導語：如何才能寫好一篇單片機溫度控制系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：單片機、溫度傳感器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

一、單片機溫度控制系統(tǒng)的組成及工作原理

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設計過程及實現(xiàn)方法。現(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送單片機，單片機根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設置，這時數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當滿足用戶溫度設置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設置。然后溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

二、溫度檢測的設計

系統(tǒng)測溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：

1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)；即： ，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學溫度，單位為K。

2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃；

3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；

4、輸出電阻為710MW；

5、精度高。

AD590溫度傳感器輸出信號經(jīng)放大電路放大10倍，再送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804，轉(zhuǎn)換后送單片機。根據(jù)AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現(xiàn)場溫度的比較發(fā)現(xiàn)，實際溫度轉(zhuǎn)換后送入單片機的值與按鍵輸入數(shù)值之間有一定的差值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的數(shù)值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機不能進行小數(shù)乘法運算，所以先對按鍵輸入進行乘5，然后根據(jù)運算結(jié)果及程序狀態(tài)字的狀態(tài)再進行循環(huán)右移一位，如果溢出標志位為低電平時直接對累加器進行一次帶進位循環(huán)右移，如果溢出標志位為高電平時，先對進位標準位CY位置為高電平，然后再進行一次帶進位循環(huán)右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的溫度值相統(tǒng)一。

三、具體電路連接如圖所示

四、軟件編程

單片機溫度控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實現(xiàn)對溫度的控制，需要給單片機編寫程序，下面給出了溫度控制系統(tǒng)的編程方法。

ORG 00H

START：ANL P1，#00H；顯示00

JB

P3.4 ，$ ；T0=0？有鍵按下？

CALL DELAY1 ；消除抖動

JNB P3.4 ，$；T0=1？放下？

MOV R0 ，#00；計溫指針初值

L1： MOV A ， R0 ；計溫指針載入ACC

MOV P1 ， A ；輸出至P1顯示

MOV R5 ， #10 ；延時1秒

A1：MOV R6 ， #200

D1：MOV R7 ， #248 ；0.5毫秒

JNB P3.4 ，L2 ；第2次按下T0？

DJNZ R7，$

DJNZ R6，D1

DJNZ R5，A1

INC A

DA

A

MOV R0 ， A

JMP L1

L2：CALL DELAY1 ；第2次按消除抖動

JB

P3.4 ，L3 ；放開了沒？是則

；跳至L3停止

JMP L2

L3: MOV A ，R0

CALL CHANGE

MOV 31H ， A ；下限溫度存入31H

JB P3.5 ，$ ；T1=0？有鍵按下？

CALL DELAY1

；消除抖動

JNB P3.5 ，$ ; ；T1=1？放開？

MOV R0 ，#00 ；計溫指針初值

L4：MOV A ，RO ；計溫指針載入ACC

MOV P1 ， A ；顯示00

MOV R5 ，#10 ；延時1秒

A2：MOV R6 ，#200

D2：MOV R7 ，#248 ；0.5毫秒

JNB P3.5 ，L5 ；第二次按下T1？DJNZ R7 ，$

DJNZ R6 ，D2

DJNZ R5 ， A2

ADD A ， #01H

DA

A

MOV R0 ， A

JMP L4

L5:CALL DELAY1 ；第2次按消除抖動

JB

P3.5 ，L6 ；放開了？是則跳至L6

JMP L5

L6：MOV A， RO ；

CALL CHANGE

MOV 30H ，A ；上限溫度存入30H

DELAY1：MOV R6 ，#60 ；30毫秒

D3：MOV R7 ， #248

DJNZ R7 ， $

DJNZ R6 ， D3

RET

CHANGE：MOV B ，#5

MUL AB

JNO

D4

SETB C

D4：RRC A

RET

MOV 32H ，#0FFH ；32H舊溫度寄存

；器初值

AAA：MOVX @R0 ， A；使BUS為高阻抗

；并令ADC0804開始轉(zhuǎn)換

WAIT：JB P2.0 ，ADC ；檢測轉(zhuǎn)換完成否

JMP WAIT

ADC：MOVX A ，@RO ；將轉(zhuǎn)換好的值送入

；累加器

MOV 33H ，A ；將現(xiàn)在溫度值存入33H

CLR C

；C=0

SUBB A ，32H

JC TDOWN ；C=0取入值較大，表示

；溫度上升，C=1表示下降

TUP：MOV A， 33H ；將現(xiàn)在溫度值存入A

CLR C

SUBB A ，30H ；與上限溫度作比較

JC LOOP ；C=1時表示比上限小須

；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱

SETB P2.1

JMP LOOP

TDOWN：MOV A ，33H ；將現(xiàn)在溫度值存入A

CLR C

SUBB A ，31H ；與下限溫度作比較

JNC LOOP ；C=1時表示比下限小，須

；加熱，C=0表示比下限大

CLR P2.1 ；令P2.1動作

LOOP：MOV 32H ，33H

CLR A

MOV R4 ，#0FFH ；延時

DJNZ R4 ，$

JMP AAA

END

五、結(jié)語：

本文給出了用單片機在0℃～99℃之間，通過用戶設置溫度上限、下限值來實現(xiàn)一定范圍內(nèi)溫度的控制；給出了溫度控制系統(tǒng)的硬件連接電路以及軟件程序，此系統(tǒng)溫度控制只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會使單片機的應用更加廣泛化。

參考文獻：

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關(guān)鍵詞 單片機；溫度控制系統(tǒng)；控制程序；聯(lián)調(diào)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671—7597（2013）022-041-2

表征一個物體的冷熱程度用溫度來作為單位。在生產(chǎn)中最基本的物理量，也是生活中常見的物理量之一。總的來說，溫度的測量與控制在各個領(lǐng)域中都有涉及，在國民經(jīng)濟中頗受到重視。因為，溫度與自然界中的許多物理、化學過程都有緊密相關(guān)的聯(lián)系。而且在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制如若不好，也都會直接影響安全生產(chǎn)、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等，還會造成能源的浪費和重大技術(shù)經(jīng)濟指標下降等損失。

1 硬件總體方案設計

如圖1所示，是本文所研究的系統(tǒng)硬件部分結(jié)構(gòu)框圖，按照功能大致分為以下幾個部分：測溫部分、最小系統(tǒng)、控溫部分以及電平轉(zhuǎn)換和串口通訊部分。

為了使設計功耗更低、成本更低、性能更好，最終決定選用以下器件來搭建硬件平臺。

1.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機的最小系統(tǒng)其中包括：單片機芯片，復位電路、時鐘電路。時鐘電路的作用是，在單片機工作時提供所必須的時鐘信號。STC89C52單片機的內(nèi)部電路可以在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序執(zhí)行指令來進行工作；單片機的初始化操作是復位操作，若想使單片機復位，只要給單片機的復位引腳RST加上大于2個機器周期的高電平。

