基于单片机的PID温度控制毕业设计方案.doc
《基于单片机的PID温度控制毕业设计方案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的PID温度控制毕业设计方案.doc(47页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 前 言 温度是表征物体冷热限度物理量。在诸多生产过程中,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中,温度测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因而,温度测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相称限度注重。单片机系统开发应用给当代工业测控领域带来了一次新技术革命,自动化、智能化均离不开单片机应用。将单片机控制办法运用到温度控制系统中,可以克服温度控制系统中存在严重滞后现象,同步在提高采样频率基本上可以很大限度提高控制效果和控制精度。当代自动控制越来越朝着智能化发展,在诸多自动控制系统中都用到了工控机,小型机、甚至是巨型机解决机等,固然
2、这些解决机有一种很大特点,那就是很高运营速度,很大内存,大量数据存储器。但随之而来是巨额成本。在诸多小型系统中,解决机成本占了系统成本比例高达20%,而对于这些小型系统来说,配备一种如此高速解决机没有任何必要,由于这些小系统追求经济效益,而不是最在乎系统迅速性,因此用成本低廉单片机控制小型,而又不是很复杂,不需要大量复杂运算系统中是非常适合。 随着电子技术以及应用需求发展,单片机技术得到了迅速发展,在高集成度,高速度,低功耗以及高性能方面获得了很大进展。当前完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测,并且可以很容易地做到多点温度检测,如果对此原理图稍加改进,还可以进行不同地点实时温度
3、检测和控制。1绪论1.1研究目和意义温度是工业生产中重要被控参数之一,温度控制自然是生产重要控制过程。工业生产中温度很难控制,对于规定严格场合,温度过高或过低将严重影响工业生产产质量及生产效率,减少生产效益。这就需要设计一种良好温度控制器,随时向顾客显示温度,并且可以较好控制。单片机具备和普通计算机类似强大数据解决能力,结合PID,程序控制可大大提高控制效力,提高生产效益9。例如钢铁生产过程中,按照工艺条件规定保持一定温度才干保证产品质量和设备安全。对电气设备进行温度监控,例如高压开关、变压器出线套管等,判断也许存在热缺陷,进而能及时发现、解决、防止重大事故发生。因而研究温度控制仪具备重要意义
4、10。 在单片机温度测量系统中核心是测量温度、控制温度和保持温度,温度测量是工业对象中重要被控参数之一。因而,单片机温度测量则是对温度进行有效测量,并且可以在工业生产中得到了广泛应用,特别在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中,肩负着重要测量任务。在寻常生活中,也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合16。当前市场上热水器控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不以便等问题,诸多控制器只具备温度和水位显示功能,不具备温度控制功能虽然热水器具备辅助加热功能。也也许由于加热时间不能控制而产生过烧,从而挥霍电能。本文设计热水器控制系统以51单片机
5、为检测控制中心单元,具备温度设定与控制功能。该控制器和以往显示仪相比具备性价比高、温度控制与显示精度高、使用以便和性能稳定等长处,提高了电能使用效率,具备可观经济效益和社会效益18。1.2国内外发展状况 温度控制采用单片机设计全数字仪表,是常规仪表升级产品。温度控制发展引入单片机之后,有也许减少对某些硬件电路规定,但这绝不是说可以忽视测试电路自身重要性,特别是直接获取被测信号传感器某些,仍应予以充分注重,有时提高整台仪器性能核心依然在于测试电路,特别是传感器改进。当前传感器也正在受着微电子技术影响,不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化方向发展。 近年来,温度控制发展尤为迅速。国
6、内外市场上已经浮现了各种各样温度控制仪表,应用于社会各个方面。例如可以进行程序控温智能多段温度控制仪,可以实现数字PID和各种复杂控制规律智能式温度调节器等11。 水温系统传递函数事先难以精准获得,因而很难判断哪一种控制办法可以满足系统对控制品质规定。但从对控制办法分析来看,PID控制办法最适合本例采用。另一方面,由于可以采用单片机实现控制过程,无论采用上述哪一种控制办法都不会增长系统硬件成本,而只需对软件作相应变化即可实现不同控制方案。因而本系统可以采用PID控制方式,以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质规定7。老式一位式模仿控制方案,选用模仿电路,用电位器设定值,
7、反馈温度值和设定值比较后,决定加热或不加热。其特点是电路简朴,易于实现,但是系统所得成果精度不高并且调节动作频繁,系统静态差大、不稳定。系统受环境影响大,不能实现复杂控制算法,不能用数码管显示,不能用键盘设定13。 老式二位式模仿控制方案,其基本思想与方案一相似,但由于采用上下限比较电路,因此控制精度有所提高。这种办法还是模仿控制方式,因而也不能实现复杂控制算法使控制精度做得较高,并且不能用数码管显示,对键盘进行设定13。 当前国内外普通采用典型温度控制系统。采用模仿温度传感器对加热杯温度进行采样,通过放大电路变换为 05V 电压信号,通过A/D 转换,保存在采样值单元;运用键盘输入设定温度,
