基于51單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)摘 要 水在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中有著必不可少的作用，在不同環(huán)境和不同的需求中，水溫的變化也對(duì)我們的生活和工業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響，為了滿足人們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域所需要的水溫，水溫控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域也應(yīng)運(yùn)而生。隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，智能化已經(jīng)是溫控系統(tǒng)發(fā)展的主流方向，小到人們生活中的飲水機(jī)，大到工業(yè)生產(chǎn)中的大型水溫加熱控制設(shè)備等各種水溫控制系統(tǒng)發(fā)展以趨于成熟。傳統(tǒng)靠人工控制的溫度，濕度，液位等信號(hào)的測(cè)壓、力控系統(tǒng)，外圍電路比較復(fù)雜，測(cè)量精度較低，分辨率不高，需進(jìn)行溫度校正；并且他們的體積較大適用不方便，在工業(yè)生產(chǎn)中也可能應(yīng)為各種認(rèn)為的失誤發(fā)生意外，針對(duì)此問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

2、目的就是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度持續(xù)調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中主要職責(zé)是對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)，在溫度發(fā)生變化不符合規(guī)定溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警提示并做出相應(yīng)的溫度調(diào)整措施，以使得生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行，節(jié)省了大量的人工，產(chǎn)品的質(zhì)量也得到充分的保障，同時(shí)也避免了各種潛在意外的發(fā)生。從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，擴(kuò)展外圍控制電路，檢測(cè)變送電路，按鍵電路，顯示電路，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，電源電路，報(bào)警電路；本系統(tǒng)的整體運(yùn)行過程為：通過按鍵電路設(shè)定理想水溫范圍，實(shí)時(shí)水溫通過檢測(cè)變送電路模檢測(cè)，并將檢測(cè)到

3、的物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后放大電信號(hào)并將模擬量同過A/D轉(zhuǎn)換為單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字量發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，并通過顯示電路將實(shí)時(shí)溫度顯示出來，如果實(shí)時(shí)溫度大于設(shè)定的最高溫度或者低于設(shè)定的最低溫度一定時(shí)間，單片機(jī)將觸發(fā)報(bào)警電路對(duì)過溫或者低溫進(jìn)行警報(bào)，同時(shí)觸發(fā)控制電路對(duì)水溫的控制做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保水溫出在理想的溫度值，滿足需求。系統(tǒng)檢測(cè)變送電路中采用電流型溫度傳感器AD590將溫度的變化量轉(zhuǎn)變成電流量，然后采用OP-07將電流量轉(zhuǎn)換為電壓量。選用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804將電壓兩轉(zhuǎn)化成數(shù)值量傳送給單片機(jī)處理。負(fù)責(zé)處理和發(fā)送指令的單片機(jī)我們選用89c51單片機(jī)，單片機(jī)通過

4、時(shí)鐘電路的獲得工作所需的時(shí)鐘信號(hào)也就是CPU工作的時(shí)間基準(zhǔn)，單片機(jī)通過復(fù)位電路使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。當(dāng)單片機(jī)在復(fù)位電路和時(shí)鐘電路的共同作用下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，通過外圍的按鍵電路通過按鍵SB2和SB3向單片機(jī)輸入規(guī)定的溫度值信號(hào)，單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行一系列的處理將實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定通過顯示電路LCD1602顯示出來，LCD1602顯示器其微功耗、顯示內(nèi)容豐富、體積小、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，故選它作為顯示電路。單片機(jī)內(nèi)部通過編寫好的程序?qū)囟炔蓸与娐穫魉偷臄?shù)字溫度信號(hào)與規(guī)定的溫度信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度與規(guī)定溫度不符時(shí)，單片機(jī)通過向報(bào)警電路發(fā)送信號(hào)報(bào)警提醒。相

5、應(yīng)的對(duì)系統(tǒng)的溫度控制電路發(fā)送相應(yīng)的指令，在整個(gè)系統(tǒng)中，從檢測(cè)電路到繼電器控制電路各個(gè)模塊都發(fā)揮這重要作用，各環(huán)節(jié)相輔相成形成一個(gè)負(fù)反饋，對(duì)溫度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和超標(biāo)調(diào)整。在系統(tǒng)中我們選用的各個(gè)器材是從節(jié)約成本和精度較高、操作方便、安全等方面綜合考慮后選定。組成這個(gè)穩(wěn)定，高精度的，安全的溫度測(cè)量控制系統(tǒng)來滿足我們的需求。目錄摘要.1ABSTRACT.1第1章.緒論.5 1.1 選擇背景.5 1.2 題目要求.6 1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀.6 1.4 設(shè)計(jì)思路.10第2章. 系統(tǒng)基本方案選擇及論證.10 2.1 各模塊電路的方案選擇及論證.10 2.1.1 主機(jī)控制模塊.10 2.1.2 溫度采集模塊

6、.11 2.1.3 顯示模塊.11 2.2 總體設(shè)計(jì)概述.12第3章 .硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).13 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu).13 3.2 單片機(jī)控制部分.13 3.2.1 復(fù)位電路.15 3.2.2 時(shí)鐘電路.16 3.2.3 上拉電阻電路.16 3.3 溫度采集部分.17 3.4按鍵和報(bào)警部分.21 3.5顯示部分.23 3.6電源電路.23 3.7 溫度控制模塊.24第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).25 4.1 軟件設(shè)計(jì)綜述.25 4.2 鍵盤輸入模塊.26 4.3 顯示模塊.27 4.4 控制模塊.27 4.5 溫度報(bào)警模塊.28 4.6 主程序流程圖.29第5章 設(shè)計(jì)總結(jié).30 5.1 設(shè)計(jì)所達(dá)到的性能

7、指標(biāo).31 5.1.1 溫控系統(tǒng)的標(biāo)度誤差.31 5.1.2 溫控系統(tǒng)的靜態(tài)誤差.31 5.1.3 溫控系統(tǒng)的控制精度.31 5.2 自我總結(jié).32第6章 參考文獻(xiàn).第7章 附錄. 基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)第一章 緒論1.1 選擇背景 溫度是眾多工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的基礎(chǔ)物理量之一，而在大部分的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都與水溫有著密切的聯(lián)系。在生活中，為了能讓人們不同時(shí)刻不同天氣的環(huán)境下，在飲用和洗漱等生活必須環(huán)節(jié)上水的所需溫度得到保障和滿足。在大部分的工業(yè)生產(chǎn)中，水溫的監(jiān)測(cè)和控制與安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等生產(chǎn)過程中的重要因素有著密不可分的關(guān)系。不同環(huán)境下溫度控制系統(tǒng)將水溫控

