恒温控制系统的设计

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1、ABSTRACT摘要本设计以单片机STC89C52为核心部件，采用单总线型数字式的温度传感器DS18B20作为温度采集，以场效应管作加热控制的开关器件，设计制作了带键盘输入控制，动态显示和越限报警功能的恒温控制系统。该系统既可以对当前温度进行实时显示，又可以对温度进行控制，并使其恒定在某一温度范围。控制键盘设计使设置温度简单快捷，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。建立在模糊控制理论上的控制算法，使控制精度完全能满足一般的电子产品的生产要求。通过对系统软件和硬件的合理规划，发挥单片机自身集成多系统功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效

2、降低了成本，系统操作简便。目录目录1引言12系统方案论证22.1设计方案22.2方案的论证23系统硬件电路设计33.1电路总体原理框图33.2单片机的选择43.3温度采集电路的设计43.4键盘接口电路的设计53.5显示接口电路的设计53.6加热控制电路的设计63.7电源及报警指示电路的设计63.8总电路的设计74软件系统的设计84.1主程序模块84.2功能实现模块94.3运算控制模块104.3.1标度转换104.3.2模糊控制算法104.3.3控制算法子程序105系统性能测试及分析115.1设计所达到的性能指标115.1.1温控系统的控制精度11

3、5.1.2温度工作波形图115.2结果分析论述125.3设计方案评价125.3.1优点125.3.2缺点126结论与展望127致谢13参考文献146结论与展望1引言随着国民经济的发展，温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，人们需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监测和控制。特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，同时要实现温度控制的快速性和准确性，对

4、于提高产品质量具有很重要的现实意义。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，对温度的测控方法要多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。然而现有的温度传感元件大多为模拟器件（热电耦）体积大、应用复杂、而且不容易实现数字化等缺点，阻碍了应用领域的扩

5、展。实现恒温控制的方法有很多，传统的有利用PLC自适应控制加热丝实现恒温控制，还有利用模拟PID调节的恒温控制，其算法需要查表转换。而基于单片机的控制系统，为闭环系统，工作稳定性高，控制精度高，利用模糊控制算法[1]使超调量大大降低。软件采用模块化结构，提高了通用性。本设计的目的不仅仅使温度控制本身，主要提供了单片机外围电路及软件包括控制算法设计的思想，应该说，这种思想比控制系统本身更为重要。因此本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机STC89C52作为主控芯片，液晶显示屏1602作为

6、显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。6结论与展望1系统方案论证对于温度的检测通常是采用热敏电阻在通过A/D（模/数）转换得到数字信号，但由于信号的采集对整个系统的影响很大，如果采样精度不高，会使这个系统准确性下降。2.1设计方案对于温度控制的方法也有很多：如单片机控制、PLC控制、模拟PID调节器和数字PID调节器等等。而PID调节器的算法复杂，其成本也相对较高。方案一：利用单片机实现恒温控制利用单片机实现温度恒定的控制，系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、报警装置和系统核心STC89C52单片机作

7、为微处理器。温度采集电路以数字形式将现场温度传至单片机，单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制场效应管开通和关断，决定加热电路的工作状态，使温度逐步稳定于用户设定的目标值。在温度达到设定的目标温度后，由于冷却温度降低，单片机通过检测到的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制开启加热片。方案二：利用PLC实现恒温控制这用恒温控制，采用PLC控制实现电热丝加热全通、间断导通和全断加热的自控式方式，来达到温度的恒定。智能型电偶温度表将置于被测对象中，热电偶的传感器信号与恒定温度的给定电压

8、进行比较，生成温差，自适应恒温控制电路根据差值大小控制电路的断开。2.2方案的论证对于方案二，采用的PLC实现恒温控制，由于其PLC成本