基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

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1、基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄第1章緒論11.1選題背景及目的11.2發(fā)展?fàn)顩r21.3各章節(jié)主要內(nèi)容3第2章系統(tǒng)方案的提出與論證42.1傳感器的選擇42.2驅(qū)動(dòng)部分52.3PID的算法52.4PID的控制52.4.1開環(huán)控制系統(tǒng)52.4.2閉環(huán)控制系統(tǒng)62.4.3階躍響應(yīng)62.5PID控制的原理和特點(diǎn)62.6PID控制器的參數(shù)整定7第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)93.1總體方案93.2主控制器與采集電路通訊93.3溫度控制123.3.1D/A轉(zhuǎn)換123.3.2繼電器工作原理143.3.3溫度控制電路原理153.4鍵盤顯示接口173.5報(bào)警部分18第4章軟件設(shè)計(jì)204.1數(shù)字濾波子

2、程序20II4.2PID計(jì)算程序21結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝27附錄128附錄229附錄338II第1章緒論1.1選題背景及目的在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要地位。在冶金、化工、機(jī)械、食品等各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、烘箱、恒溫箱等，它們均需要對(duì)溫度進(jìn)行控制。在實(shí)驗(yàn)室中，電阻爐溫度控制系統(tǒng)，是常見的自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控控制系統(tǒng)

3、包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)有很多產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用,出現(xiàn)了各種各樣的PID控制器產(chǎn)品。各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent?regulator),其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算

4、法來實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器,能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。?可編程控制器(PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID控制,而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連,如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID?控制功能的控制器,如Rockwell?的Logix產(chǎn)品系列,它可以直接與ControlNet相連,利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能?？刂扑惴ㄊ俏C(jī)化控制軟件系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，整個(gè)系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法來實(shí)現(xiàn)。目前提出的控制算法有很多種。在生產(chǎn)過程自動(dòng)的發(fā)展歷

5、程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。它是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明，PID控制能滿足相當(dāng)多的40工業(yè)對(duì)象的控制要求，尤其適用于可建立精確模型的確定性控制系統(tǒng)。雖然隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和其它各種先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)有更新的發(fā)展，但是，PID控制技術(shù)仍然不會(huì)過時(shí)，它還將在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。由于數(shù)字PID控制系統(tǒng)中，引入了計(jì)算機(jī)，可以充分利用計(jì)算機(jī)在對(duì)采集數(shù)據(jù)加以分析并根據(jù)所的結(jié)果做出邏輯判斷等方面的能力，編制出符合某種技術(shù)要求的控制程序、管理程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制與管理。而

6、且PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，是通過軟件來完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應(yīng)的程序即可，因此，數(shù)字PID控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用。由于單片機(jī)和傳感器的多樣化，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)溫度控制系統(tǒng)要應(yīng)用的領(lǐng)域來決定選擇什么樣的單片機(jī)做主控制器，傳感器的選擇也因其使用的環(huán)境而不同。所以溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是多樣的。本文研究的系統(tǒng)采用的是北京集成電路設(shè)計(jì)中心與愛特梅爾公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的AT89C52單片機(jī)。1.2發(fā)展?fàn)顩r由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。近十幾年來，單片機(jī)在生產(chǎn)過程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室

7、自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科和領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前可用于MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便的利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型