8、制在生產(chǎn)所需的范圍內(nèi)，并使得整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運(yùn)行對(duì)工業(yè)生產(chǎn)來說成為一項(xiàng)重要的工作。以工業(yè)生產(chǎn)為例，自工業(yè)革命開始，水溫便與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少的一部分，也成為了工業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力量。在整個(gè)發(fā)展過程中，水溫控制在工業(yè)生產(chǎn)中也應(yīng)用而生并逐漸起到了重要作用。我國(guó)正處在工業(yè)發(fā)展階段，水溫控制系統(tǒng)對(duì)于大部分的工業(yè)生產(chǎn)顯得尤為重要。通過控制水的溫度可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)中的諸多環(huán)節(jié)，溫度控制的精度以及不同控制對(duì)象的控制方法選擇都起著至關(guān)重要的作用，鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，溫度則是鍋爐生產(chǎn)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，也是保證鍋爐設(shè)備安全的重要參數(shù)。同時(shí)，溫度是影響鍋爐傳熱過程和設(shè)備效率的主要因素。所以，運(yùn)用反饋控制理論對(duì)鍋

9、爐進(jìn)行溫度控制，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，提高生產(chǎn)力。為了保證生產(chǎn)過程正常安全的進(jìn)行，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減少勞動(dòng)力和減少資源浪費(fèi)，快速準(zhǔn)確地得到實(shí)時(shí)溫度并對(duì)它進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲诖蟛糠值墓I(yè)生產(chǎn)中都是重要的環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它能過實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的檢測(cè)信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換、輸入、運(yùn)算、輸出控制加熱以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過程。應(yīng)以單片機(jī)為核心組成一個(gè)控制系統(tǒng)，以滿足需求。在科技飛速發(fā)展的今天，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于水溫控制的要求也越來越高，所以設(shè)計(jì)一個(gè)安全、高精度、高效率的水溫控制系統(tǒng)成為了工業(yè)生產(chǎn)的重要部分。1.2 題目要求1水溫控制范圍是25-50º，最小分辨率為0.1 &

10、#186;；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度。2設(shè)計(jì)所開發(fā)的系統(tǒng)由89c51為主控芯片構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與調(diào)試。3. 電路由檢測(cè)與溫度變送電路、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采樣電路、鍵盤、顯示接 口電路、報(bào)警顯示電路、譯碼電路等組成。1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀根據(jù)被充值的物質(zhì)的性質(zhì)的差異，我們可以把溫控系統(tǒng)分為動(dòng)態(tài)的溫度跟蹤和維持溫度恒定兩大類。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤主要的研究的是利用相關(guān)技術(shù)讓被控制的物體按照人們預(yù)期并設(shè)定好的一個(gè)曲線變化。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，就像控制發(fā)酵的過程，化學(xué)反應(yīng)中的溫度保持在預(yù)定范圍，鋼鐵的煉制過程中鍋爐中溫度的控制。維持恒定溫度是為了讓被控制的物體的溫度保持在人們需要的數(shù)值上，而且誤差范圍應(yīng)

11、該保持在最小范圍，不能大于預(yù)期值以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中對(duì)溫度的精確要求，使生產(chǎn)效率，質(zhì)量都盡量達(dá)到最優(yōu)化。在與我們相關(guān)的主要生產(chǎn)中有一下幾種溫度控制方法：1.3.1定值開關(guān)溫度控制法 定值開關(guān)控溫法的意思就是說：就是通過一些電子元件來獲取到當(dāng)前所測(cè)物體的溫度的實(shí)際數(shù)值和我們?cè)O(shè)置的數(shù)值之間存在的數(shù)值大小關(guān)系，通過判斷然后對(duì)系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行信號(hào)給送來進(jìn)行溫度的控制。同過對(duì)比溫度數(shù)值，如果測(cè)量的溫度數(shù)值大于給定的溫度數(shù)值，系統(tǒng)就會(huì)讓制冷環(huán)節(jié)工作。假如實(shí)際的溫度比預(yù)定的溫度數(shù)值低，那么系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)加熱部分來使物體溫度上升。這是一種比較簡(jiǎn)單的控制辦法，不用太復(fù)雜的電子元件和電路，只要一些簡(jiǎn)單的電

12、路就能夠做到控制溫度的效果?，F(xiàn)在我國(guó)有許多的場(chǎng)子的生產(chǎn)過成中還應(yīng)用到這樣的溫度控制辦法，但不是大勢(shì)所趨。1.3.2 PID線性溫度控制法 美國(guó)科學(xué)家在進(jìn)行一項(xiàng)針對(duì)船的導(dǎo)航問題時(shí)提出了一個(gè)方法，這個(gè)方法為以后的控制系統(tǒng)帶來了重大的改變和進(jìn)步。通過這個(gè)方法他設(shè)計(jì)出了一個(gè)控制器，這個(gè)方法就是輸出反饋的比例積分微分，也就是我們現(xiàn)在熟悉的PID，就這樣PID出現(xiàn)在了各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。緊接著，由于PID控制器相對(duì)于別的控制方法有很多的優(yōu)點(diǎn)而被人們?cè)谏a(chǎn)環(huán)節(jié)中廣泛應(yīng)用。1930年后的10年間，經(jīng)典的頻域設(shè)計(jì)法慢慢被人們認(rèn)可并開始應(yīng)用。Nyquist和Bode在穩(wěn)定性理論上取得了的相當(dāng)大的成果

13、。通過這種經(jīng)典的設(shè)計(jì)方法，一種反饋補(bǔ)償器被發(fā)明出來，這種反饋補(bǔ)償器它可以獲得大部分的穩(wěn)定裕度，主要考慮了對(duì)象的不確定性，把反饋環(huán)節(jié)充分利用來達(dá)到減少干擾和對(duì)象誤差的靈敏度。補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)主要是采用由以Nyquist穩(wěn)定準(zhǔn)則為基礎(chǔ)發(fā)展出來的圖解法成為了補(bǔ)償設(shè)計(jì)器的重要依據(jù)。 就現(xiàn)在而言，解析法得到快速的發(fā)展，除此之外還確定了一些瞬態(tài)性能指標(biāo)。時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)通過PC機(jī)的協(xié)助也可以輕松的檢測(cè)到。由于這種發(fā)放的發(fā)展使得控制領(lǐng)域?qū)︳敯粜院挽`敏度的要求降低了一些。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，數(shù)字計(jì)算機(jī)出現(xiàn)在了人么的眼前，這也同時(shí)給控制領(lǐng)域帶來了福音，控制方法的多樣性和易操作性刀刀了重逢的發(fā)揮，應(yīng)用最廣泛的就是

