

9、測量也成為了生活生產中頻繁使用技術，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著非常重要的作用。如在日趨發(fā)達的工業(yè)領域之中，利用測量與控制溫度來保證生產的正常運行。在農業(yè)生產中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產等。</p><p>　　溫度值是表征物體冷熱程度的一個物理量，溫度的測量則是工農和業(yè)生產過程中一個很重要也普遍的參數。溫度的測量及控制對保證產品的質量、提高生產的效率、節(jié)約能源、安全生產、促進經濟的發(fā)展起到非常重要的作用。因為

10、溫度測量的普遍性，使得溫度傳感器的數量在各種傳感器中居首。并且隨著科學技術與生產的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類仍然在不斷增加和豐富以來滿足生產生活中的各種需要。</p><p>　　在單片機溫度控制系統(tǒng)中的關鍵是溫度的測量、溫度的控制和溫度的保持，溫度是工業(yè)控制對象中主要的被控參數之一。因此，單片機要對溫度的測量則是對溫度進行有效及準確的測量，并且能夠在工業(yè)生產中得廣泛的應用，尤其在機械制造、電力工程化工生產、冶金

11、工業(yè)等重要工業(yè)領域中，擔負著重要的測量任務。在日常工作和生活中，也被廣泛應用于空調器、電加熱器等各種室溫測量及工業(yè)設備的溫度測量。但溫度是一個模擬量，需要采用適當的技術和元件，將模擬的溫度量轉化為數字量，才生使用計算機或單片機進行相應的處理。</p><p>　　1.2課題研究的內容及要求</p><p>　　本次畢業(yè)設計的題目是基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)設計。它是多種技術的結合，不僅涉及到

12、軟件的技術，而且還將應用電子技術和單片機的應用技術有機結合，其中還涉及自動控制理論；其具有較精度高、測量誤差較小、穩(wěn)定性好等特點。</p><p>　　1．課題的主要研究的內容。</p><p>　　本文所要研究的課題是基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)設計，主要是介紹了對溫度的控制，實現了溫度的實時顯示與控制。溫度控制部分，提出了用DS18B20、AT89C51單片機和LED的硬件電路完成對水溫的

13、實時檢測及顯示，利用DS18B20與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現對加熱電阻絲的實時控制。而溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，由DS18B20檢測溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內部一個單元作為最后檢測信號，并在LED中顯示?？刂破魇怯肁T89C51單片機，用PID進行調節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機構，去調節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制溫度。每片DS18B20都有唯一的產品號，可以一并存入其ROM中，以便在構成

14、大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出或寫入DS18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數據線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20提供電源，不需要額外電源。同時DS18S20能提供九位溫度精度，它無需任何外圍硬件便可方便地構成溫度檢測系統(tǒng)。而且本次的設計主要實現溫度測試，溫度顯示，溫度控制，超過設定的門</p><p>　　2．利用單片機實現其具體控

15、制功能如下：</p><p>　?。?）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進制LED數碼管來顯示水的實際溫度。</p><p>　　（2）能夠設定水的溫度值，設定范圍是30℃～90℃。</p><p>　?。?）能夠實現水溫自動控制，如果設定水溫在80℃，則能使水溫保持恒定在80℃的溫度下運行。</p><p>　?。?）使用單片機AT89C51控

16、制，通過輸入按鍵來控制水溫的設定值，數值采用LED數碼管顯示。</p><p>　　1.3課題的研究方案</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)是比較典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產過程中很重要的被控參數，計算機控制技術在這方面的應用，已使溫度控制系統(tǒng)達到自動化、智能化，比過去采用電子線路進行PID調節(jié)的控制效果要好很多，可控性方面也有了很大的提高。</p><p>　

17、　溫度是一個非線性的控制對象，有大慣性的特點，尤其在低溫段慣性較大，而在高溫段慣性較小。對于這種溫控對象，一般認為其具有以下的傳遞函數形式：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　方案一（見圖1-1）</p><p>　　圖1.1 方案一的流程圖</p><p>　　此方案是傳統(tǒng)的模擬控制方