1.2 測溫部分

本部分的溫度測量采用的是DS18B20傳感器，它有了很大的改進體現(xiàn)在以下方面：測量溫度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等。它比傳統(tǒng)的熱敏電阻更能夠直接地讀出被測的溫度值，通常能簡單的來讀取9到12位的溫度值。并且是符合于實際要求。數(shù)據(jù)總線能控制DS18B20的溫度變換功率，的同時還能向所掛接的DS18B20供電，因此省去了額外電源的部分。因此，對比來看，DS18B20所使用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高。最終，DS18B20被廣泛應用于溫度采集與處理、數(shù)字溫度計及各種溫度控制系統(tǒng)，也在情理之中。

1.3 控制電路部分

該部分電熱絲的加熱，是通過單片機的P口輸出的高低電平差來繼而控制固態(tài)繼電器的通斷來實現(xiàn)的。例如，當P口輸出低于電平時，加熱電阻就會通電從而使周圍的溫度緩慢升高，那么DS18B20測得的溫度值也會跟著升高；一旦當P口輸出高電平時，加熱電路就會立即斷開，溫度漸漸回落。

2 軟件總體方案設計

溫度的控制系統(tǒng)的主要功能，是要在通過系統(tǒng)的硬件電路確定之后再依賴于軟件來實現(xiàn)的。軟件主要流程是：完成溫度數(shù)據(jù)的采集，通過串口通信把采集的數(shù)據(jù)傳送給上位機，并接收上位機的命令以此來溫度控制。

2.1 單片機最小系統(tǒng)設計

STC89C52單片機其片內(nèi)含8kbytes的可反復寫的FlashROM和128位bytes和RAM。是本系統(tǒng)的主控芯片，且由深圳宏晶公司銷售。這款MCU，是由美國設計并生產(chǎn)的一種具有低電壓、高性能的CMOS8位單片機。同時有2個16位定時計數(shù)器。

STC89C52單片機內(nèi)部主要部件，都是由內(nèi)部總線連接起來的，以此來構(gòu)成一個完整的微型計算機。其中，各部件包括：寄存器、程序狀態(tài)字PSW、制度存儲器ROM、累加器ACC、地址指示器DPTR、隨機存取存儲器RAM、定時器/計數(shù)器、并行I/O接口P0-P3、串行I/O接口以及定時控制邏輯電路等。

2.2 測溫電路設計

DS18B20傳感器是通過P1.0口與單片機相連以此來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞的傳感器。也是本文中測溫電路主要介紹的，其具體硬件原理圖如圖2所示。

DS18B20芯片的供電方式有兩種：寄生電源供電方式、外部電源供電方式。其中本文采用的是外部電源供電方式。

外部電源的供電方式介紹如下：由VDD引腳接入DS18B20工作電源，而且I/O線不需要強上拉，保證了轉(zhuǎn)換精度，同時也不存在電源電流不足的問題。在理論上，總線上還能同時掛接任意多個DS18B20傳感器，完整地組成多點測溫系統(tǒng)。

需要特別注意的是：在外部供電的方式下，為了保證正常轉(zhuǎn)換溫度，避免讀取的溫度總是85℃這個情況的發(fā)生，所以DS18B20的GND引腳不能懸空。外部電源供電方式作為DS18B20的最佳工作方式。

它具有以下優(yōu)點：可以突破開發(fā)出更多點的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，除此之外，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路較為簡單。在外接電源的方式下，即使電源電壓VCC降到最低3V時，也依然能夠保證溫度量的精度，這樣一來，就充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點。

3 控制部分子程序設計

本部分的主要功能就是接收上位機的命令，實現(xiàn)整體正常運行。

當接收的命令為“K”，相應的，對單片機P0.1就會輸出低電平，繼而固態(tài)繼電器會呈現(xiàn)閉合狀態(tài)，如此就能實現(xiàn)接通加熱絲并使其對水進行加熱的效果；

反之，若接收的命令為“G”，相應的P0.1口會輸出高電平，加熱絲會停止加熱達到溫度回落的目的。

4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

系統(tǒng)完整調(diào)試完畢后其溫度控制結(jié)果也相應地，通過上位機顯示出來，如圖3所示。

參考文獻

[1]夏大勇，周曉輝，趙增，陳博峰，虎恩典.MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2007（01）：43-46.

[2]張菁.單片機溫度控制系統(tǒng)方案的研究[J].上海交通大學學報，2007（01）：142-144，148.

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【關(guān)鍵詞】單片機;溫度控制;運算放大

1.引言

在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度的測量與控制成為工業(yè)控制對象中一個重要的被測控參數(shù)。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是單片機測量控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，利用單片機對溫度測控越來越顯示出其優(yōu)越性。單片機具有功能強、體積小、速度快、價格低等特點，廣泛應用于各種工業(yè)測控系統(tǒng)中。本文介紹以MSP430系列單片機單片機為核心，實現(xiàn)對材料合成溫度的測量與控制。

2.系統(tǒng)功能

由Ga-As系統(tǒng)相圖得知，在GaAs材料合成過程中，要求溫度與組分相匹配。GaAs的化學比不同，其熔點不同，隨著砷的比例的增加，熔點升高。只有嚴格控制砷端和鎵端的溫度，才能保持整個合成過程為全熱相合成。在鎵端加熱的同時，也加熱砷端，使砷升華，砷蒸氣擴散到液態(tài)鎵中與鎵化合生成砷化鎵。隨著Ga-As組分的變化，熔點不斷上升。合成完成后砷端615℃，GaAs熔體為1238℃，達到Ga-As體系相平衡，化學比為1：1。合成的關(guān)鍵是砷端和鎵端升溫速度要相匹配，整個合成過程要求全液相不結(jié)晶。需要鎵端升溫速度為22.5℃/min，砷端升溫速度為11.2℃/min，鎵端和砷端溫度比2：1，需70min完成合成。

3.系統(tǒng)總體設計

材料合成溫度控制系統(tǒng)的核心是用單片機來進行數(shù)據(jù)處理和程序控制。除單片機單元外其他部分由鎵端加熱器、砷端加熱器、熱偶溫度檢測電路、數(shù)據(jù)放大電路、雙路加熱控制電路、溫度LED顯示電路、鍵盤輸入、報警電路等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