14、用差分方程來描述控制系統(tǒng)模型的方法。當(dāng)人造衛(wèi)星出現(xiàn)并對(duì)他進(jìn)行精確的控制，這是控制領(lǐng)域一個(gè)劃時(shí)代成績(jī)，當(dāng)人類把人造衛(wèi)星成功的送入太空也就以為這一個(gè)現(xiàn)代的控制理論誕生，人們用最優(yōu)控制去尋找非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)軌跡。 上世紀(jì)60年代，能夠有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的控制器是基于最優(yōu)化技術(shù)的控制器，它能夠解決各種控制問題并優(yōu)點(diǎn)突出。如果對(duì)過程對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，那么實(shí)際的過程控制中就能夠適應(yīng)和應(yīng)用現(xiàn)代控制理論。但是實(shí)際上卻很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，所以魯棒性問題在上世紀(jì)70年代得到了人們的重新關(guān)注。 PID控制理論進(jìn)入快速前進(jìn)階段的前提是單回路控制器結(jié)合了參數(shù)整定與自我適應(yīng)控制理論。PID控制在現(xiàn)代的工業(yè)過

15、程控制中占據(jù)著主導(dǎo)地位，它的一些特點(diǎn)是綜合性價(jià)比較高的，所以在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。它具有算法較簡(jiǎn)單、可靠性和穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。PID調(diào)節(jié)器較之定制開關(guān)控溫法性能要好的多，它具備了三項(xiàng)別的控制沒有的部分，分別是：誤差的變化、積累等。它的實(shí)際電路可以通過計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)PID的調(diào)節(jié)功能。前面陳述的為模擬PID調(diào)節(jié)器，后面講述的為數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。數(shù)字PID調(diào)節(jié)器較之模擬PID調(diào)節(jié)器突出的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)在線整定，靈活性較好，那么控制效果也就較好較穩(wěn)定精確。數(shù)字PID控制器在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)用的好壞主要取決于一下幾個(gè)參數(shù)：積分值、微分值、比例值。要想達(dá)到高精度的控制效果，那么PID參數(shù)就必須要選取正確

16、，這是對(duì)于一個(gè)受控制系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)理想控制的必要因素。1.3.3智能溫度控制法 上世紀(jì)70年代，美國(guó)的著名教授傅京孫提出了關(guān)于智能控制系統(tǒng)概念，他認(rèn)為這是一個(gè)人們還未開啟的研究領(lǐng)域同時(shí)也是人們值得去研究的領(lǐng)域。早在10年前，IEEE就只能控制這一新型的學(xué)術(shù)研究在美國(guó)紐約開展了首次學(xué)術(shù)討論會(huì)，主要討論的問題就是只能控制原理和智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過這次會(huì)議，決定建立一個(gè)IEEE智能控制專家委員會(huì)，這就意味著智能控制這項(xiàng)學(xué)科正式問世，成為了人們深刻討論和研究的問題，為人類以后的科技進(jìn)步提供了足夠的基礎(chǔ)，也是我們的工業(yè)生產(chǎn)的到大幅的提升。針對(duì)這一全世界科學(xué)家共同研究的新型學(xué)科，人們把智能控制從

17、一般的學(xué)科分離出來單獨(dú)研究它，并在國(guó)際上建立起來專業(yè)組織。近十幾年來，智能控制技術(shù)通過科技發(fā)展的帶動(dòng)也也有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，同時(shí)針對(duì)不同的工業(yè)生產(chǎn)和對(duì)象新生了許多的控制技術(shù)。并逐漸的走向成熟應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。智能控制系統(tǒng)就是要靠各個(gè)電子電路來組成完整的、精密的并模仿人的只能工程，獲取信息，反饋信息，顯示信息，運(yùn)送信息等人工智能，并且可靠精密運(yùn)行，保持穩(wěn)定持續(xù)的工作而不出現(xiàn)錯(cuò)誤。人工智能是除了固定的數(shù)學(xué)公式外把人的思維用電子儀器和電路的相互配合模擬出來，然后利用計(jì)算機(jī)將各種控制軟件做為大腦的思維輸送進(jìn)去來完成理想的控制。它應(yīng)用范圍已經(jīng)已經(jīng)覆蓋大部分的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，它解決了人力不足和大腦長(zhǎng)時(shí)間思維導(dǎo)

18、致的錯(cuò)誤和工作效率和質(zhì)量得不到保障的問題，同時(shí)也節(jié)約了大量的人力和經(jīng)濟(jì)成本。智能控制其主要就是依據(jù)人工智能的方法以及運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)越方法，結(jié)合了控制理論和PID控制方法來實(shí)現(xiàn)維持溫度的控制。以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)還有模糊數(shù)學(xué)為理論，實(shí)現(xiàn)智能化就需要適當(dāng)?shù)募右詫＜蚁到y(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)中的模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制還有專家控制相對(duì)而言要應(yīng)用的多疑點(diǎn)。特別是是模糊控溫法在現(xiàn)實(shí)中的工程技術(shù)中應(yīng)用的更為廣泛一點(diǎn)?，F(xiàn)在人們又研發(fā)出了一種可以模擬人類的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制的一種高精度模糊控制器。就專業(yè)只是而言，肯定可以全部的消除穩(wěn)態(tài)誤差。人們把能夠在智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上再研究出能夠自己適應(yīng)PID算法的溫度控制儀表稱為第三代智能溫控儀

19、表。不管是以前還是現(xiàn)在，我國(guó)的溫度控制儀表的發(fā)展都沒有辦法和國(guó)外的發(fā)展相提并論并且是相差甚遠(yuǎn)。國(guó)內(nèi)和國(guó)外的晚空儀表主要的差別還是在控制算法部分，國(guó)內(nèi)在控制算法領(lǐng)域的研究相對(duì)過外比較落后，這導(dǎo)致溫控系統(tǒng)的精度不高，控溫不穩(wěn)定等問題。硬件的不足具體體現(xiàn)在產(chǎn)品控制范圍內(nèi)控制精度不好，適應(yīng)能力不好，系統(tǒng)不穩(wěn)定，不能夠穩(wěn)定獨(dú)立的達(dá)到武器目的，故致使應(yīng)用過程中成本浪費(fèi)，資源浪費(fèi)，生產(chǎn)效率不高，質(zhì)量不合格等問題。1.3.4 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀  實(shí)際的應(yīng)用中，我們很難在溫控過程中建立精確的數(shù)學(xué)模型，但是我們又不能找到一個(gè)合適的數(shù)學(xué)辦法來解決這個(gè)問題，所以我們只能通過減小誤差的辦法來對(duì)期望值做到最