18、案，選用模擬電路，用電位器設定值，反饋的溫度值和設定值比較后，判定加熱或不加熱。特點是電路簡單，易于實現，但是系統(tǒng)的精度不高并且調節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)的靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實現復雜控制算法。并且不能用數碼管顯示溫度值和當前的狀態(tài)，也不能使用鍵盤進行設定。</p><p>　　方案二（見圖1-2）</p><p>　　圖1.2 方案二的流程圖</p><

19、p>　　此方案的控制方式是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想和方案一相同，但由于采用了上下限比較電路，使得在控制精度上有所提高。這種方法仍然還是模擬控制方式，因此也很難能實現復雜的控制算法使的控制的精度做得較高，并且不能用數碼管顯示溫度值和當前的狀態(tài)，也不能使用鍵盤進行設定。</p><p>　　方案三（見圖1-3）</p><p>　　圖1.3 方案三的流程圖</p>

20、<p>　　該方案采用AT89C51單片機系統(tǒng)來實現檢測和控制的，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程設計實現各種控制算法以及邏輯控制，進而獲得比極高的控制精度。該系統(tǒng)可以用數碼管來顯示溫讀的實際值和各種狀態(tài)，可用鍵盤輸入設定值。本方案選用了AT89C51芯片，不需要外擴展存儲器，很多硬件設備也都集成到了AT89C51的內部，使系統(tǒng)整體結構更簡單，實現更加容易。</p><p>　　結論：前兩種方案

21、是比較傳統(tǒng)的模擬控制方式，模擬控制系統(tǒng)難以實現復雜的控制規(guī)律，無法獲取比較高的控制精度，并且控制方案的修改也較為繁瑣。方案三是采用以單片機為控制核心的系統(tǒng)，對溫度的控制，可達到模擬控制達不到的效果；可以編程實現各種邏輯功能和復雜的控制算法，可也實時的處理各種狀況；并且實現了數據顯示和鍵盤設定功能，提高了系統(tǒng)的智能性和人機交互性。所以，經過比較，本次畢業(yè)設計采用了方案三。</p><p>　　第2章 設計理論基礎&

22、lt;/p><p>　　本設計系統(tǒng)的組成單元包括：單片機控制單元、溫度采樣單元、調節(jié)執(zhí)行單元、顯示單元。</p><p>　　2.1 AT89C51系列單片機介紹</p><p>　　AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫程序存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數據保存時間可以達到十年。它與MCS-80

23、51系列單片機在指令和引腳上完全兼容，因此不僅可完全代替MCS-51系列單片機，而且還能使系統(tǒng)具有許多MCS-8051系列產品沒有的功能。使用AT89C51單片機便可構成的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小了系統(tǒng)的體積, 增加了系統(tǒng)可的靠性易用性，降低了系統(tǒng)的制作成本。程序長度可達4096字節(jié), 四個可編程的用戶I/O。在5V的電壓下就可以編程，而且程序的寫入時間也僅需要10毫秒的時間, 僅為8751/87C51單片機的時間的百分之一，與87C5

24、1系列的單片機的12V的擦寫電壓相比, 即保護了器件, 也沒有兩種電源的不同要求，在不拿下芯片的情況先即可進行程序的擦寫，非常適合嵌入式的控制領域的應用。AT89C51芯片提供了三級程序存儲器來鎖定加密， 提供了方便靈活并且可靠的硬加密手段, 能保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外,AT89C51 還具有MCS-51系列單片機的所具有優(yōu)點。128×8 位的內部RAM, 32 位</p><p>　　2.2光電耦