合成爐由高溫端（Ga端）和低溫端（As端）兩部分構(gòu)成。加熱由氧化鋁螺紋管纏繞兩組電熱絲制成。鎵和砷分別放在石英反應管的高溫端和低溫端并密封。

4.主控制單元設計

系統(tǒng)由單片機完成對雙路電阻爐溫度信號的讀取，數(shù)據(jù)運算處理，給出加熱控制指令，溫度顯示及報警等功能。本設計采用MSP430F2232單片機。該單片機是一款超低功耗高性能新型單片機，電源電壓采取1.8-3.6V低電壓供電。內(nèi)核是16位處理器處理功能強。內(nèi)部集成模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、比較器。如本系統(tǒng)中由熱電偶傳感器得到的電壓信號，放大后不需要模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，便可直接送單片機處理。大大簡化了電路的設計。片內(nèi)集成Flash ROM及ROM，可不擴展外存儲器。由于內(nèi)部集成了大量的各種功能模塊，只要配置少量的基本的復位電路、時鐘電路、電源電路等器件，就可滿足要求，實現(xiàn)對溫度的檢測和控制功能。豐富的片上外設，使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單實用，同時也降低了系統(tǒng)的成本。

5.溫度檢測及信號放大

溫度檢測是將變化的溫度值轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號進行測量。根據(jù)溫度變化的范圍及控溫的精度來選用檢測元件。合成最高溫度1238℃，這樣高的溫度測量，需要選用耐高溫的溫度傳感器。熱電偶傳感器電路簡單、測量范圍廣，在高溫中保持較高的精度。本設計選用鉑銠―鉑熱電偶，該熱電偶測溫上限為1300℃可長期工作，最高可達1600℃。熱電動勢與溫度為單值線性關(guān)系，測量精度高，穩(wěn)定。輸出電壓信號為mV級，滿足合成工藝要求。

由于熱電偶溫度傳感器得到的電信號幅度較低，溫度在0-1238℃范圍內(nèi)，鉑銠―鉑熱電偶輸出的電壓在0-13mV范圍，此信號不能直接送給單片機處理，需要放大100-200倍，才能達到要求。本設計采用低漂移高精度運算放大器 OP07將溫度電壓信號進行放大后送單片機處理。由于MSP430F2232單片機內(nèi)部集成了模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，可直接進行數(shù)據(jù)處理。具體放大電路如圖2所示。OP07是一種低噪聲、低功耗運算放大器，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以不需要額外設計的調(diào)零措施，同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特性，使OP07特別適用于高增益的放大傳感器弱信號。

圖2 放大電路

6.控制執(zhí)行電路設計

單片機根據(jù)合成溫度上升速率的要求和對溫度檢測的數(shù)據(jù)進行運算，分別由I/O端口輸出鎵端和砷端電熱絲加熱控制信號。單片機I/O口驅(qū)動能力有限，不足以直接驅(qū)動大功率加熱設備。雙向可控硅可作為功率驅(qū)動器件，其具有雙向?qū)ǎ茉诖箅娏鲌龊鲜褂茫铱勺鰺o觸點開關(guān)。本設計采用光耦合雙向可控硅驅(qū)動器作為輸出控制接口，單片機發(fā)出的觸發(fā)信號，經(jīng)光電耦合器加到雙向可控硅的控制極。電路設計如圖3所示。為防止大功率設備開關(guān)過程產(chǎn)生強電磁干擾，用光耦合器進行隔離，并驅(qū)動雙向可控硅。R9為觸發(fā)限流電阻，R10為雙向可控硅門極電阻，防止誤觸發(fā)，提高抗干擾能力。當單片機輸出高電平時，光耦導通，觸發(fā)雙向可控硅導通，交流接通使加熱器電路閉合，開始加熱。反之，當單片機輸出低電平時，光耦不導通，雙向可控硅截止，斷開交流通路，停止加熱。改變導通的時間即可改變加熱功率，達到調(diào)節(jié)溫度的目的。

圖3 控制執(zhí)行電路

7.顯示電路及看門狗

系統(tǒng)中加熱器的工作狀態(tài)，溫度值需要實時顯示。通常一個數(shù)碼管就要站用CPU的8個I/O端口，本系統(tǒng)顯示溫度值等需要多個數(shù)碼管，CPU不可能提供那么多的I/O端口。本設計采用74HC595驅(qū)動多只數(shù)碼管，74HC595是一個串入/8位并行輸出驅(qū)動器。帶鎖存器、移位寄存器，可直接驅(qū)動發(fā)光二極管。具有拉電流和灌電流驅(qū)動能力。故可驅(qū)動共陽數(shù)碼管，也可驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。通過Q7引腳進行級聯(lián)。實現(xiàn)多位數(shù)碼管連接，完成多位溫度值的顯示。

由于單片機溫度控制系統(tǒng)長期工作于有干擾環(huán)境中，尤其是加熱器交流系統(tǒng)的反復通斷會產(chǎn)生大量電磁干擾，容易使單片機程序失控。因此，系統(tǒng)必須采取有力的抗干擾措施，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)采用IMP706看門狗電路設計，單片機定時喂狗，WDI接單片機一個I/O接口，檢測單片機狀態(tài)，當單片機受干擾失控時，IMP706的腳輸出一個低電平，送單片機腳，使單片機復位，重新進入正常運行狀態(tài)。使系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

8.小結(jié)

材料合成溫度控制系統(tǒng)，采用MSP430高性能單片機進行溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算處理、輸出控制，實現(xiàn)了對鎵端和砷端溫度的測量、控制和顯示等功能。完成了鎵端和砷端升溫速率的控制及匹配。使整個合成過程為全液相不結(jié)晶，滿足了工藝的要求。系統(tǒng)溫度檢測準確，溫度控制靈活，電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化，運行穩(wěn)定，投入到材料合成溫度控制作業(yè)中，收到了良好的效果。

參考文獻

[1]謝楷.MSP430系列單片機系統(tǒng)工程設計與實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2]李建忠.單片機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

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【關(guān)鍵詞】模糊PID；AT89C51單片機；溫度控制

1 模糊PID控制參數(shù)整定原理

模糊控制的概念首先由美國加利福尼亞大學著名教授查德（L.A.Zadeh）首先提出的。它是以模糊語言變量、模糊邏輯推理、和模糊集理論為基礎(chǔ)的一種控制方法，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗編成模糊規(guī)則，然后將來自傳感器的實時信號模糊化，將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，再將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上[1-2]。

模糊PID控制是在一般PID控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加上一個環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則對PID參數(shù)進行修正的一種自適應控制系統(tǒng)，誤差E和誤差變化Ec作為系統(tǒng)的輸入，可以滿足不同時刻的E和Ec對于參數(shù)要求。

模糊PID控制器是在常規(guī)PID的基礎(chǔ)上，應用模糊集合理論建立參數(shù)KP、KI、KD與誤差變化間的二元連續(xù)函數(shù)關(guān)系為：

根據(jù)不同的E和Ec進行在線自整定參數(shù)KP、KI、KD的控制器。模糊PID控制原理如圖1所示[3]：

模糊PID參數(shù)整定就是尋找PID的三個參數(shù)和e、ec之間的關(guān)系，整個的系統(tǒng)在運行中不斷檢測和ec，然后再根據(jù)一定的原理對PID的三個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，從而滿足不同的e和ec對于控制參數(shù)的不同要求，從而得到良好的控制性能。