20、精確化。通過嘗試間的研究，人們得出了一個(gè)辦法，就是以PID技術(shù)為根據(jù)提前設(shè)定好控制方法然后不停的自動(dòng)調(diào)整被控量讓它朝著我們預(yù)期和設(shè)置的平衡狀態(tài)發(fā)展，知道它達(dá)到我們的要求在控制精度內(nèi)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)平衡。把模糊邏輯描述作為依據(jù)的控制算法叫做模糊溫度控制，將人的經(jīng)驗(yàn)和智能通過一些發(fā)誓輸送給他們。它主要應(yīng)用對(duì)象是那些不容易取得精確數(shù)學(xué)模型以及數(shù)學(xué)模型不確定號(hào)還有總是改變的一些對(duì)象。我國(guó)武漢高校教授在煙氣加熱還有鍋爐爐溫控制系統(tǒng)中應(yīng)用了模糊PID溫度控制技術(shù)，得到了很大的成果，在這項(xiàng)技術(shù)的支持下，煙氣加熱爐的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)和維護(hù)環(huán)節(jié)改善了很多，提升了煤的利用率和機(jī)器的開機(jī)率， 減少了能源的浪費(fèi)并且提升了生產(chǎn)效率

21、。針對(duì)基于PID溫度控制系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容，我國(guó)內(nèi)蒙古高校的董志學(xué)研究了在這種技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)熱分析儀控制策略進(jìn)行了改善，并且為了大幅度的提高精度，他還加同時(shí)給系統(tǒng)加入了模糊控制技術(shù)和PID控制技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期的目的，很好的提高了控制精度。 把微處理器作為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)等一系列科技前沿技術(shù)的智能控制叫做數(shù)字PID控制。海軍航空工程學(xué)院李建海和部分學(xué)術(shù)研究者發(fā)明了一種軟件，它叫做上位機(jī)監(jiān)控采用組態(tài)軟件。它的原理主要是依據(jù)是西門子PLC的電路智能溫度控制系統(tǒng)，通過這個(gè)系統(tǒng)多種功能，包括了智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能，它將這些功能融為一體組成一個(gè)多功能的控制電路。昆明

22、高校的王清海等學(xué)術(shù)研究者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID結(jié)合LabVIEW人機(jī)交互應(yīng)用在鍋爐溫度控制研究中。這樣可以達(dá)到非常理想的效果，包括：鍋爐溫度的數(shù)據(jù)采集還有控制和現(xiàn)實(shí)最重要的是提高了鍋爐溫控系統(tǒng)的效率。在國(guó)外，例如英國(guó)科學(xué)家將PID控制器加入到冰箱溫度控制系統(tǒng)中。通過MATLAB/Simulink系列軟件來仿真，除此之外重要的是利用誤差分析圖的方式和傳統(tǒng)的ON-OFF控制對(duì)比。顯示表明，ON-OFF控制在控制性能性能和精度上都是不及PID控制的。 日本的有關(guān)公司對(duì)以PID控制為基礎(chǔ)并且結(jié)合上現(xiàn)代控制理論的離子化熱水器溫度控制進(jìn)行了全面的研究，最終得出這樣的溫度控制方法和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比適用

23、溫度傳感器更少，成本較低，提升了企業(yè)的利益。1.4 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一個(gè)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的的溫控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)有能夠自動(dòng)檢測(cè)水溫并顯示水溫，以單片機(jī)為核心去控制水溫達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的理想值，從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算再到輸出控制加熱器進(jìn)行加熱以實(shí)現(xiàn)溫度控制的全過程，系統(tǒng)個(gè)部分緊密聯(lián)系協(xié)作組成一個(gè)安全、穩(wěn)定的高精度溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)單片機(jī)、包括溫度傳感器AD590、信號(hào)發(fā)達(dá)變送器，A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804還有按鍵部分和LCD顯示電路來顯示當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度，在達(dá)到一定的條件下發(fā)出警告信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)高進(jìn)度，穩(wěn)定、安全的溫度控制。完成本次設(shè)計(jì)的前提是要熟悉單片機(jī)的使用，并掌握其編程和外

24、圍電路的擴(kuò)展電路的通信；掌握A/D轉(zhuǎn)換器的作用和轉(zhuǎn)換原理，學(xué)會(huì)應(yīng)用；掌握LCD顯示器的原理，學(xué)會(huì)顯示編程等必要工作。 第2章 系統(tǒng)基本方案選擇及論證2.1 各模塊電路的方案選擇和討論證明2.1.1 主機(jī)控制模塊 方案一：采用FPGA，它的名稱是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是集成度最高的一種在我們常用的專用集成電路中，一些較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)式子和邏輯運(yùn)算都可以通過他來完成。它的主要特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，而且運(yùn)算精度較高，它能將所有器件集成到一塊芯片上以減少體積，也可以通過EDA軟件進(jìn)行仿真、調(diào)試，功能擴(kuò)展也非常容易，缺點(diǎn)是成本較高。本設(shè)計(jì)主要的突出點(diǎn)不是針對(duì)運(yùn)算速度，F(xiàn)PGA的優(yōu)勢(shì)得不到體現(xiàn)。 方

25、案二：采用PID控制器，他的主要組成部分是模擬放大器組成。PID控制對(duì)我們來說并不陌生，他的組成單元有如下幾種：比例單元P還有積分單元 I 以及微分單元D。主要是我們?cè)O(shè)置好Kp， Ki和Kd這三個(gè)參數(shù)值。PID控制器大部分被應(yīng)用在以基本線性還有動(dòng)態(tài)特性為根本并且還要不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，有一些參數(shù)是我們?cè)谏a(chǎn)過程中必須牢牢嚴(yán)格要求的，并且必須和期望值不能差的太多，必須在預(yù)定的范圍之內(nèi)，這些參數(shù)主要體現(xiàn)在：有溫度、壓力、液位等變量的工業(yè)生產(chǎn)中，我們必須做到控制好這些參數(shù)在一定的數(shù)值上，如果是變量那么也必須有規(guī)律的變化，總而言之必須滿足工藝的要求。PID控制器恰好就是又來解決一些難