25、合器MOC3041</p><p>　　MOC3041 是常用雙向晶閘管輸出的光電耦合器(固態(tài)繼電器)，帶過零觸發(fā)電路，輸入端的控制電流為15mA，輸出端的額定電壓為400V，輸入輸出端隔離電壓為7500V。</p><p>　　傳統(tǒng)的方法都是采用移相觸發(fā)的晶閘管，通過控制晶閘管的導通角而達到控制功率大小的效果，不僅同步檢測的電路非常的復雜，而且會在晶閘管導的通瞬間會產生高次的諧波干擾，引

26、起電網的電壓產生波形畸變，影響到其他電子設備和電子通訊系統(tǒng)的正常運行，本設計中采用過的零觸發(fā)晶閘管導通以及關斷時間的比值來調節(jié)功率的大小，因為過零觸發(fā)不會改變電壓的波形而是改變的只是電壓全波通過的次數，并不會對電網造成干擾，所以，本設計采用過零的觸發(fā)方式。</p><p>　　MOC3041芯片內部包含過零檢測的電路，在輸入引腳1輸入的電流為15mA的時候，輸出引腳6、和輸出引腳4之間的電壓剛剛過零時，內部的雙向

27、晶閘管開始導通，從而觸發(fā)外部的晶閘管導通，在MOC3041輸入引腳的輸入電流為0時，內部的雙向晶閘管被關斷，從而外部的晶閘管也被關斷。</p><p>　　圖2.1 M0C3041邏輯引腳圖</p><p><b>　　2.3雙向可控硅</b></p><p>　　可控硅分為單向可控硅和雙向可控硅兩種,他們的符號也是不同的.單向可控硅是由三個P

28、N結構成,由外層的P極與N極引出兩個電極,分別稱為陽極與陰極,由中間的P極引出一個可控硅的控制極G極。 </p><p>　　單向的可控硅有其獨特的特性為:當陽極被接反向電壓,或者陽極被接正向電壓但控制極不加控制電壓時,可控硅都是不導通,而陽極與控制極同時被接正上向電壓時,可控硅就會變成導通狀態(tài).可控硅一旦導通,控制極的電壓便失去了對可控硅的控制作用,這時不論控制極有沒有控制電壓,也不論控制極的控制電壓的極性是如

29、何,將會一直保持在導通的狀態(tài)。要想關斷此可控硅,只有把可控硅陽極電壓降到某一臨界值或者反向。 </p><p>　　雙向的可控硅的引腳多數是按T1、T2、G的順序從左至右排列(電極引腳向下,面對有字符的一面時).加在控制極G上的觸發(fā)脈沖的大小或時間改變時,就能改變其導通電流的大小。 </p><p>　　與單向可控硅的區(qū)別是,當雙向可控硅G極上觸發(fā)脈沖的極性改變時,其導通方向就隨著極性的變

30、化而改變,從 而能夠控制交流電負載.而單向可控硅經觸發(fā)后只能從陽極向陰極單方向導通,所以可控硅有單雙向之分。</p><p>　　本設計所使用的可控硅為BTA08，其參數如下：</p><p>　　Tstg——貯存溫度40~125℃</p><p>　　Tj——結溫40~125℃</p><p>　　PGM——峰值門極功耗 5W</p&

31、gt;<p>　　VDRM——重復峰值斷態(tài)電壓 600V</p><p>　　IT（RMS）——RMS通態(tài)電流（Ta=89℃） 8A</p><p>　　VGM——峰值門極電壓 10V</p><p>　　IGM——峰值門極電流 2.0A</p><p>　　ITSM——浪涌通態(tài)電流(一個周期50/60HZ,峰值,不重復) 80

32、/88A</p><p>　　VISO——絕緣擊穿電壓（RMS，交流1分鐘1500V ）</p><p>　　2.4移位寄存器74LS164</p><p>　　因為數碼管需要段碼和位碼，這樣就大量的占用了單片機的I/O口，為了使I/O口得到充分的使用，本設計采用74LS164作為段碼的選擇輸出電路，即節(jié)省了I/O引腳也省去了LED的驅動電路，簡化了電路的設計和程序