8、经温度标度转换转化成二进制数,保存在片内设定值单元;然后调显示子程序,多次显示设定温度和采样温度,再把采样值与设定值进行 PID 运算得出控制量,用其去调节可控硅触发端通断,实现对电阻丝加热时间控制,以此来调节水温使其基本保持恒定2。采用单片机AT89C52设计温度实时测量及控制系统。单片机AT89C52可以依照温度传感器DS18B20所采集温度数据来控制加热器或致冷器启停,从而把温度控制在设定范畴之内。在温控开关被激活状况下,当温度低于设定下限时,单片机启动加热器加热,同步点亮绿色发光二极管,当温度高于设定上限时,单片机启动致冷器降温,同步点亮红色发光二极管。所有温度数据均通过液晶显示屏LC
9、M1602显示出来。为了防止单片机掉电引起数据丢失,温度上下限设定值存储在AT24C02B中8。 采用一线制数字温度传感器DS18B20来作为温度传感器。传感器输出信号进4.7K上拉电阻直接接到单片机P1.0引脚上。DS18B20温度传感器是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出应用单总线技术数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一种很小集成电路芯片上。温度传感器之因此选取单线数字器件DS18B20,是在通过多方面比较和考虑后决定12。从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程,在控制过程中重要应用AT89C52、ADC0809、LED显示屏、LM324比较器,而重
10、要是通过 DS18B20数字温度传感器采集环境温度,以单片机为核心控制部件,并通过四位数码管显示实时温度一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计,使指令执行速度快,节约存储空间。为了便于扩展和更改,软件设计采用模块化构造,使程序设计逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件控制下协调运作。 而系统过程则是:一方面,通过设立按键,设定恒温运营时温度值,并且用数码管显示这个温度值.然后,在运营过程中将采样温度模仿量送入A/D转换器中进行模仿-数字转换,再将转换后数字量用数码管进行显示,最后用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热,直到能在规定温度下恒温加热5。2系统总体设计2.1系统设计任务与规
11、定该温度自动控制系统采用AT89C52单片机为主控芯片,传感器采用数字温度传感器DS18B20,实现对温度检测和控制。 技术规定: 1、可以持续测量水温度值,用十进制数码管来显示实际温度,最小单位为1。 2、可以设定水温度值,设定范畴是3090,温度误差0.5。 3、可以实现水温自动控制,如果设定水温为80,则能使水温保持恒定在80温度下运营。 4、用单片机AT89C52控制,通过按键来控制水温设定值,数值采用数码管显示。该温度自动控制系统由温度信号采样电路,键盘及显示电路,温度控制电路,报警电路,时钟信号电路等构成,并运用PID算法进行温度控制和调节。 依照设计任务,详细分析温度自动控制系统
12、设计需求,并进行软硬件总体设计。由键盘电路输入设定温度信号给单片机,温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机,单片机依照输入与反馈信号偏差进行PID计算,输出反馈量给温度控制电路,实现升温。显示电路实现现场温度实时监控。设计人员需完毕所有硬件和软件设计,并利 Altium Designer 6.0仿真软件对设计成果进行验证。2.2系统方案选取 在这个系统中咱们从性能及设计成本考虑,咱们选取AT89C52芯片。AT89C52广泛使用,使单片机价格大大下降。在温度传感器选取上咱们采用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,且此元件线形较好。该芯片直接向单片机传
13、播数字信号,便于单片机解决及控制。本制作最大特点之一就是直接采用温度芯片对温度进行测量,使数据传播和解决简朴化。采用温度芯片DS18B20测量温度,体现了作品芯片化这个趋势。某些功能电路集成,使总体电路更简洁,搭建电路和焊接电路时更快。并且,集成块使用,有效地避免外界干扰,提高测量电路精准度。在这个过程中,咱们通过单片机将传感器所测量出来温度通过LCD1602可以显示出来。这样就能实时显示温度状况。 本设计采用了PID控制。在工程实际中,PID控制器以其构造简朴、稳定性好、工作可靠、调节以便而成为工业控制重要技术之一。当被控对象构造和参数不能完全掌握,或得不到精准数学模型,控制理论其她技术也难
14、以采用,系统控制器构造和参须依托经验和现场调试来拟定期,应用PID控制技术最为以便。 PID控制器参数整定是控制系统设计核心内容。它是依照被控过程特性拟定PID控制器比例系数、积分时问和微分时间大小。PID控制器参数整定办法概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它重要是根据系统数学模型,通过理论计算拟定控制器参数。这种办法所得到计算数据未必可以直接用,还必要通过工程实际进行调节和修改。二是工程整定办法,它重要依赖工程经验,直接且办法简朴、易于掌握,在实际中被广泛应用。3器件和模块选用3.1 AT89C52单片机 AT89C52是一种低功耗、高性能8位微控制器,具备8K 在系可编程Flash 存