26、控變量的問題，它可以通過一系列的調(diào)節(jié)使物體的實(shí)際值和預(yù)期值編程一樣的。它可以滿足對(duì)溫度的控制，但是附加其它較多的外圍電路就不能顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，且反饋過程中反應(yīng)速度較慢。方案三：控制器我們選擇AT89C51單片機(jī)。單片機(jī)運(yùn)算速度高，外圍電路擴(kuò)展容易，軟件編程簡(jiǎn)單容易，功耗低、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。綜合分析，擬定方案三，由AT89C51作為主機(jī)部分。2.1.2 溫度采集模塊 方案一：選擇熱敏電阻來做測(cè)量溫度的器件，熱敏電阻器因?yàn)樗袑?duì)溫度敏感、根據(jù)不同的溫度提供不同的阻值等良好特點(diǎn)，在簡(jiǎn)單的溫度采集電路中經(jīng)常適用。它有很多的優(yōu)點(diǎn)，不僅反應(yīng)靈敏，而且在工作時(shí)適應(yīng)的環(huán)境溫度范圍大，除此之外，體積小還是它被

27、廣泛應(yīng)用的一大原因之一。在簡(jiǎn)單的溫控電路中它因?yàn)榉€(wěn)定性好、承受電信號(hào)的能力較強(qiáng)還有以上敘述的特點(diǎn)讓它的應(yīng)用的到了非常廣的領(lǐng)域。元件的一致性差，互換性差；元件易老化，穩(wěn)定性較差。他的優(yōu)點(diǎn)有很多，但是缺點(diǎn)同樣存在，就是它只能適應(yīng)比較簡(jiǎn)單的電路，如果環(huán)境溫度超過150或者低于0度時(shí)，大部分的熱敏電阻的工作會(huì)收到嚴(yán)重影響，但是還是有一些特殊高溫?zé)崦綦娮柽m合在溫度偏差較大的地方應(yīng)用，但是，其成本增加。 方案二：采用溫度傳感器AD590。我們大多時(shí)候會(huì)在測(cè)量熱力學(xué)還有攝氏溫度，兩點(diǎn)、多點(diǎn)溫差還有器平均值的實(shí)際電路中可以看到有AD590的存在。主，在現(xiàn)代的控制領(lǐng)域里應(yīng)用非常的廣。因?yàn)锳D590精度高、價(jià)錢低

28、、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。其測(cè)溫范圍為- 55+150；它是不容易因?yàn)椴僮魇д`造成反接之后而毀壞，雖然它的正常電源電壓范圍為430 V，但是它實(shí)際上是可以承受44 V正向電壓同時(shí)也可以承受和20 V的反向電壓；他的精密度非常高，一般在- 55+-150范圍內(nèi)，并且非線性誤差只為±0.3。 綜上所述分析選擇用方案二，有溫度傳感器AD590做采樣溫度部分。2.1.3 顯示模塊 方案一：選擇用三個(gè)LED八段數(shù)碼管來作為顯示模塊，讓他們?nèi)齻€(gè)數(shù)碼管分別顯示溫度的十位、個(gè)位、還有小數(shù)點(diǎn)位。數(shù)碼管的一些特性我們都比較了解，因?yàn)槲覀兘?jīng)常在實(shí)驗(yàn)中用到它，防水、防塵、耐壓、耐

29、破裂這幾個(gè)特點(diǎn)讓它在不同的環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。除此之外他還有耐高低溫、耐燃、超強(qiáng)抗沖擊老化等特點(diǎn)；工作環(huán)境：-40度-+75度；但其動(dòng)態(tài)顯示組要驅(qū)動(dòng)電路支持而且電路較為復(fù)雜。 方案二：采用12864液晶顯示屏；其內(nèi)部?jī)?chǔ)存顯示字庫(kù)，其主要特點(diǎn)是：低功耗，體積小、顯示效果好、抗干擾能力強(qiáng)，編程容易。更有多種擴(kuò)展共能，例如：光標(biāo)顯示、睡眠模式、增加可讀性。分析之后我們決定選用12864液晶顯示器做顯示部分。2.2 總體設(shè)計(jì)概述根據(jù)我們上面的分析，還有電路的性質(zhì)以及控制目的，確定下面的方案：本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，擴(kuò)展外圍控制電路，檢測(cè)變送電路，按鍵電路，顯示電路，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，電源電路

30、，報(bào)警電路；本系統(tǒng)的整體運(yùn)行過程為：通過按鍵電路設(shè)定理想水溫范圍，實(shí)時(shí)水溫通過檢測(cè)變送電路模檢測(cè)，并將檢測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后放大電信號(hào)并將模擬量同過A/D轉(zhuǎn)換為單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字量發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，并通過顯示電路將實(shí)時(shí)溫度顯示出來，如果實(shí)時(shí)溫度大于設(shè)定的最高溫度或者低于設(shè)定的最低溫度一定時(shí)間，單片機(jī)將觸發(fā)報(bào)警電路對(duì)過溫或者低溫進(jìn)行警報(bào)，同時(shí)觸發(fā)控制電路對(duì)水溫的控制做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保水溫出在理想的溫度值，滿足需求第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1硬件總體結(jié)構(gòu) 硬件電路主要分為電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、按鍵電路、LCD顯示電路和溫度采集電路六部分。選擇集

31、成的單片機(jī)成為主要的控制器，在系統(tǒng)中溫度靠溫度傳感器獲得并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號(hào)為單片機(jī)能夠讀懂的數(shù)字信號(hào)，然后通過單片機(jī)內(nèi)部的程序來將各種信息處理并輸出指令信號(hào)通過顯示和控制電路變現(xiàn)出來。使用按鍵改變?cè)O(shè)置溫度。從而實(shí)現(xiàn)溫控功能。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：按鍵模塊電源模塊單片機(jī)LCD顯示模塊復(fù)位電路時(shí)鐘電路溫度采集模塊圖3-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)3.2 單片機(jī)控制部分單片機(jī)通俗來講就是一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)，試想一下一個(gè)計(jì)算機(jī)的功能全部濃縮在一個(gè)小小的芯片上，充分解釋了什么叫濃縮的是精華。因此在很多控制領(lǐng)域中我們用到的最廣泛的芯片就是單片機(jī)，單片機(jī)雖然體積小、但是其功能卻十分驚人，其高

32、可靠性、高性能的特點(diǎn)一直是人們熱衷于單片機(jī)開發(fā)的主要原因。功能全但是造價(jià)并不高，而且在能耗方面也有出色的表現(xiàn)。在系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)，可以是系統(tǒng)快速的檢測(cè)到大量的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過飛速的運(yùn)算處理和邏輯分析之后，可以做出快速的、實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。發(fā)展到現(xiàn)代社會(huì)，工業(yè)中我們應(yīng)用的主流單片機(jī)還是以8位機(jī)為主，但其16位、32位的同胞兄弟正在以極快的速度崛起中。而本次磁懸浮小球控制系統(tǒng)，其需要處理的數(shù)據(jù)量并不是太大，所以考慮到系統(tǒng)的運(yùn)算性能和成本問題，本次設(shè)計(jì)選用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51型號(hào)的單片機(jī)。圖3-2為本次設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的單片機(jī)的最小系統(tǒng)。圖3-2 51單片機(jī)最小系統(tǒng)由圖可以看出，此單片機(jī)一共