33、的編寫，提高個系統(tǒng)的設計效率。</p><p>　　移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：</p><p>　　圖2.2移位寄存器74LS164引腳圖</p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p>　　A、B —— 串行輸入端；</p><p>　　Q0～Q7 ——

34、 并行輸出端；</p><p>　　—— 清除端，低電平有效；</p><p>　　CLK —— 時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。</p><p>　　多片74LS164串聯，能實現多位LED靜態(tài)顯示。每擴展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V，不清除。但是本設計為了使電路的設計更加簡單易于實現，采用了4位一體的共陽極數碼管，因此只能實現動態(tài)的顯示數據。</p

35、><p>　　2.5數碼顯示管LED</p><p>　　LED顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。</p><p>　　LED數碼管作為顯示字段的數碼型顯示器件，它包含若干個發(fā)光二極管。當其中某

36、個發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫就會發(fā)亮；控制二極管導通在不同的組合，就能顯示出各種不同的字符，常用的LED數碼管有7段和“米”字段兩種。這種數碼管有共陽極與共陰極兩種類型。共陰極LED數碼管的發(fā)光二極管的陰極端連在一起，一般此共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，電流導通，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被點亮顯示。與之類似，共陽極LED數碼管的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此共陽極接正極的電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極被

37、接到低電平時，電流導通，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被點亮顯示。本次設計所用的LED數碼管為共陽極的7段數碼管。</p><p>　　LED數碼管的使用方式與發(fā)光二極管的使用方式相同，根據材料的不同正向壓降一般為15～2V，額定電流為10mA，最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時取10mA為宜，動態(tài)掃描時顯示可加大脈沖電流，但一般不都超過40mA。</p><p>　　本設計采用的是4位一體的共陽

38、極數碼管，數碼管的原理圖和引腳表示如下圖：</p><p>　　圖2.3數碼顯示管LED引腳圖</p><p>　　2.6數字溫度計DS18S20</p><p>　　在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離的溫度測量系統(tǒng)中，模擬信號很容易受到干擾，而產生測量誤差，影響測量的精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強的新型數字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。</p

39、><p>　　DS18B20數字溫度傳感器，與傳統(tǒng)熱敏電阻所不同的是，集成在單個芯片，采用單了總線技術，這樣能夠有效的減小外界的干擾，提高溫度測量的精度。同時，它可以直接將被測溫度的模擬信號轉化成串行數字信號輸出供單片機處理，接口簡單， 使數據的傳輸和處理簡得到單化。模塊功能電路的集成化，使總體硬件電路的設計更加簡潔，有的效地降低了成本，使得搭建電路和焊接電路時更容易，調試也更加容易，使得開發(fā)的周期大大縮短。<

40、/p><p>　　2.6.1 DS18S20的主要特性</p><p>　　1．DS18S20的適應電壓范圍更寬，其范圍為：30-55V，而且它能夠直接由數據線獲取電源(寄生電源)，無需外部工作電源。</p><p>　　2．DS18S20提供了9位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編程的報警功能。</p><p>　　3．DS18S

41、20通過1-Wire®總線與中央微處理器通信，僅需要單根數據線(或地線)。同時，在使用過程中，它不需要任何的外圍的元件，全部的傳感元件和轉換電路都被封裝在形狀如一只三極管的集成電路內。</p><p>　　4．DS18S20具有-55°C至+125°C的工作溫度范圍，在-10°C至+85°C溫度范圍內精度為±05°C。</p>&

42、lt;p>　　5．每片DS18S20具有唯一的64位序列碼，這些碼允許多片DS18S20在同一條1-Wire總線上工作，因而，可方便地使用單個微處理器控制分布在大范圍內的多片DS18S20器件。</p><p>　　6．DS18S20的測量結果直接輸出的是數字溫度信號，通過“單總線”串行傳送給CPU，同時還可以自動生成及發(fā)送CRC數據校驗碼，它具有極強的抗干擾和糾錯的能力。</p><p