2 系統(tǒng)硬件電路的組成

模糊PID溫度控制系統(tǒng)主要包括單片機控制模塊，電源穩(wěn)壓模塊，溫度檢測模塊，過零檢測模塊，溫度設定模塊，溫度蜂鳴報警模塊，驅(qū)動控制模塊，溫度LED顯示模塊等部分。

（1）單片機控制模塊：它是系統(tǒng)的核心模塊，用來控制其他各個模塊的工作情況。

（2）電源穩(wěn)壓模塊：對輸入的220V交流電壓進行變壓、整流和穩(wěn)壓，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（3）溫度檢測模塊：用來采集控制對象的溫度，并輸入到單片機中。

（4）過零檢測模塊：檢測電源電壓波形的過零點。

（5）溫度設定模塊：用來設定所需求的溫度。

（6）溫度蜂鳴報警模塊：當溫度高于上限或者低于下限時，該模塊啟動，以實現(xiàn)更好的人機交流。

（7）驅(qū)動控制模塊：分為兩個部分；加熱裝置與散熱裝置。

（8）溫度LED顯示模塊：顯示當前設定的溫度值。

2.1 單片機的選擇

選用AT89C51單片機，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM―Flash Programmable and Erasable Read Only Memory），片內(nèi)256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器空間，可以尋址64KB的程序存儲器空間的低電壓、高性能的CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器允許反復擦除1000次，采用ATMEL的高密度且非易失存儲器制造工藝制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相互兼容。由于將多功能的8位CPU和閃爍存儲器組合在一個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效的微控制器，采用PDIP40封裝。

2.2 電源穩(wěn)壓電路

電源電路由變壓器和整流穩(wěn)壓電路組成，變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成8V的低壓交流電壓；整流電路將8V低壓交流電壓變?yōu)槿ㄖ绷髅}動電壓。整流部分經(jīng)過二極管與濾波電路連接，二極管的作用是隔離脈動直流電壓和濾波后的平滑直流電壓。濾波后所得的直流電壓用過三端穩(wěn)壓器7805后，得到5V穩(wěn)壓直流電壓，連接到單片機的VCC，并用于有關(guān)電路的電源[4]。

2.3 過零檢測電路

過零檢測電路用于檢測電源電壓波形的過零點，產(chǎn)生脈沖。整流部分產(chǎn)生的全波脈動直流電壓送到過零檢測電路，形成與電壓過零點同步的正脈沖同步信號，送到單片機的中斷輸入端。

為了準確跟蹤過零點，過零脈沖的寬度要盡可能的小，這樣對晶閘管的移相控制越準確，但這個寬度要大于單片機所要求的寬度，一般可選擇0.1ms～1ms，并連接到單片機的INT0上。

2.4 傳感器的選擇

選用DS18B20傳感器，DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一款數(shù)字化的單總線器件，屬于新一代改進型智能溫度傳感器。使用DS1SB20可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得更簡單，可靠性更高。同時它的“一線總線”獨特而又經(jīng)濟的特點，可使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，對測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的設計概念。其測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～85℃范圍內(nèi)，精度為土0.5℃。現(xiàn)場溫度直接用“一線總線”的數(shù)字方式進行傳輸，使用符號擴展的16位數(shù)字量的方式串行輸出，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。所以數(shù)字化的單總線器件DS18B20適用于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，比如設備或過程控制、環(huán)境控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等等。它在測溫精度、傳輸距離、轉(zhuǎn)換時間、分辨率等方面較DS1820都有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和令人滿意的效果。被廣泛應用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器儀表、測控系統(tǒng)和大型設備中[5]。

2.5 驅(qū)動控制模塊

本控制系統(tǒng)采用通斷控制，通過改變給定的控制周期內(nèi)加熱器導通和關(guān)斷的時間，達到調(diào)節(jié)溫度的目的。系統(tǒng)控制電路主要由雙向可控硅輸出型的光電藕合器MOC3061和雙向可控硅BTA12組成，當單片機的P2.5口輸出低電平時，同時向驅(qū)動器7407輸出低電平，MOC3061的輸人端有電流輸人，輸出端的雙向可控硅從而導通，觸發(fā)外部的雙向可控硅BTA12導通，加熱器通電加熱；當P2.5端輸出為高電平時，MOC3061輸出端的雙向可控硅關(guān)斷，外部的雙向可控硅BTA12同時也關(guān)斷，加熱器斷電。

3 主程序

主程序是上電后系統(tǒng)初始化和整個系統(tǒng)軟件框架的構(gòu)成，其中系統(tǒng)初始化主要包括了單片機的初始化和串口的初始化等。然后等待設定溫度，如果設定好了溫度，然后確定該系統(tǒng)的運行鍵是否被按下，如果系統(tǒng)運行，就依次調(diào)用各個相關(guān)的模塊的程序，循環(huán)一直到系統(tǒng)停止運行。主程序模塊的程序流程圖如圖2所示：

4 結(jié)論

本文主要基于模糊PID控制原理，以AT89C51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)，設計出系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程；構(gòu)建了一個能進行較復雜的數(shù)據(jù)處理和復雜控制功能的系統(tǒng)，解決了溫控系統(tǒng)中受到大慣性和干擾的影響，既有了模糊控制的靈活性，又同時具有PID控制精度高的特點。

【參考文獻】

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[2]李暢，等.AOD爐鐵水碳含量在線檢測與控制[J].吉林：長春工業(yè)大學學報：自然科學版，2010.

[3]陶永華.新型PID控制及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002：1-26.

篇5

關(guān)鍵詞:PID算法;溫度控制;89C52單片機;參數(shù)整定

中圖分類號:TP368.1 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)21-216-03

Temperature Control System Based on PID and 89C52

ZHANG Yanyan

(Anhui Vocational College of Electronics & Information Technology,Bengbu,233000,China)

Abstract:The temperature control system is used widly in industry.But now the temperature control system is imperfect in industry.The system based on single chip computer has powerful function and easy to use,it can realize accurate control.PID-algorithm can realize fuzzy control.The system basd on PID-algorithm can be tested again and again.So the temperatuer system based on PID control and 89C52 single chip computer is very precise and steady.The theory,design and experiments show that the system can be used widely.