33、有40個(gè)管腳，其中可以用做輸入輸出的管腳是P0口、P1口、P2口、P3口，除此只外P0口還可以用作地址、數(shù)據(jù)總線，而P3口也有自己的第二功能，P3.0-P3.1用作第二功能的時(shí)候，每個(gè)管腳都需要單獨(dú)定義。需要注意的是要是用P0口的輸入輸出功能的時(shí)候一定要在外面接上拉電阻。X1、X2管腳用于接外接晶振，為單片機(jī)提供脈沖信號(hào)。ALE管腳用于選擇地址的鎖存信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)為下降沿的時(shí)候，此管腳輸出工作信號(hào)。RESET管腳外接復(fù)位電路，用于單片機(jī)的復(fù)位操作。PSEN管腳用于單片機(jī)是否在外部的儲(chǔ)存器提取指令，在低電平到達(dá)的時(shí)候，單片機(jī)才會(huì)從外部的儲(chǔ)存器提取所用的指令信號(hào)。EA管腳負(fù)責(zé)管理單片機(jī)的內(nèi)外程序

34、存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平的時(shí)候，單片機(jī)可以反問片內(nèi)的ROM存儲(chǔ)器；反之則訪問片外的。本次設(shè)計(jì)中也只是應(yīng)用了PO口作為輸入功能，與其相連的是ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。而輸出口則是應(yīng)用的P2口，用于輸出產(chǎn)生的PWM波。由此可以看出，本次設(shè)計(jì)并沒有將單片機(jī)的全部引腳充分利用，但現(xiàn)在也可以滿足此次的設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)總控制器的時(shí)候我也有考慮過使用其他的控制芯片，甚至也考慮過比51單片機(jī)功能更強(qiáng)大的種類。但是介于所學(xué)到的知識(shí)和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能分析，并最終決定整個(gè)控制系統(tǒng)的核心采用51單片機(jī)。單片機(jī)正因?yàn)槠涠喙δ艿墓苣_、較小的身軀、強(qiáng)大的功能、出色的運(yùn)算速度等，確定了其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，生活中我們的各種家電、

35、各種智能設(shè)備，工業(yè)中所應(yīng)用的生產(chǎn)流水線，高端智能儀器等等。單片機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為了我們社會(huì)進(jìn)步的不可缺少的重要工具。3.2.1復(fù)位電路 復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，只有在復(fù)位電路的可靠運(yùn)行下系統(tǒng)才能可靠的運(yùn)行。復(fù)位電路在單片機(jī)中的形式的只能就是使單片機(jī)重置至初始狀態(tài)，并從這個(gè)工作店開始工作。我們可以通過很多種方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路，由于功能的不同我們可將其分為兩大類：一種是電源復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。電源復(fù)位就是說通過給電源直接給單片機(jī)通電的方法來達(dá)到復(fù)位的目的；而按鍵復(fù)位就是在系統(tǒng)的復(fù)位電路中裝上復(fù)位開關(guān)，通過按鍵開關(guān)的通斷來觸發(fā)復(fù)位電平信號(hào)，通過上述對(duì)比，我們選用電源復(fù)位，

36、電路設(shè)計(jì)如圖3-3所示： 圖3-3 單片機(jī)復(fù)位電路3.2.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘是單片機(jī)內(nèi)部電路工作的基礎(chǔ)，也是CPU工作時(shí)序的時(shí)間基準(zhǔn)。時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)穩(wěn)定工作需要的時(shí)鐘信號(hào)。振蕩器是單片機(jī)工作所需的必要部分。它是由單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器構(gòu)成的。振蕩器有輸入和輸出段兩個(gè)端口，它的輸入端接單片機(jī)內(nèi)部的其輸入端接至單片機(jī)內(nèi)部的XTAL1引腳，輸出端接單片機(jī)的外部的XTAL2引腳。通過在兩個(gè)端口的兩端介入一個(gè)合適的晶振還有兩個(gè)電容就組成了一個(gè)可以單片機(jī)運(yùn)行所需的自激式振蕩電路。電容C1、C2的作用是穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振，容量的選擇范圍為530PF,通常選擇30pF。振蕩頻率的選擇范圍為

37、1.212MHz，本設(shè)計(jì)選擇12MHZ，時(shí)鐘周期為(1/12)s。如圖3所示是單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩電路。單片機(jī)所需的時(shí)鐘脈沖信號(hào)是需要將時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖通過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后產(chǎn)生的脈沖。單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：圖3-4 片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路3.2.3 P0口上拉電阻電路STC89C51 單片機(jī)P0口里面沒有上拉電阻，通過對(duì)單片機(jī)內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的控制來實(shí)現(xiàn)端口的輸出。假如不設(shè)上拉電阻，單片機(jī)無(wú)法在端口得到高電平，即使單片機(jī)通過鎖存器結(jié)合單片機(jī)輸出的1使場(chǎng)效應(yīng)管截止。所以P0口必需加上拉電阻。如圖下3-5。 圖3-5 P0口上拉電阻電路3.3溫度采集部分溫度采樣部分由型號(hào)為A

38、D590的溫度傳感器以及號(hào)為OP-07運(yùn)算放大器型還有型號(hào)為ADC0804的A/D轉(zhuǎn)換器這三個(gè)重要部分構(gòu)成，它的電路設(shè)計(jì)圖如下3-1所示：3.3.1 AD590性能描述AD590是一個(gè)單片的感溫電流源，它的輸出電流和感知溫度成一定的比例，它是美國(guó)ANALOG DEVICES公司設(shè)計(jì)的。它能夠起到高阻抗和恒流調(diào)節(jié)器的工作作用，但前提條件是電源的電壓必須是在4 V-30 V之內(nèi)。調(diào)節(jié)系數(shù)是1 µA/K。它能夠在溫度為25°C時(shí)輸出298.2 µA電流，它還能通過片內(nèi)薄膜電阻與激光作用來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)器件的功能。AD590的應(yīng)用范圍比較廣，就現(xiàn)在而言傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的所有溫