43、>　　7．DS18S20具有負載的特性，當電源因故障或失誤極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但是也不會正常的工作。</p><p>　　2.6.2 DS18B20測溫原理</p><p>　　圖2.4 DS18B20 的內部測溫電路框圖</p><p>　　低溫度系數的晶振的振蕩頻率在溫度變化時受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號，為減法計數器1提供頻

44、率穩(wěn)定的計數脈沖。而高溫度系數晶振在溫度變化時隨溫度變化其震蕩頻率改變明顯，是一個對溫度很敏感的振蕩器，所產生的脈沖信號作為減法計數器2的脈沖輸入信號，為計數器2提供一個頻率隨溫度變化而變化的計數脈沖。圖中隱含了計數門，當計數被門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計。計數門的開啟的時間是由高溫度系數振蕩器決定的，在每次測量前，首先將-55℃ 所對應的基數值分別置入減法計數器1和溫度寄存器中。減法計數器1對低溫度

45、系數晶振產生的固定脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的值從預置值減到0時溫度寄存器的值加1，減法計數器1的預置值將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的固定脈沖信號進行減法計數，如此循環(huán)直到減法計數器2減到0時，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度值。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值。</p>&l

46、t;p>　　第3章 硬件電路設計</p><p>　　本設計采用按鍵作為輸入，通過DS18B20數字溫度傳感器采集溫度值，送到主機AT89C51，由主機進行處理并將實際溫度的值顯示在LED數碼管上，然后控制加熱設備實現溫度的恒溫控制。整體原理圖如下。</p><p>　　圖3.1基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)設計的整體原理圖</p><p>　　3.1 單片機控制單

47、元</p><p>　　單片機控制電路包含4個按鍵實現溫度和系統(tǒng)設定與控制。包括：“設置”、“加1”，“右移”，“確定”四個按鍵。其原理圖如下。</p><p>　　圖3.2單片機控制單元原理圖</p><p>　　3.2 溫度采樣電路</p><p>　　本設計采用DS18B20作為溫度傳感器，進行溫度的檢測，測量的到的數字數據可以直接送到

48、單片機進行處理因此省去了信號放大和濾波電路。溫度采樣電路原理圖如下：</p><p>　　圖3.3溫度采樣電路</p><p><b>　　3.3 顯示電路</b></p><p>　　本設計使用串行的方式顯示數據，可節(jié)省大量的I/O占用。通過74LS164將串行的數據轉成并行的數據并鎖存到輸出端，其原理圖如下圖所示：</p>&

49、lt;p>　　圖3.4顯示電路原理圖</p><p>　　3.3 調節(jié)執(zhí)行單元</p><p>　　本設計采用實時控制的方法，在主機AT89C51的P2.1口給出PWM溫度控制信號，有光電耦合器MOC3041和可控硅組成驅動電路，MOC3041用于將單片機系統(tǒng)和可控硅電路隔開，避免高電壓和強電流對單片機的干擾,是單片機可以正常的運行，可控硅SCR的作用就是一個固態(tài)觸電，使之可以開斷加

50、熱設別，以實現溫度的實時控制。其原理圖如下</p><p>　　圖3.5調節(jié)執(zhí)行電路原理圖</p><p><b>　　第4章 軟件設計</b></p><p><b>　　4.1主程序流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件部分由主程序、中斷子程序、按鍵子程序、顯示子程序和PID控制算法子程

51、序圖組成。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4.1，當有系統(tǒng)啟動后，主程序啟動，根據設定的條件逐步運行，達到設計目的。</p><p>　　圖4.1主程序流程圖</p><p>　　4.2中斷子程序流程圖</p><p>　　圖4.2為中斷子程序的流程圖。</p><p>　　圖4.2 中斷子程序</p><p><b>