Keywords:PID-algorithm; temperature control;89C52SCM;parameter tuning

0 引 言

溫控技術(shù)無論是在工業(yè)生產(chǎn),還是日常生活中都起著非常重要的作用。在冶金、石油、化工、電力和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等行業(yè),溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一,在普通家庭里熱水器、電飯煲、電烤箱等依賴于溫控技術(shù)的家電設備也是必不可少。可以說溫度控制技術(shù)無處不在\。

常規(guī)的溫度控制方法以設定溫度為臨界點,超出設定允許范圍即進行溫度調(diào)控:低于設定值就加熱,反之就停止或降溫。這種方法實現(xiàn)簡單、成本低,但控制效果不理想,控制溫度精度不高、容易引起震蕩,達到穩(wěn)定點的時間也長,因此,只能用在精度要求不高的場合。而采用PID算法進行溫度控制[6],它具有控制精度高,能夠克服容量滯后的特點,特別適用于負荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。

單片機作為控制系統(tǒng)中必不可少的部分,在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用,用單片機進行實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制,保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài),提高系統(tǒng)的控制精度,有利于提高系統(tǒng)的工作效率[7]。

本系統(tǒng)采用單片機編程[8]實現(xiàn)PID算法進行溫度控制。

1 PID控制的原理和特點[9]

在工程實際中,應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學模型,控制理論的其他技術(shù)也難以采用,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定時,應用PID控制技術(shù)最為方便。

PID控制器的參數(shù)整定[9]是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。

PID一般算式及模擬控制規(guī)律如式(1)所示:

u(t)=KCe(t)+1TI∫t0e(t)dt+TDde(t)dt

(1)

式中:u(t)為控制器的輸出;e(t)為偏差,即設定值與反饋值之差;KC為控制器的放大系數(shù),即比例增益;TI為控制器的積分常數(shù);TD為控制器的微分時間常數(shù)。PID算法的原理即調(diào)節(jié)KC,TI,TD三個參數(shù)使系統(tǒng)達到穩(wěn)定。

由于計算機控制是一種采樣控制,它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此在計算機控制系統(tǒng)中,必須首先對式(1)進行離散化處理,用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程,此時積分項和微分項可用求和及增量式表示:

de(t)dtE(K)-E(K-1)Δt=E(K)-E(K-1)T

(2)

∫n0e(t)dt=∑nj=0E(j)Δt=T∑nj=0E(j)

(3)

將式(2)和式(3)代入式(1),則可得到離散的PID表達式:

P(K)=KP{E(K)+TTI∑kj=0E(j)+

TDT[E(K)-E(K-1)]}

(4)

式中:Δt=T為采樣周期,必須使T足夠小,才能保證系統(tǒng)有一定的精度(采樣定理);E(K)為第K次采樣時的偏差值;E(K-1)為第K-1次采樣時的偏差值;P(K)為第K次采樣是調(diào)節(jié)器的輸出。

2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)由傳感器A/D采樣輸入、單片機控制、人機交互、控制信號輸出四部分組成,其中溫度傳感部分由測試采樣電路實現(xiàn),人機交互由矩陣鍵盤和LCD液晶屏[7]構(gòu)成,PID控制算法由89C52單片機實現(xiàn),控制信號輸出部分則由功率放大和開關(guān)控制電路組成[8]。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 溫控系統(tǒng)框圖

3 主程序流程

軟件程序是本控制系統(tǒng)的核心,它包括從溫度采樣到信號輸出的整個流程控制,其示意圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)流程圖

程序功能主要由以下的幾部分組成:

(1) 初始化:設定各參數(shù)的初始值,設定各中斷及定時器。

(2) 接收/發(fā)射:此部分程序主要完成數(shù)據(jù)的控制及顯示,主要通過89C52單片機的全雙工串行口完成和鍵盤部分的雙向通信。

(3) PC機通信:此部分完成與微機控制接口RS 232的連接及通信的控制。

(4) 數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序:由于主程序中用到了很多的數(shù)值轉(zhuǎn)換及數(shù)值的運算(如十進制轉(zhuǎn)換成十六進制、雙字節(jié)與單字節(jié)的除法運算等),為了程序調(diào)用的方便,特將其編寫成子程序的形式。

(5) PID算法。

4 實驗測試

系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定度需要通過具體實驗測試完成[10]。

現(xiàn)用1 kW的電爐將電熱杯中的1 L清水進行加熱。

觀測設定值和實測值之間的誤差(當水溫達到穩(wěn)定時的值),計算絕對誤差和相對誤差,見表1。

表1 誤差分析表

序號設定溫度 /℃實測溫度 /℃絕對誤差 /℃相對誤差 /%

135.335.300

240.240.1-0.10.24

345.045.30.30.66

460.060.50.50.83

574.073.4-0.40.60

681.081.20.20.25

設定溫度為50 ℃,每隔30 s記錄實測溫度,如表2所示。

表2 溫度穩(wěn)定度關(guān)系表(設定溫度50 ℃)

測量時間 /min實測溫度 /℃測量時間 /min實測溫度 /℃

0.535.54.051.1

1.037.04.550.6

1.540.35.049.8

2.043.55.550.5

2.548.16.050.2

3.550.36.550.1

從表2中的數(shù)據(jù)可知,系統(tǒng)運行5 min時基本達到穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

由實驗結(jié)果可以看出,系統(tǒng)的誤差基本穩(wěn)定在±0.3 ℃,可見系統(tǒng)的精度很好。此外,系統(tǒng)運行5 min時溫度基本達到穩(wěn)定,穩(wěn)定所需時間較短。可以看出,基于PID算法的單片機溫度控制系統(tǒng)具有較高的精確度和穩(wěn)定性,在溫度調(diào)節(jié)階段平衡溫度時間較短。因此本系統(tǒng)可以應用于各種對精度要求較高的溫度控制場合。

參考文獻

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[7]張德友,趙志英,涂時亮.單片微型機原理應用與實踐[M].上海:復旦大學出版社,2003.

[8]吳金.8051單片機實踐與應用[M].北京:清華大學出版社,2002.

[9]曾光奇.模糊控制理論與工程應用[M].武漢:華中科技大學出版社,2006.

篇6

關(guān)鍵詞：溫度控制 AT89C51單片機 水位控制

中圖分類號：TU119+.23 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0025-01

1 系統(tǒng)方案的比較與論證

該系統(tǒng)根據(jù)要求可分為溫度控制系統(tǒng)和水位控制系統(tǒng)。為了可靠性，分別采用不同的控制芯片和控制方法，兩個系統(tǒng)完全獨立。

1.1 溫度系統(tǒng)部分

（1）溫度測量部分。

方案一：采用溫度傳感器鉑電阻Pt10000。鉑熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，但是組成電路復雜，價格較高，因而放棄。

方案二：該設計要求測量水溫滿足40℃～90℃的測試范圍，最小區(qū)分度為1℃，標準溫差Q1℃，從測溫范圍和精準度看，熱敏電阻完全能滿足要求，并且價格不高，性價比較好，設計又簡單，因此采用此方案。

（2）控制芯片介紹。

AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128byt的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。

（3）溫度系統(tǒng)工作原理。

當水的溫度變化時，傳感器熱敏電阻的阻值會產(chǎn)生相應的變化。熱敏電阻和電容器是決定單穩(wěn)態(tài)震蕩電路震蕩周期的關(guān)鍵部件。只要單片機對震蕩周期準確計算，查表可求得對應水溫。