15、储器。片上Flash容许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有机灵8 位CPU 和在系统可编程Flash,使AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效解决方案。 AT89C52具备如下原则功能:8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定期器,2个数据指针,三个16位定期器/计数器,一种6向量2级中断构造,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。此外,AT89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选取节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,
16、单片机一切工作停止,直到下一种中断或硬件复位为止。 其重要工作特性为:1、内含8KBFlash存储器,擦写次数达1000次;2、内含128字节RAM;3、具备32根可编程I/O线;4、具备2个16位可编程定期器;5、具备6个中断源、5个中断矢量、2级优先权中断构造;6、具备1个全双工可编程串行通信接口;7、具备1个数据指针DPTR;8、两种低功耗工作模式,即空闲模式和掉电模式;9、具备可编程3级程序锁定位;10、工作电源电压为51.2V,典型值为5V;11、最高工作频率为24MHz。引脚排列如图3.1所示。 图3.1 AT89C52引脚排列3.2 DS18B20传感器 DS18B20原理与特性
17、:采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度采集和转换,大大简化了电路复杂度,以及算法规定。一方面来简介一下DS18B20这块传感器特性及其功能:DSl8B20管脚及特点 DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。内部构造重要由四某些构成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发温度报警触发器TH和TL、配备寄存器。DS18B20外形及管脚排列如图3.2所示。 GND为接地线,DQ为数据输入输出接口,通过一种较弱上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口,既可由数据线提供电源,又可由外部提供电源,范畴3.05.5 V。本文使用外部电源供电。重要特点有: 1. 顾客可自设定报警上下限温度值
18、。 2. 不需要外部组件,能测量55+125 范畴内温度。3. 10 +85 范畴内测温精确度为05 。 图3.2 DS18B20外形及管脚图4. 通过编程可实现9l2位数字读数方式,可在至多750 ms内将温度转换成12 位数字,测温辨别率可达0.0625 。 5. 独特单总线接口方式,与微解决器连接时仅需要一条线即可实现与微解决器双向通讯。6. 测量成果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传送给CPU,同步可传送CRC校验码,具备极强抗干扰纠错能力。7. 负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。DS18B20支持多点组网功能,各种DS18B20可以并联在唯一三线
19、上,实现组网多点测温。DS18B20内部功能模块如图3.3所示, 图3.3 DS18B20原理图 DS18B20读写时序和测温原理与DS1820相似,只是得到温度值位数因辨别率不同DS18B20 为9位12位A/D转换精度,而DS1820为9位A/D转换,虽然咱们采用了高精度芯片,但在实际状况上由于技术问题比较难实现,而实际精度此时温度寄存器中数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中非线性,其输出用于修正计数器1预置值。如下3.4测温原理图不同,且温度转换时延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图3.4所示。 图3.4 DS18B20测温原理框图 图中低温度系数晶
20、振振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率脉冲信号送给计数器1。则高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显变化,所产生信号作为计数器2脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所相应一种基数值时。计数器1对低温度系数晶振产生脉冲信号,进行减法计数,当计数器1预置值减到0时,温度寄存器值将加1,计数器1预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值。 在DS18B20测温程序设计中,向DS18B20发出温度转换命令后,程序要等待DS18B20返回信号,一旦某个DS18B20接触不好或断线,当程序读该DS18B20时,将没有返回
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 PID 温度 控制 毕业设计 方案
限制150内