52、;　　4.3按鍵流程圖</b></p><p>　　圖4.3為系統(tǒng)的按鍵流程圖。主要是通過按鍵的輸入控制來調節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而實現系統(tǒng)對溫度的手動和自動控制。</p><p>　　圖4.3 按鍵流程圖</p><p><b>　　4.4顯示流程圖</b></p><p>　　圖4.4為系統(tǒng)的顯示流程圖。主要是

53、通過對測量的溫度進行顯示，給操作者提供提示。</p><p>　　圖4.4 顯示流程圖</p><p>　　4.5 PID控制算法子程序</p><p>　　采用傳統(tǒng)PID位置式和增量式算法，其特點是結構比較簡單，而且實現相對容易，但是其缺點是有超調以及溫度上升不夠快。</p><p>　　分段式PID在傳統(tǒng)PID算法的基礎上有效的克服積分飽

54、和的問題 解決了系統(tǒng)運行一段時間后可能會會突然急劇升溫的問題，同時也能按每部分加熱的不同要求而靈活的調整達到較好的調溫效果。因此在本設計中采用了PID控制算法其流程圖如下：</p><p>　　圖4.5 PID控制算法子程序流程圖</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調試及結論分析</p><p>　　單片機應用系統(tǒng)實驗板組裝好以后，便可進入系統(tǒng)調試，其主要任務是排除存

55、在硬件故障，并完善其硬件的結構，運行所設計的程序，排除程序存在錯誤，并優(yōu)化程序結構，使系統(tǒng)達到期望的性能。</p><p><b>　　5.1硬件調試</b></p><p>　　單片機系統(tǒng)的硬件和軟件調試應是相互進行的，但通常是先排除明顯的硬件故障。</p><p>　　1.開路、短路：由于焊接技術導致的開路、短路等故障。</p>

56、<p>　　解決方法：對照原理圖用萬用表檢測,補焊即可。</p><p>　　2.元器的件損壞：由于對所使用的元器件不熟悉及制焊接過程中操作不當致使器件損壞。</p><p>　　解決方法：仔細閱讀元器件的應用環(huán)境,仔細焊接。</p><p>　　3.電源故障：上電后造成元器件損壞、無法正常的供電，電路不能正的常工作。電源故障包括：電壓值不符合設計要求

57、，電源引出線與插座不對應，各檔電源之間短路等。</p><p>　　解決方法：電源必須單獨的調試好以后才能加到系統(tǒng)各個部件中。</p><p><b>　　5.2軟件調試</b></p><p>　　設計軟件部分出問題的現象：</p><p>　　以斷點或連續(xù)方式運行時，目標沒有按規(guī)定的功能進行操作或什么結果也沒有，是由

58、于程序轉移到某處死循環(huán)所造成的。</p><p>　　解決方法：這類錯誤的原因是程序中跳轉的地址計算錯誤、堆棧的溢出、工作寄存器的沖突等,檢查各處邏輯,更改之。</p><p>　　對中斷不相應。CPU不響應中斷的現象是連續(xù)運行時不執(zhí)行中斷任務程序的規(guī)定操作，當斷點設在中斷入口或中斷服務程序中時碰不到斷點。</p><p>　　解決方法：更改中斷控制寄存器（IE，I

59、P）的設置。</p><p>　　結果不準確確。系統(tǒng)基本上可以正常操作，但控制會有誤動作或者輸出結果不正確。這種錯誤大多是由于算法錯誤引起的。錯誤原因沒有查明，沒有解決。</p><p><b>　　5.3結論分析</b></p><p>　　通過對軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的調試，進一步理解了自動控制理論在單片機系統(tǒng)中的應用，特別是自動控制原理在恒溫

60、控制中算法分析和應用；同時也發(fā)現了些問題，原電路缺乏對溫度的實時控制，溫度的控制不是很及時快速，不能達到高精度的溫度控制；此后加入調節(jié)執(zhí)行的單元，采用實時控制方法，使用PID算法；在AT89C51的P21口輸出PWM溫度的控制信號，由光電耦合器MOC3041和可控硅SCR組成。光電耦合器MOC3041的作用是將單片機系統(tǒng)與可控硅SCR的電路隔開，避免在高壓過程中干擾信號影響到單片機的運行；可控硅SCR的作用是相當于一個觸點，使之有可以開