39、度檢測(cè)都在他的應(yīng)用范圍之內(nèi)。但是它的適用溫度是在150°C以下。它也是在許多的溫度測(cè)量系統(tǒng)中人們比較青睞的備用方案，因?yàn)樗且粋€(gè)成本低并且不需要支持電路的單芯片集成電路。AD590在應(yīng)用時(shí)，不需要線性化電路以及電壓放大器還有電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測(cè)量外，它能夠進(jìn)行對(duì)分立器件的溫度補(bǔ)償和校正等。AD590能夠以裸片的形式在工作中被應(yīng)用，但前提天驕就是它必須在受保護(hù)的環(huán)境中。除此之外，它的一些特點(diǎn)決定著它很適合遠(yuǎn)程的檢測(cè)應(yīng)用。 它能夠輸出高阻抗電流，并且對(duì)有些壓降不敏感例如長(zhǎng)線上的。即使有接收電路之間的距離達(dá)到數(shù)百英尺都可以，不管什么雙絞線都適用只要絕緣良好。就是這樣的輸出特點(diǎn)讓

40、它容易完成多路復(fù)用：輸送出來的電流可以穿過一個(gè)多路復(fù)用器或者電源電壓通過邏輯輸出切換。-50-+150是他的基本測(cè)量范圍，測(cè)量誤差是±0.3，它的誤差是可以達(dá)到±0.01，前提條件是：5-10V的范圍是電源電壓的值，穩(wěn)定度在1時(shí)。它是電流型傳感器，它的電流會(huì)隨著溫度的變化而變化，如果溫度變化1電流就變化1uA，在溫度是35電流輸出是308.2uA，如果溫度在95時(shí)，輸出電流是368.2u。3.3.2運(yùn)算放大器OP-07性能描述Op07芯片是一個(gè)運(yùn)算放大器集成電路，他的特點(diǎn)是噪聲低、雙電源供電。由于OP07在很多的實(shí)際應(yīng)用中不用單獨(dú)的進(jìn)行調(diào)零，原因是它的輸入失調(diào)電壓非常小，最

41、大時(shí)僅為25V。除此之外還有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點(diǎn)。因?yàn)檫@么多優(yōu)越的特點(diǎn)，使得它更適合應(yīng)用在放大微弱的傳感器信號(hào)的應(yīng)用中。3.3.3 ADC0804性能描述 集成A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同可分為很多種，我們?cè)谶x用時(shí)也通過考察各方面的因素滯后再選取適合的集成芯片。一般ADC0804這種類型的A/D轉(zhuǎn)換器在實(shí)際中應(yīng)用的比較多，它是逐次比較型的。ADC0804是一個(gè)8位并且單通道的轉(zhuǎn)換器。它有很多的特點(diǎn)，分別是：模數(shù)變化的時(shí)間一般為100us；容易與TTL或CMOS接口接入；不僅能夠?qū)崿F(xiàn)差分電壓輸入，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)參考電壓輸入的功能。它的內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘發(fā)生器；它不需要調(diào)零操作，

42、并且輸出的電壓范圍是零到5V，當(dāng)一個(gè)電源工作的時(shí)候。ADC0804設(shè)計(jì)的比較早，所以應(yīng)用范圍也比較廣泛。（1）芯片參數(shù)如下：工作電壓：+5V，即VCC=+5V；模擬轉(zhuǎn)換電壓范圍：0+5V，即0Vin+5V；分辨率是1/256，它的轉(zhuǎn)化值是在0255之間；轉(zhuǎn)化時(shí)間：100us；轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB；參考電壓：2.5V；（2）.各個(gè)引腳名稱及作用：Vin（+）和Vin（-）管腳：模擬信號(hào)的接入端口，單極性以及雙極性還有差模輸入信號(hào)都可以被識(shí)別。DB0-DB7的管腳：是一個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出段，它輸出的是八位的二進(jìn)制三態(tài)特性數(shù)字信號(hào)。CLKIN管腳：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。CLKR管腳:外部連接電阻端口

43、，它和內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器相連以及CLK端配合可以讓芯片內(nèi)部的時(shí)鐘脈沖發(fā)出信號(hào)，脈沖的頻率可以通過公式：fck=1/(1.1RC）計(jì)算得到。CS管腳：是一個(gè)信號(hào)輸入端，它的特點(diǎn)是在低電平觸發(fā)。WR管腳：是寫的電平輸入端，它通過低電平來開啟AD轉(zhuǎn)換過程。RD管腳： 是讀的電平輸入端。INTR管腳：中斷端口，當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換完成后，它的端口輸出低電平，并且表示這次轉(zhuǎn)換結(jié)束。VREF/2：參考電平輸入。VCC：芯片電源5V輸入。AGND:模擬電源地線。DGND:數(shù)字電源地線。（3）ADC0804典型接法ADC0804是一個(gè)逐次逼近式特點(diǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度非?？?，而且分辨率也不低，最重要的是價(jià)

44、格低，因?yàn)檫@些絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)，他們被廣泛應(yīng)用。ADC0804型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器的原理通過幾個(gè)步驟來說明，不走如下：這是通過二分法的尋求方法來尋找結(jié)果，幾位的A/D轉(zhuǎn)換器就要對(duì)應(yīng)幾次尋找，這樣才能完成轉(zhuǎn)換的過程，在轉(zhuǎn)換過程中輸入值就代表這模擬輸入電壓。如圖3-6所示：圖3-6溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路（4）電路原理及參數(shù)計(jì)算    在我們?cè)O(shè)計(jì)的溫度采樣電路中，我們選擇溫度傳感器AD590作為溫度傳感器，因?yàn)锳D590是電流型的，所以我們選用OP-07將溫度傳感器采集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后通過ADC0804型A/D轉(zhuǎn)換器來講采集轉(zhuǎn)化后的溫度模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的形式傳

45、送給單片機(jī)，有單片機(jī)對(duì)數(shù)字量進(jìn)行相應(yīng)的處理。12V輸入?yún)⒖茧妷?，由一個(gè)運(yùn)算放大器，如果虛擬電路表明，運(yùn)算放大器OP-07反向輸入端（2）腳電壓為零伏。如果輸入電壓為零伏時(shí) ，輸出電壓是=12V，OP-07的2腳處為A點(diǎn)，為AD590的轉(zhuǎn)換電流。列出A點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)方程如下: （1） 由于系統(tǒng)控制水溫范圍是在25-50之間,在輸出電壓為零時(shí)AD590的輸出電流則為246.56uA,那么為了讓Ui的電位為零就得使電流等于246.56uA, 輸出電壓為12v所以由方程(1)得  12V/246.56uA =48.67k (2)由(2)取電阻R1=47k , 

