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1、單位代碼01學(xué)號(hào)100119056分類號(hào)TP393密級(jí)文獻(xiàn)翻譯基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)院(系)名稱信息工程學(xué)院專業(yè)名稱電子信息工程學(xué)生姓名褚義指導(dǎo)教師付瑞玲2014年月日第I頁(yè)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯)單片機(jī)溫度控制:一個(gè)跨學(xué)科的本科生工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目JamesS.McDonald工程科學(xué)系三一大學(xué)德克薩斯州圣安東尼奧市78212摘要本文所描述的是作者領(lǐng)導(dǎo)由四個(gè)三一大學(xué)高年級(jí)學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一個(gè)跨學(xué)科工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)氣室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求是:當(dāng)實(shí)際氣室的溫度階躍響應(yīng)時(shí),規(guī)定范圍內(nèi)的溫度進(jìn)入氣室后,穩(wěn)定時(shí)的溫度誤差和
2、超調(diào)量必須少于一個(gè)絕對(duì)溫度。本組學(xué)生開發(fā)設(shè)計(jì)是基于摩托羅拉MC68HC05系列單片機(jī)。該問題的教學(xué)價(jià)值也通過(guò)某些步驟的關(guān)鍵描述在本文說(shuō)明。研究結(jié)果表明,解決該方案需要具有廣泛的工程學(xué)科知識(shí),包括相關(guān)電子、機(jī)械和控制系統(tǒng)工程的知識(shí)。第21頁(yè)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯)1引言該設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)自一個(gè)實(shí)際應(yīng)用問題,一個(gè)關(guān)于顯微鏡載玻片干燥劑溫控器——?dú)W米茄CN-390溫度控制器,而這個(gè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是研發(fā)一個(gè)自定義的通用溫度控制系統(tǒng)取代歐米茄系統(tǒng)、一個(gè)以更低的成本實(shí)現(xiàn)相同功能的自定義控制器,就像歐米茄系統(tǒng)一樣,并不需要能夠全方位的處理各種問題。該載玻片干燥機(jī)的機(jī)
3、械布局如圖1-1所示。干燥機(jī)的主體是一個(gè)足夠大的絕緣充氣室,里面依次存放著薄紙包著的石蠟。為了使石蠟保持適當(dāng)穩(wěn)定性,載玻片氣室的溫度必須維持穩(wěn)定。第二個(gè)氣筒(電子圍繞元件)設(shè)有一個(gè)電阻加熱器、一個(gè)溫度控制器以及一個(gè)安裝在干燥機(jī)上的風(fēng)扇,是為了把風(fēng)吹過(guò)加熱器,把熱量帶到載玻片氣室。圖1-1載玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局自1996-97學(xué)年來(lái),本文作者帶領(lǐng)四位三一大學(xué)工程科學(xué)系的高年級(jí)學(xué)生開展此項(xiàng)目的研究。本文的目的說(shuō)明了提出一些問題并詳細(xì)闡述學(xué)生的一些解決方案,而且討論了這種類型的跨學(xué)科設(shè)計(jì)項(xiàng)目在教學(xué)方面應(yīng)用的問題。這份學(xué)生報(bào)告曾經(jīng)在1997年全國(guó)本科畢業(yè)生研