溫度的設定是由三個按鈕實現(xiàn)的。按設定鍵，可以開始設定溫度值，按增加鍵或減少鍵，進行調(diào)整設定值。

1.2 水位系統(tǒng)部分

（1）水位檢測部分。

水位檢測采用最簡單的方法：利用自來水是導體的原理。首先在盛水容器里放置一根帶電導線，盛水容器的不同高度位置在放置測量導線。當水位達到那些測量導線位置，相應的導線通電；反之，無電。

（2）水位控制原理。

根據(jù)要求當水位低于設定水位時，由單片機經(jīng)過比較后發(fā)出控制信號，通過三極管控制繼電器的開關(guān)，由繼電器控制電磁閥開啟，向容器內(nèi)注水，防止干燒，完成功能。

2 硬件系統(tǒng)

水位控制單片機輸出驅(qū)動電路如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 溫度系統(tǒng)（見圖2）

3.2 水位系統(tǒng)（見圖3）

4 結(jié)論

此電路分高壓部分與低壓部分，應分別調(diào)試。我們設計的系統(tǒng)經(jīng)過細心的設計和耐心的調(diào)試，可以完全實現(xiàn)控制要求。由單片機發(fā)出的控制信號能夠通過電磁閥實現(xiàn)設計的要求：當水位低于設定水位時，自動補水，防止燒干而損壞電熱管。

參考文獻

[1] 潘曉貝，郭志冬.基于單片機的水溫水位控制器的設計[J].三門峽職業(yè)技術(shù)學院學報，2010（6）.

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關(guān)鍵詞 單片機；溫度采集；設計

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0028-01

在實際的工程系統(tǒng)應用中，有很多需要將環(huán)境或者室內(nèi)的溫度實時的顯示出來，而且很多地方對溫度有特定的要求，因此一個價格低廉、準確度高的數(shù)字溫度采集和檢測裝置至關(guān)

重要。

1 單片機溫度采集系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)一共分為5個部分：主控電路、溫度采集電路、顯示電路、報警電路、按鍵輸入控制電路。

1）主控電路。AT89S52單片機是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。它是Atmel公司使用高密度非易失性存儲技術(shù)制造，是80c51單片機的升級版，新增ISP下載功能，多一個定時器T2，中斷多2個，RAM和ROM都有所增加，在掉電和指針方面都有所改進。與80c51單片機指令和引腳完全兼容。性能比51要好，而且價格與51相當。加上復位電路和晶振電路組成單片機最小系統(tǒng)，用作本系統(tǒng)的主控電路。電路中晶振的2個管腳分別連接單片機的XTAL1和XTAL2，復位電路連到RST管腳。電路圖如圖1所示。

圖1 主控電路

2）溫度采集電路。本系統(tǒng)的溫度采集電路的核心元器件是數(shù)字溫度計DS18B20。DS18B20是達拉斯公司生產(chǎn)的一款可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度計。該器件的特點是連接簡單，只通過一個單線接口發(fā)送或者接收信息，因此DS18B20只需要一根連接線就可以完成它與單片機的連接。方便簡單。另外DS18B20的測溫范圍是―55到+125攝氏度。完全可以滿足一般性的應用。DS18B20可以直接將模擬溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送到中央處理器當中，中間不需要AD轉(zhuǎn)換器件，方便快捷，降低成本，減少電路復雜性。得到廣泛應用。電路圖如圖2所示。

圖2 溫度采集電路

3）顯示電路。本系統(tǒng)的顯示電路采用的是4位一體數(shù)碼管，精確到小數(shù)點后一位，當然我們也可以將數(shù)碼管換成1602或者12864液晶，原理是一樣的，在顯示電路中4位一體數(shù)碼管段選連接排阻和單片機的P0口相連，位選通過4個PNP三極管與單片機P2^0、P2^1、P2^2、P2^3四個PO口相連。

4）報警電路。報警電路采用我們常用的蜂鳴器就可達到效果，這部分電路的主要作用是在需要設定溫度臨界值的應用當中，如果溫度超過臨界值那么蜂鳴器會自動報警。報警電路中蜂鳴器的一端接電源，另一端通過一個PNP三極管和單片機的P2^4口相連。

5）鍵盤輸入控制電路。這部分電路主要是用來設置溫度的臨界值，一共采用了4個獨立按鍵K1、K2、K3、K4，長按K1鍵進入溫度設置界面，K2是移位按鍵，按一下閃爍的光標會左移一位，這時候?qū)臄?shù)字就可以更改和設置了，K3和K4是加減按鍵，當光標移動到相應位置時，按K3和K4可以實現(xiàn)數(shù)字的加和減，溫度設置好之后按K1鍵返回溫度顯示狀態(tài)。電路中4個按鍵分別和單片機的P3^4、P3^5、P3^6、P3^7四個接口相連。另一端接地。電路如圖3所示。

圖3 鍵盤控制輸入電路

2 單片機溫度采集系統(tǒng)的軟件設計

本系統(tǒng)軟件設計采用C語言編程，整個程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，包括以下子程序：初始化子程序、按鍵子程序、顯示子程序、溫度采集子程序、報警子程序。主程序主要完成子程序和子函數(shù)的調(diào)用，實現(xiàn)溫度的顯示和處理。程序流程為：

開始初始化臨界值設定讀取DS18B20數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示與臨界值比較（如果高于臨界值則進入報警；低于臨界值無響應）返回。

3 結(jié)束語

DS18B20精度很高，可以達到0.1攝氏度以內(nèi)，比較大的測溫范圍也完全可以達到一般應用場合的要求，因此此系統(tǒng)應用還是比較廣泛的，另外此系統(tǒng)可以進行擴展，增加更多的模塊控制，比如可以增加溫度調(diào)節(jié)功能，當溫度帶到一定數(shù)值時由單片機的一個管腳輸出信號控制外部溫度控制電路，從而達到調(diào)節(jié)和控制溫度的作用，本系統(tǒng)功能齊全，運行可靠，完全可以實現(xiàn)各種場合對于溫度采集和調(diào)控的要求。

參考文獻

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篇8

摘要：單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學習與應用單片機的在全社會大規(guī)模地興起。學習單片機的最有效方法就是理論與實踐并重，本文用80C51單片機自制了一個溫度控制系統(tǒng)，重點介紹了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及編程方法。

關(guān)鍵詞：單片機、溫度傳感器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

一、單片機溫度控制系統(tǒng)的組成及工作原理

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設計過程及實現(xiàn)方法。現(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送單片機，單片機根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設置，這時數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當滿足用戶溫度設置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設置。然后溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

二、溫度檢測的設計

系統(tǒng)測溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：

1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)；即：，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學溫度，單位為K。

