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1、基于微机控制系统的恒温控制设计姓名：崔世林学号：Z01114080摘要：温度控制在日常生活及工业生产中有着非常广泛的应用。利用微型计算机与温度传感器的结合设计一个温度控制系统具有自动化程度高，结构简单，可靠性高，灵敏度强，抗干扰能力强，造价低廉等特点达到设计的要求，具有较高的实用性。关键词：微机控制、恒温控制1.引言一般意义下的温度控制装置已经广泛地应用到国内外的工业、医疗及日常生活领域,其种类繁多,控制方式及控制手段不胜枚举,其概念也并不新奇。利用微型计算机加温度传感器构成恒温控制系统采用PID控制算法，利用温度传感器采集环境温度，再通过模数转换单元对温度进行
2、定时采样，传输数据到微型计算机，通过微型计算机的设定进行控制，使环境温度在一个合适的温度内。这样的控制系统灵敏度高，测温准确可靠，适用范围广，可实现性强，更具有应用价值。2.系统设计2.1原理框图2.2硬件设计智能恒温控制系统的硬件电路由主控单元、键盘显示、数据存储、报警指示以及温度检测与恒温控制等五个部分组成。在温度传感器部分采用DS18B20温度传感器，DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式。该传感器将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等器件做在一个很小的集成电路芯片上,信号输出采用单总线结构直接输出
3、温度信号的数字值。该恒温控制的硬件电路结构简单,无须外加A/D转换电路就能实现温度检测,硬件电路原理图如图4所示。电热控制部分采用可控硅来实现,双向可控硅和电热器串接在220V单向交流电路中,单片机的P1.7通过光电隔离器件和驱动电路送到可控硅的控制端,通过P1.7口控制可控硅的通断。2.3软件设计控制规律采用数字PID调节器对电阻炉的炉温进行控制,通过调节比例系数来调节控制效果。根据偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行控制(PID控制),是控制系统中应用最广泛的一种控制规律。用计算机实现PID控制,不是简单的把模拟PID控制规律数字化,而是进一步与计算
4、机的逻辑判断功能相结合,使PID控制更加灵活,更能满足生产过程提出的要求。电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程:比较实际炉温和需要炉温得到偏差,通过对偏差的处理获得控制信号,再去调节炉子的加热功率,从而实现对炉温的控制。该控制系统采用只调整一个参数的PID控制形式。温度检测部分DS18B20温度传感器工作在3V～5.5V的宽电压,测量温度范围是-55℃～+125℃。其测量温度的分辨率可以设置为9位～12位,出厂时默认的配置温度分辨率12位,精度可达到0.0625℃。当单片机发出温度转换命令(44H)时,DS18B20便启动温度转换,温度转换过程短,在分辨率设置为
5、12位时时间最长不会超过750ms。单片机可以通过发出读暂存器功能命令(BEH)读取温度值。当前温度值由两个字节组成,以补码的形式存储在RAM的字节0和字节1,其中字节1的高5位S代表符号位,字节0的低4位是小数点部分,中间7位代表整数部分。虽然DS18B20温度传感器组成的恒温控制系统硬件电路结构简单,但是数据传输时序较复杂,严格按时序对DS18B20温度传感器进行读写数据并能正确的读出温度值是程序设计的关键。根据数据传输通信协议规定,单片机控制DS18B20温度传感器完成任何操作都是通过执行操作命令实现的,起始于单片机发出复位时序使DS18B20复位,因此在
6、程序设计时完成单点温度检测巡回的流程如下图5所示。键盘管理及显示部分键盘管理子程序流程如图3所示,当通电或复位以后,系统进人键盘管理状态,键盘只接收设定温度和启动.当检测到有键闭合时先去除抖动,这里采用软件延时的方法,再确定是否有键闭合,然后将设定好的值送人预置温度数据区并调用温度合法检测报警程序,当设定温度超过最大值如50()℃时就会报警,并将温度设定在需要的温度,最后当启动键闭合时启动加热.主程序主程序模块式对微型计算机进行控制的模块。主程序采用中断嵌套方式设计,各功能模块可以直接调用,主程序完成系统的初始化、温度设置、设定温度的显示以及定时器的设定.温度的
7、检测、控制及报警由中断服务程序完成.控制程序是对被控对象进行采样、数据处理,根据控制算法进行计算和输出等。由于整个系统软件相当庞大,为了便于编写、调试、修改和增删,系统程序的编制采用了模块化的结构,即整个控制软件由许多独立的小模块组成,它们之间通过软件接口连接,原则是模块内数据关系紧凑,模块之间数据关系松散,按功能形成模块化结构。系统控制程序采用两重中断嵌套方式来设计。首先使定时器产生每秒一次的定时中断,作为本系统的采样周期。在其中断服务程序中启动APD、读入采样数据、进行数字滤波、上下限报警处理、PID计算等,然后输出控制脉冲信号。脉冲的宽度则由计数器溢出中断
8、决定。从中断时刻返回后,