4、討會(huì)上提出過(guò)并討論過(guò)。第2節(jié)給出該設(shè)計(jì)的更多詳細(xì)情況,包括性能規(guī)格。第3節(jié)具體學(xué)生的設(shè)計(jì)。第4節(jié)是論文的主體,討論該設(shè)計(jì)在教學(xué)應(yīng)用方面的實(shí)施問題。最后,第5節(jié)全文總結(jié)。2問題闡述該項(xiàng)目基本的思想是設(shè)計(jì)一個(gè)自定義溫度控制系統(tǒng)來(lái)取代相關(guān)的歐米茄CN-390溫度控制器。溫度時(shí)通常保持在一個(gè)穩(wěn)定的常數(shù),但重要的是階躍變化可以被“合理”的跟蹤。因此主要要求如下:·可以對(duì)空氣室的溫度進(jìn)行設(shè)定,第21頁(yè)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯)·同時(shí)顯示設(shè)定值和實(shí)際溫度,·以及在設(shè)定溫度值情況下,可接受范圍內(nèi)的跟蹤階躍變化,穩(wěn)態(tài)誤差,超調(diào)量。表1精確的規(guī)格說(shuō)明設(shè)定溫度接口設(shè)
5、定溫度顯示室內(nèi)溫度顯示范圍精度準(zhǔn)確度60-991°C±1°C室內(nèi)溫度階梯響應(yīng)范圍(穩(wěn)定狀態(tài))精度(穩(wěn)定狀態(tài))最大超調(diào)設(shè)定時(shí)間(到±1°)60-99±1°C1°C120s盡管表1部分說(shuō)明并不明確,但是它清楚的反映了人們對(duì)數(shù)字顯示器在設(shè)定值和實(shí)際溫度的要求和溫度應(yīng)該通過(guò)數(shù)值輸入來(lái)設(shè)定(而不是,通過(guò)電位器設(shè)置)。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)微控設(shè)計(jì),數(shù)字溫度顯示和單點(diǎn)輸入的要求可能是最合適的。圖2-2為學(xué)生的設(shè)計(jì)框圖。圖2-2溫度控制器硬件結(jié)構(gòu)圖第21頁(yè)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯)摩托羅拉MC68HC705B16(簡(jiǎn)稱6805),是系統(tǒng)的核心。它通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的4鍵小
6、鍵盤對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定,同時(shí)使用兩個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制7段LED數(shù)碼管來(lái)顯示定值和氣室溫度的測(cè)量值。所有這些,輸入和輸出信號(hào)與6805的并行口相連。氣室的溫度值使用預(yù)校準(zhǔn)熱敏電阻測(cè)量,并通過(guò)6805的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入。最后,6085的脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器,以控制線性電阻加熱器的閉合和斷開。圖2-3更詳細(xì)的顯示了6805的接口和電子器件。使用暴風(fēng)3K041103型號(hào)四鍵鍵盤,通過(guò)PA0-PA3端口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。其中一個(gè)重要的功能是進(jìn)行模式切換。兩種模式:固定模式和運(yùn)行模式。在固定模式下,其他兩個(gè)鍵用于設(shè)定溫度,一個(gè)增加,一個(gè)減少,第四個(gè)按鍵暫
7、無(wú)作用。LED顯示屏由哈里斯半導(dǎo)體ICM7212進(jìn)行驅(qū)動(dòng),通過(guò)PB0-PB6端口與芯片相連,作為輸出。熱敏電阻由電壓分頻器驅(qū)動(dòng),通過(guò)AN0針腳(八個(gè)模擬輸入端口中的一個(gè))相連。最后,PLMA針腳(兩個(gè)PWM輸出端口中的一個(gè))驅(qū)動(dòng)加熱繼電器。圖2-3單片機(jī)原理圖圖3單片機(jī)原理圖是關(guān)于用軟件實(shí)現(xiàn)溫度控制算法、保持溫度顯示以及改變鍵盤輸入響應(yīng),這將不會(huì)在本文詳細(xì)討論,因?yàn)檫@并不是本文的重點(diǎn),也沒有編譯完成。軟件部分還沒有確定控制算法,但很可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例控制,比PID算法簡(jiǎn)單。一些控制設(shè)計(jì)的問題將在第四節(jié)討論。4設(shè)計(jì)過(guò)程第21頁(yè)黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文
8、獻(xiàn)翻譯)雖然該項(xiàng)目的本質(zhì)是建立一個(gè)恒溫器,但它有許多很好的契機(jī)可以供教學(xué)借鑒。高級(jí)工程本科教育的知識(shí)只是能夠