2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃；

3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；

4、輸出電阻為710MW；

5、精度高。

AD590溫度傳感器輸出信號經(jīng)放大電路放大10倍，再送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804，轉(zhuǎn)換后送單片機。根據(jù)AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現(xiàn)場溫度的比較發(fā)現(xiàn)，實際溫度轉(zhuǎn)換后送入單片機的值與按鍵輸入數(shù)值之間有一定的差值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的數(shù)值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機不能進行小數(shù)乘法運算，所以先對按鍵輸入進行乘5，然后根據(jù)運算結(jié)果及程序狀態(tài)字的狀態(tài)再進行循環(huán)右移一位，如果溢出標志位為低電平時直接對累加器進行一次帶進位循環(huán)右移，如果溢出標志位為高電平時，先對進位標準位CY位置為高電平，然后再進行一次帶進位循環(huán)右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的溫度值相統(tǒng)一。

三、具體電路連接如圖所示

四、軟件編程

單片機溫度控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實現(xiàn)對溫度的控制，需要給單片機編寫程序，下面給出了溫度控制系統(tǒng)的編程方法。

五、結(jié)語：

本文給出了用單片機在0℃～99℃之間，通過用戶設置溫度上限、下限值來實現(xiàn)一定范圍內(nèi)溫度的控制；給出了溫度控制系統(tǒng)的硬件連接電路以及軟件程序，此系統(tǒng)溫度控制只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會使單片機的應用更加廣泛化。

參考文獻：

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【摘要】數(shù)字PID；自動溫度控制系統(tǒng)；設計；實現(xiàn)

中圖分類號：S624.4+4文獻標識碼： A

前言

文章對溫度控制的目的和數(shù)字式定時溫控系統(tǒng)進行了簡單介紹，對數(shù)字PID自動溫度控制系統(tǒng)的設計進行了闡述，并結(jié)合自身實踐經(jīng)驗和相關(guān)理論知識，對數(shù)字PID自動溫度控制系統(tǒng)的硬件電路部分進行了探討。

二、溫度控制的目的分析 隨著社會的快速發(fā)展，科技的加速進步，測溫儀器在各個領(lǐng)域應用越來越廣泛，自動化和智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代的溫度控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。因為各行各業(yè)對于溫度控制有著越來越高的要求，所以對溫度的控制和測量就顯得較為重要。溫度控制器的使用范圍越來越廣泛，各種能夠應用于不同領(lǐng)域的智能溫度控制器隨著產(chǎn)生。 不僅在日常的生產(chǎn)和生活中廣泛應用到溫度控制，現(xiàn)在的很多電子產(chǎn)品單片機中也用到了溫度控制和溫度檢測。這就使單片機溫度控制系統(tǒng)越來越廣泛應用于電子產(chǎn)品之中。針對這個問題，該系統(tǒng)的設計是為了實現(xiàn)一種很可以連續(xù)進行高精度調(diào)節(jié)溫度的溫度控制系統(tǒng)，它功能強大，應用廣泛，便于攜帶，小巧美觀，是一款急廉價又實用的溫度控制系統(tǒng)。該設計對單片機的溫度進行實時控制和監(jiān)測，這樣就實現(xiàn)了單片機溫度控制系統(tǒng)的基本溫度控制功能。

三、數(shù)字式定時溫控系統(tǒng) 本文研制的數(shù)字式定時溫控系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集,溫度、定時的顯示,溫度控制,溫度定時的設定以及報警等功能。核心控制器由單片機完成,采用數(shù)字PID控制算法進行過程控制。加熱器件選用熱慣性小,溫度控制精度高,速度快的電熱膜,由單片機輸出通斷率控制信號進行控制。

四、系統(tǒng)設計該系統(tǒng)由主控制器、測溫電路、顯示電路和鍵盤電路組成。該系統(tǒng)主控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感器為DS18B20，用LCD 128X64液晶顯示屏實時顯示當前溫度及控制溫度。鍵盤電路采用3*4矩陣鍵盤來設定需要溫度。AT89S51的P0.0～P0.4通過上拉電阻分別連接LCD 128X64液晶顯示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0～P1.7連接LCD 128X64液晶顯示屏的DB0～DB7，P2.0～P2.7接鍵盤電路。1.AT89S51單片機本系統(tǒng)選擇ATMEL生產(chǎn)的AT89S51單片機，其特性如下：（1）4KB可編程程序存儲器（ROM）；128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；32條雙向輸入輸出線（I/O）；1000次以上的循環(huán)寫/擦；（2）有ISP在線編程功能，在改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。速度更快、穩(wěn)定性更好，燒寫電壓也僅僅需要4～5V即可；（3）內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要外接看門狗計時器單元電路；（4）電源范圍寬達4～5.5V，其工作性能更為穩(wěn)定。2. DS18B20數(shù)字溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS公司推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器。其主要特點如下：（1）適應電壓范圍較寬，3.0～5.5V，兩種供電方式，寄生電源方式下由數(shù)據(jù)線供給；（2）1—wire單總線數(shù)據(jù)通信方式，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，通過一根端口線與CPU通信；（3）溫度測量范圍為—55℃～+125℃，可編程為9～12位的A/D轉(zhuǎn)換精度。3.JDL12864圖形點陣液晶顯示器JDL12864主要由行/列驅(qū)動器及128*64的全點陣液晶顯示器組成，可以顯示8*4個（16*16點陣）漢字。其主要特點如下：（1）電源：VDD，+5V。模塊內(nèi)自帶—10V負壓，用于作LCD的驅(qū)動電壓；（2）內(nèi)置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字（簡繁體可選），128個16×8點陣字符；（3）與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和8條控制線；（4）工作溫度為—10℃～+50℃。存儲溫度為—20℃～+70℃；其硬件連線如圖2。4.軟件設計DS18B20的單總線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。

五、硬件電路設計 硬件系統(tǒng)主要由AT89S52單片機、溫度采集、鍵盤顯示電路等功能電路組成。 1.主控單元 AT89S52單片機為主控制單元。AT89S52單片機首先根據(jù)爐溫的給定值和測量值計算出溫度偏差，然后進行PID控制并計算出相應的控制數(shù)據(jù)由P1．0口輸出。最后將P1．0口輸出的控制數(shù)據(jù)送往光電耦合隔離器的輸入端，利用PWM脈沖調(diào)制技術(shù)調(diào)整占空比，達到使爐溫控制在某一設定溫度。AT89S52單片機還負責按鍵處理、溫度顯示以及與上位機進行通信等工作。4位高亮度LED用于顯示設定溫度或?qū)崪y溫度。 2.溫度采集 溫度采集電路主要由鉑銠-鉑熱電偶LB-3構(gòu)成。LB-3熱電偶可以在1300℃高溫下長時間工作，滿足常規(guī)處理工藝要求。 測溫時，熱電阻輸出mV熱電勢，必須經(jīng)過變送器變換成0-5V的標準信號。本系統(tǒng)選用DWB型溫度變送器，并將其直接安裝在熱電偶的接線盒內(nèi)，構(gòu)成一體化的溫度變送器，不僅可以節(jié)省補償導線，而且可以減少溫度信號在傳遞過程中產(chǎn)生的失真和干擾。 電阻爐爐溫信號是一種變換緩慢的信號。這種信號在進行A/D轉(zhuǎn)換時，對轉(zhuǎn)換速度要求不高。因此為了減低成本以及方便選材，可以選用廉價的、常用的A/D芯片ADC0808，ADC0808是一種逐次逼近式8路模擬輸入、8為數(shù)字輸出地A/D轉(zhuǎn)換器件，轉(zhuǎn)換時間為100us，完全滿足系統(tǒng)設計的要求。經(jīng)過ADC0808轉(zhuǎn)換所得到的實測爐溫數(shù)據(jù)直接送入AT89S52單片機中進行數(shù)據(jù)處理。

