温度控制系统设计报告——完整.doc

《温度控制系统设计报告——完整.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、温度控制系统设计方案梅欢杰AP0904227谭兆聪AP0904228王耿禄AP0904229设计要求：1、基本要求①容器内环境温度设定范围：，最小区分度为1℃；②当容器内环境温度降低时（例如用电风扇降温），温度控制的静态误差≤1℃；③显示容器内环境的实际温度。2、发挥部分①采用适当的控制方法，当设定容器内环境温度突变（由30℃提高到50℃）时，减小系统的调节时间和超调量，同时自动打印其温度随时间变化的曲线；②温度控制的静态误差≤0.2℃；③采用发光二极管光柱形式和数码形式显示白炽灯灯壁上的温度；④其它。基本设计思路：由题目要求可知，本系统对温度控制的精度要求比较高

2、，因此考虑使用PID控制来控制系统温度，而热源的控制采用PWM波来进行精确控制。由温度传感器来传回温度数据，由单片机处理数据并发出相应的动作，从而保证温度的恒定。89S52单片机温度信号采集电路温度控制驱动电路电热元件单片机控制部分供电加热部分供电方案论证：（1）温度传感器DS18B20是达拉斯公司生产的数字温度传感器，测温范围在－55℃～＋125℃，采用单总线通信微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。精度可以达到0.0625℃。（2）主控芯片51系列的8位单片机（3）显示及键盘LCD1602液晶显示。系统设计概要：（1）系统外形

3、缩略图恒温箱控制器热源18B20（3）PID算法PID算法是本程序中的核心部分。我们采用PID模糊控制技术,通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。其原理如下：本系统的温度控制器的电热元件之一是发热丝。发热丝通过电流加热时，内部温度都很高。当容器内温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热丝的温度会高于设定温度，发热丝还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加

4、热的信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。增量式PID算法的输出量为ΔUn=Kp[(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2*en-1+en-2)]式中，en、en-1、en-2分别为第n次、n-1次和n-2次的偏差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分系数和微分系数，T为采样周期。计算机每

5、隔固定时间T将现场温度与用户设定目标温度的差值带入增量式PID算法公式，由公式输出量决定PWM方波的占空比，后续加热电路根据此PWM方波的占空比决定加热功率。现场温度与目标温度的偏差大则占空比大，加热电路的加热功率大，使温度的实测值与设定值的偏差迅速减少；反之，二者的偏差小则占空比减小，加热电路加热功率减少，直至目标值与实测值相等，达到自动控制的目的。硬件设计1、单片机最小系统单元   主控机系统采用了Atmel公司生产的AT89S52单片机，它含有256字节数据存储器，内置8K的电可擦除FLASHROM，可重复编程，大小满足主控机软件系统设计，所以不必再扩展程序

6、存储器。复位电路和晶振电路是AT89S52工作所需的最简外围电路。单片机最小系统电路图如下图所示。  单片机最小系统图   AT89S52的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效。RST端若由低电平上升到高电平并持续2个周期，系统将实现一次复位操作。在复位电路中，按一下复位开关就使在RST端出现一段时间的高电平，外接24M晶振和两个30pF电容组成系统的内部时钟电路。2、18B20温度传感器美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单

7、，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18820,便于多点测量且易于扩展。由图可知，18B20只占用一个IO口，只要将传感器的第二脚接到单片机的P3.7口即可向单片机传输数据。3、键盘显示部分电路独立按键设计比起中断键盘相对简单很多，因为本系统只有两个按键，及用程序扫描键盘即可，液晶的八个数据口接P0口，三个控制端口R/S、R/W、E分别接P1.2、P1.3、P1.4。4、PWM驱动电路驱动部分主要采用IRF540N场效应管，它最大可以通过28A电

8、流，驱动能