61、啟或關斷電爐，從而控制電爐的通斷，從而實現對溫度的實時控制。</p><p><b>　　第6章 結束語</b></p><p>　　經過三個月的努力，畢業(yè)設計以基本完成，這意味著大學生活也要結束了，但我們的學習沒有因此而結束；在本次的設計，所學的理論知識接受了實踐的檢驗，增強了運用所學知識的能力及動手的能力，為以后的學習和工作打下了很好的基礎。本文以AT89C51單

62、片機為核心，做為控制器件，溫度信號通過數字式溫度傳感器DS18B20采集后直接轉換為數字信號，單片機可以直接串行讀??；溫度的設定采用按鍵移位式設定方法；溫度控制采用ＰＷＭ控制光耦和可控硅實現控制控制加熱器效果。軟件算法采用分段式PID的算法，調高可系統(tǒng)的可靠性。在單片機應用的基礎上，實現了AT89C51單片機控制傳感器的自動化溫度監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　目前，測溫控溫系統(tǒng)快速發(fā)展，國外的測量控制系統(tǒng)已經相

63、當成熟，產品也較多。近兩年，國內也出現了高精度的溫度控制系統(tǒng)產品，但對于用戶來說，價格還是偏高。由于競爭的越來越激烈，現在企業(yè)發(fā)展的趨勢是如何提高生產效率，降低生產成本。尋求性能可靠、價格低廉，應用廣泛的元器件是生產過程的首先要考慮的問題，因此像本設計這種控制簡單、精度較高、價格比較低廉的控制系統(tǒng)將會有很好的發(fā)展前景，因此學好單片機技術以及自動自動控制理論是相當重要的。</p><p>　　通過本次的設計，我深深

64、的體會到畢業(yè)設計是一個從學習到工作的一個臺階。畢業(yè)設計的完成標志著大學生活的結束，在今后的生活中迎接我們的是更多的挑戰(zhàn)，但是通過這事畢業(yè)設計的學習和磨練，我相信我可以更好的面對這些挑戰(zhàn)。在大學里我得到了很好的鍛煉，在以后的工作學習中要將學到的知識轉換成力量，為自己的夢想而努力。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張毅剛.單片機

65、原理與應用[M]高等教育出版社2005年1月，第2版：137-156</p><p>　　[2] 曹巧媛主編.單片機原理與應用 [M] 北京:電子工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[3] 何民編.單片機教程[M]北京:北京大學出版社,2000</p><p>　　[4] 金發(fā)慶編 傳感器技術與應用[M]北京機械工業(yè)出版社,2002</p>&l

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70、剛，于珍珠等.基于51 單片機的溫度測量系統(tǒng)[J]. 微計算機信息，2007，1-2：146-148。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　轉眼間，四年的大學生活即將結束，緊接著人生新的旅途將要馬上啟程。在這四年的求學生涯中，我敬愛老師、同學給與了我很大支持和幫助。特別的感謝我的老師，或許我不是您們的最優(yōu)秀的學生，而您們卻一直是我最敬重的老師

71、。大學時代的老師學識淵博，思想深邃，視野雄闊，給我營造了非常好的精神氛圍；置身在其間，則耳濡而目染，便潛移而默化，這使我不僅接受到了新的思想觀念，而且樹立了正確而宏偉的學術目標，領會了對與知識和走向社會的正確的思考方式。</p><p>　　在這里尤其要感謝王學軍老師，在論文準備和寫作過程中給予了大量的指導和幫助,感謝您對我的悉心點撥，使得我可以及時高質量的完成本次的畢業(yè)的設計任務。感謝我的同學在我遇到困境時伸出