3.恒溫控制算法

對于簡單系統(tǒng),可以采用理論計算的方法確定這些參數(shù),但是稍微復雜一些的系統(tǒng),采用理論計算的方法就困難了。因此幾乎都是用工程的方法對參數(shù)進行整定。調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是一項繁瑣而又費時的工作,因此,近年來國內(nèi)外在數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方面做了大量的研究工作,歸一參數(shù)的整定法是一種簡易的整定法。 根據(jù)大量實際經(jīng)驗的總結(jié),人為設定約束條件,以減少獨立變量的個數(shù),例如取: TD≈0.125TS TI≈0.5TS(7) T≈0.1TS 式中:TS是純比例控制式的臨界振蕩周期。 將式(7)代入式 (6)中,可得數(shù)字PID控制器的差分方程為: Δuk=KP(2.45ek+3.5ek-1+1.25ek-2) (8) 對比式(6)和式(8)可知,對4個參數(shù)的整定簡化成了對一個參數(shù)KP的整定,使問題明顯地簡化了。 采樣周期T的取值,從數(shù)字PID控制器對連續(xù)PID控制器的模擬精度考慮,采樣周期越小越好,但采樣周期小,控制器占用計算機的時間就長,增加了系統(tǒng)的成本。因此采樣周期的選擇應綜合考慮各方面因素,選取最優(yōu)值。 在恒溫控制系統(tǒng)中,控制輸出為定時器T2初值n(0≤n≤65 536),誤差為溫度設定值Tset與DS18B20檢測值之差Tread。因為電阻絲的功率是有限的,初始溫度低于溫度設定值Tset較大時,可以不用數(shù)字PID控制。可以根據(jù)電阻絲的功率設定一個誤差值emax,當e>emax時,一直加熱,輸出n=0;當e

六、結(jié)語 數(shù)字PID在控制算法結(jié)合單片機在自動溫度控制方面有較好的作用的，但是其中還存在一些問題的，需要我們投入更多的精力和研究才行。

參考文獻[1]李鐵.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設計[J].微型機與應用，2010，29（24）：29—30.

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【關(guān)鍵詞】AT89S52單片機；模糊PID；溫度控制

我國是目前世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)和銷售國，年產(chǎn)量幾乎達到了世界各國總產(chǎn)量之和。但是由于生產(chǎn)和控制技術(shù)落后，很多太陽能控制器只具有溫度和液位顯示功能，而且精度還不高，誤差達到10%以上。隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，太陽能熱水器的溫度控制的精度要求越來越高。其中以單片機為核心實現(xiàn)的數(shù)字控制器因其體積小、功能強、成本低、易操作而得到廣泛應用。[1]本文介紹了一種以AT89S52單片機為核心的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對太陽能層壓機溫度進行智能控制。該控制系統(tǒng)通過數(shù)字PID算法求出控制量，經(jīng)脈沖調(diào)制傳給功率控制器，最終實現(xiàn)水溫控制。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

其中，AT89S52單片機作為控制核心，根據(jù)溫度傳感器從層壓機熱水器中測量的溫度數(shù)據(jù)，以及人機交互界面設定的水溫數(shù)值，結(jié)合PID控制算法產(chǎn)生相應的控制信號，傳送給繼電器電路以控制加熱設備的工作強度和時長，使熱水器的水溫不斷逼近目標數(shù)值。

2.系統(tǒng)電路實現(xiàn)

根據(jù)層壓機水溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出該系統(tǒng)的硬件模塊主要包括溫度測量模塊、繼電器驅(qū)動模塊、單片機控制模塊、溫度顯示模塊、人機交互的串口通信模塊以及電源模塊。

2.1 溫度測量模塊

溫度測量與采集由主控電路AT89S52單片機和傳感器電路鎳鉻－鎳硅型熱電偶組成的電路實現(xiàn)。鎳鉻－鎳硅型熱電偶又稱0.75級K型熱電偶，它一般情況下與電子調(diào)節(jié)器、記錄儀表、顯示儀表配套使用，可以直接測量從-200℃~1200℃范圍的固體、液體和氣體介質(zhì)的表面溫度。

2.2 單片機控制模塊

2.3 繼電器驅(qū)動模塊

AT89S52是一個弱電器件，一般工作在5V[2]，不能直接用于驅(qū)動加熱設備，因此采用繼電器作為二者之間的負載，實現(xiàn)單片機對加熱設備的加熱控制。驅(qū)動控制電路如圖2所示。

在圖2中，Moc3041是光藕，用它來驅(qū)動雙向可控硅BTA16，控制雙向可控硅的通斷。BTA16是通用電子器件，工作電流為16A，耐壓400V、600V不等。由于加熱執(zhí)行器是電阻線圈，屬于感性負載，所以在開關(guān)器件上并上RC電路，作為保護電路并起加速導通關(guān)斷作用。R2、R3用于補償雙向可控硅，用R4限流保護MOC3041。JP1接控制端，VCC為+5VDC；JP2接220VAC，負載（LOAD）接在火線端（HEATPower）或零線端（NEUTRAL）均可。當單片機的P1.6引腳置1時，MOC3061內(nèi)部發(fā)光管截止，其內(nèi)部雙向晶閘管關(guān)斷，外部大功率晶閘管控制極G沒有觸發(fā)電流，T1不導通，加熱器RL斷電。反之，當P1.6引腳置0時，MOC3061內(nèi)部發(fā)光管導通，加熱器開始加熱。[3]

2.4 其他模塊

4.結(jié)束語

通過理論分析與實驗證明，基于AT89S52單片機的模糊增量式PID算法設計的太陽能層壓機水溫控制系統(tǒng)能夠獲得較好的溫度調(diào)節(jié)和控制效果，在實際生產(chǎn)和生活中具有一定的應用價值。

參考文獻

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[3]于雷.基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設計[J].長春大學學報,2011(8):28-30．