46、;R2=5k的電位器，ADC0804的輸入電壓范圍在05v之間，本設(shè)計(jì)為了達(dá)到更精確的測(cè)量目的就使水溫達(dá)到50時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為5伏。此時(shí)列出A點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)方程如下：     （3）如果水溫達(dá)到50，那么溫度傳感器的輸出電流就是368.2uA，由方程式（3）得：+=63.43k于是選擇=75k ,  =10k的電位器。3.4 按鍵電路和報(bào)警部分設(shè)定中的按鍵有三個(gè)，分別是S1，S2和S3，S1是復(fù)位鍵，S2是溫度加按鍵,S3是溫度減按鍵。適用這三個(gè)按鍵，來設(shè)定理想溫度，通過溫度加減按鍵來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度設(shè)定溫度的調(diào)整。如圖3-7所示。圖3-7 按鍵

47、電路 報(bào)警電路：聲光報(bào)警裝置是一種應(yīng)用在危險(xiǎn)的場(chǎng)所，通過光和聲音來發(fā)出示警信號(hào)的一種報(bào)警裝置。防暴聲光報(bào)警裝置適用在含有C級(jí)T6溫度的組別的爆炸性氣體的環(huán)境，還可以在化工、石油等行業(yè)有防爆要求的防爆場(chǎng)所里使用，同樣還可以在室外使用。防暴的產(chǎn)品需要符合GB3836系列標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)過國(guó)家指定的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)鑒定，并且取得防暴的資格證。報(bào)警器的外殼為全不銹鋼，燈的抗沖擊能力好，超強(qiáng)的蜂鳴器，可視度高的LED發(fā)光管，而且具有功耗低，不受污染物和水的影響，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)報(bào)警電路如下圖所示，由LED指示燈和蜂鳴器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)指示系統(tǒng)工作狀態(tài)有些危險(xiǎn)。這個(gè)電路的設(shè)計(jì)使用了一個(gè)小功率的三極管做驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，如

48、果單片機(jī)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，P1.7就會(huì)輸出高電平脈沖，使三極管的大于三極管的導(dǎo)通電壓，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音，我們救護(hù)發(fā)覺危險(xiǎn)，并做相應(yīng)處理。同時(shí)單片機(jī)P1.4、P1.5會(huì)發(fā)出低電平脈沖，是LED燈導(dǎo)通，指示燈D1、D2亮，提醒我們有危險(xiǎn)，電路如圖3-8所示：圖3-8 報(bào)警電路3.5 LCD1602顯示電路 LCD1602是一個(gè)在目前為止應(yīng)用比較普遍的顯示器，它的腳管接口有16個(gè)，一般有14個(gè)教官的是字符型的，但是也有16個(gè)教官的字符型的，多的那兩個(gè)一般就是電源和地引腳了，雖然多了兩個(gè)引腳但是原理還是一樣。液晶屏幕的對(duì)比度是可以調(diào)整的，我們通過連接一個(gè)10K的點(diǎn)位器在第3引腳上來實(shí)現(xiàn)

49、這一功能。其內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器為HD44100和HD44780分別在顯示器內(nèi)部起到驅(qū)動(dòng)和控制作用。我們?cè)谶m用的過程中可以設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件還有搭配上4條數(shù)據(jù)連接線來實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶顯示器的控制作用。在我們的這個(gè)設(shè)計(jì)中顯示器的主要作用是顯示我們?cè)O(shè)定的溫度值還有測(cè)量的實(shí)時(shí)溫度值。如圖3-9所示。圖3-9 LCD1602顯示電路3.6 電源電路單片機(jī)系統(tǒng)需要5V電壓來支持運(yùn)行，但是我們的主要電源是220V的交流電，所以我們就需要通過一定的降壓和蒸餾電路來將220V的交流電轉(zhuǎn)變成我們單片機(jī)所需要的5V電壓。如圖3-10所示，我們通過變壓器把電壓從220V轉(zhuǎn)化成24V，然后通過橋式整流電路把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，再通過芯

50、片7805把24V的直流電轉(zhuǎn)變成5V的電壓。 圖3-10 電源電路3.7 溫度控制電路此部分電路主要由繼電器控制。兩個(gè)繼電器分開控制兩個(gè)不同的系統(tǒng)，一個(gè)控制溫度加熱系統(tǒng)，一個(gè)控制系統(tǒng)的降溫系統(tǒng)。繼電器的兩輸出端220V的交流電，通過控制繼電器的閉合來控制電熱絲是否加熱；加熱系統(tǒng)中，我們通過對(duì)繼電器的控制讓加熱電路的通斷來實(shí)現(xiàn)加熱功能，降溫系統(tǒng)中，我們同樣通過對(duì)繼電器的控制來讓降溫系統(tǒng)中的主路開關(guān)的關(guān)閉和斷開來實(shí)現(xiàn)降溫的目的。為了保護(hù)繼電器，我們?cè)诶^電器的輸入端加上一個(gè)反向的二極管。控制部分電路圖如圖3-11所示：圖3-11 繼電器控制電路第4章、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)綜述當(dāng)我們完成硬件設(shè)

51、計(jì)后就得開始寫程序，做軟件部分，在這之前我們得理解溫度控制系統(tǒng)是如何工作的以及它的工作步驟。開始時(shí)加熱裝置是處于不工作的作態(tài)。第一個(gè)任務(wù)是先設(shè)置溫度值，這時(shí)設(shè)置的溫度就會(huì)顯示在數(shù)碼管上，溫度設(shè)定好后，單片機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度是否啟動(dòng)加熱器。這時(shí)溫度收集模塊不斷將實(shí)時(shí)溫度送到單片機(jī)內(nèi)并實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)環(huán)境溫度高于溫度上限時(shí)，單片機(jī)及時(shí)發(fā)出信號(hào)使加熱器停止工作。當(dāng)環(huán)境溫度低于溫度下限時(shí)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使加熱器繼續(xù)工作加熱，使環(huán)境溫度提升起來。要使溫度會(huì)維持在我們理想的范疇內(nèi)，只有通過如此的無(wú)限反復(fù)工作。根據(jù)不同的工業(yè)環(huán)境，我們隨時(shí)都可以改變?cè)O(shè)定溫度值，只需按下復(fù)位鍵，就可以重復(fù)以上步驟。按照上述的這些軟件理解，我覺得本次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該分兩個(gè)步驟：第一，接通電源，使加熱設(shè)備開始工作，加熱恒溫箱的溫度，我們可以手動(dòng)在鍵盤上輸入溫度初值，并通過數(shù)碼管顯示出來，以此來編寫程序。第二，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，并根據(jù)單片機(jī)的調(diào)節(jié)是溫度恒定。此時(shí)鍵盤不發(fā)揮作用。所以，要想做完此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)，可以分以下幾個(gè)程序模塊：溫度收集模塊、按鍵輸入模塊、顯示模塊、控制模塊、溫度報(bào)警模塊、繼電器控制程序設(shè)計(jì)。4.2