毕业设计--温度控制系统的程序设计

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1、摘 要 本系统采用单片机（C8051F020）作为温度自动控制系统的控制、计算、显示 的核心部件，来实现对控制系统的温度的自动控制与可调。电路由温度信号采 集、温度控制、PWM 变换、显示及声光指示等四部分组成。温度传感器选用线性 温度/电压传感器 LM35，采用 TI公司生产的四位半双积分 A/D转换器 ICL7135读 取温度值采样，利用它所采集的反馈值与目标温度进行比较后，采用 PID 控制 算法， 有效地减小系统的超调量与稳态误差， 来快速地达到所要求的 535 的范围内的某一设定值。采用陶瓷半导体制冷片作为加热、制冷的换能元件。 系统采用闭环控制原理，使用 PID算法，在线调试整定其

2、比例系数 KP、积分系数 KI、微分系数 KD，决定 PWM 的占空比，变换成 012V 的可调电压作用在制冷片 的两端，通过继电器的切换，实现加热与制冷。 关键词：温度采集与变换 PID 算法 PWM 波输出 温升曲线显示 目 录 摘要 . I Abstract . 绪论 1 1 温度控制的发展 2 1.1 温度控制的发展及意义 2 1.2 课题的背景 2 2 PID 控制原理 4 2.1 PID 控制的原理和特点 . 4 2.1.1 PID 增量型算法 . 4 2.1.2 PID 参数整定 . 4 2.1.3 PID 算法程序 . 4 3 系统总体设计 6 3.1 方案的设计与论证 6 3

3、.1.1 控制对象分析 . 6 3.1.2 方案选择 6 3.2 系统总体结构 7 3.3 系统的具体设计与实现 7 3.3.1 硬件系统设计 7 3.3.2 软件系统设计 10 3.3.3 PID 参数工程整定法 . 11 3.3.4 16 位脉宽调制器方式 . 11 3.3.5 16 位脉宽调制器方式 PWM 输出子函数 . 12 3.3.6 PCA CLOCK 信号 . 13 3.3.7 数字滤波 13 3.4 系统调试与测试 13 3.4.1 温度采集部分调试 14 3.4.2 控制与采集电路调试 14 3.4.3 温度自动控制测试结果 14 结论 15 注释 16 致谢 17 参考文

4、献 18 附录 1 系统总硬件原理图 19 附录 2 系统总硬件 PCB 板图 20 附录 3 系统主程序 . 21 绪 论 伴随着电子技术、半导体技术的发展，数字系统在测控领域的应用日益广泛。以 集成电路为基础的数字系统逐渐取代了以分立元件为基础的模拟系统。单片机的出 现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑。在单片机诞生之前，为了满足工 控对象的嵌入式应用要求，只能将通用计算机进行机械加固、电气加固后嵌入到对 象体系中。但由于通用计算机的巨大体积和高成本无法嵌入到大多数对象体系中。 单片机应嵌入式应用而生，它的微小体积和低成本可广泛应用在仪器仪表和工业控 制单元中。 近些年计算机领域的变

5、化令人目不暇接，而单片微型计算机（简称单片机） ，作 为微型计算机家族中的一员、发展中的一个分支，以其体积小、单一电源、功能强、 价格低廉、低功耗、运算速度快、可靠性高、面向控制等独特优点，称为自动化和 各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日 常生活中发挥的作用也越来越大。在我国高校的工科院校中，已普遍开设单片机及 其相关课程，单片机已成为电子系统中最普便的应用手段。在许多实践环节中，如 课程设计、毕业设计、电子竞赛等，采用单片机系统来解决各类电子技术问题已成 趋势。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。 基于以上的条件，我们选择了单片机系统作

6、为本毕业设计的应用手段。 温度检测与控制系统在工业控制中应用广泛，像在半导体、冶金、化工等领域随 处可见。温度采集与控制系统的设计对自动化专业的学生而言是经典的、涵盖知识 面广的题目。温度采集与控制系统是单片机系统应用、高精度检测以及控制算法的 程序实现的集合。采用单片机为 CPU 的系统对某些控制系统的控制可以得到良好的 效果。作为毕业设计的课题，它具有很强的实用性。 1 温度控制的发展 1.1 温度控制的发展及意义 现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主 要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来 实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。 在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方 面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子， 温度控制将更好的服务于社会。 1.2 课题的背景 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来 了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那 么单片机技术的出