基于單片機(jī)應(yīng)用的溫度控制器設(shè)計(jì)答辯課件

1、基于單片機(jī)應(yīng)用的溫度控制器指導(dǎo)老師：顧振飛答辯人：王凱翔專(zhuān)業(yè)班級(jí)：11014P南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院目錄概述 溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)束語(yǔ)致謝概述隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視溫度對(duì)產(chǎn)品的影響，許多產(chǎn)品對(duì)溫度范圍要求嚴(yán)格，目前市場(chǎng)上普遍存在的問(wèn)題有溫度信息傳遞不及時(shí)、精度不夠的缺點(diǎn)，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定。在這樣的形式下，開(kāi)發(fā)一種實(shí)時(shí)性高、精度高的溫度采集系統(tǒng)就很有必要。本文敘述了用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器，用NTC熱敏電阻制作的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，該方案根據(jù)熱敏電阻隨溫度變化而變化的特性，采用串聯(lián)分壓電路單片機(jī)采集熱

2、敏電阻的電壓，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將模擬量電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量電壓信號(hào)，同時(shí)用PID算法計(jì)算出PWM占空比來(lái)控制加熱時(shí)間。經(jīng)過(guò)查表轉(zhuǎn)換得到溫度值，控制數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度值并用LED燈報(bào)警。溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 如上圖所示將采集的溫度T轉(zhuǎn)換為Rt,根據(jù)電路圖進(jìn)行分壓得到電壓信號(hào)U，此時(shí)通過(guò)AD采集轉(zhuǎn)換輸送到MCU單片機(jī)，再進(jìn)行反饋回去通過(guò)對(duì)半查表法得到溫度T，在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示溫度值。本次實(shí)驗(yàn)的被測(cè)溫度原件為NTC熱敏電阻，我們知道熱敏電阻是隨著溫度變化電阻從而變化的，所以我們只需要對(duì)電阻進(jìn)行檢測(cè)就能反映出溫度變化了。由于單片機(jī)不能直接識(shí)別非電量，所以又要將電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)才能被AD轉(zhuǎn)換器采集,采集

3、的信號(hào)就能發(fā)送給單片機(jī)處理了。通過(guò)用PID算法，PWM（脈沖寬度控制）和對(duì)半查表法就能實(shí)現(xiàn)溫度的控制及上下限報(bào)警，并將溫度值顯示在數(shù)碼管上。下圖為溫度控制模塊。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)由STC12C5A60S2單片機(jī)及其時(shí)鐘和復(fù)位電路組成，是整個(gè)控制部分的核心。該單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍，提供Flash程序存儲(chǔ)器60kByte，1kByte的EEPROM，片上集成1280Byte RAM。工作電壓3.5-5.5V，內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，擁有4個(gè)定時(shí)器，2個(gè)串口，2路PWM，8路高速10

4、位A/D轉(zhuǎn)換，ISP/IAP，內(nèi)置看門(mén)狗電路，外部掉電檢測(cè)電路等。STC12C5A60S2的最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，復(fù)位電路有上電復(fù)位、按鍵復(fù)位、看門(mén)狗等復(fù)位方式，本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位方式。在單片機(jī)的X1、X2引腳之間加上11.0592MHZ的晶振，并通過(guò)20pF左右的電容接地為單片機(jī)提供工作時(shí)鐘。其最小系統(tǒng)如圖下圖所示。STC12C5A60S2單片機(jī)顯示電路采用的是SM42036顯示器，該顯示器顯示的內(nèi)容主要是溫度設(shè)定值和測(cè)量值，并設(shè)計(jì)為7個(gè)界面的顯示，界面切換由按鍵完成。顯示電路圖如下圖所示。顯示模塊由于條件所限，該設(shè)計(jì)沒(méi)有用到蜂鳴器，而是改為了方便簡(jiǎn)單的LED燈報(bào)警，當(dāng)溫度超過(guò)或低

5、于設(shè)定溫度值時(shí)，燈就會(huì)亮從而在視覺(jué)上報(bào)警。報(bào)警電路圖如下圖所示。報(bào)警模塊下圖為硬件實(shí)物圖數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)熱敏電阻傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，又經(jīng)過(guò)放大濾波電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)供單片機(jī)采集。STC12C5A60S2單片機(jī)有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換口在P1口，速度可達(dá)到250KHz，屬于逐次比較型ADC。逐次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過(guò)逐次比較邏輯，從最高位開(kāi)始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖5.2所示。PWM算法的實(shí)現(xiàn)在固定周期的脈寬調(diào)制中，設(shè)

6、一個(gè)周期的時(shí)間為一秒，將一個(gè)周期平分成一百份。每一份為10個(gè)毫秒，在一個(gè)周期內(nèi)的份數(shù)由一個(gè)變量P控制，而每一份的時(shí)間用一個(gè)定時(shí)器來(lái)控制，當(dāng)每次中斷來(lái)時(shí)P加1，當(dāng)P到一百十把P賦值成0，開(kāi)始下一個(gè)周期。而在溫度控制程序中，另外設(shè)定一個(gè)變量M,每次M也加一，M到一百十也賦值為零，并且每次M和P進(jìn)行比較，當(dāng)MP時(shí)便可以讓溫度元件開(kāi)始工作，于是開(kāi)始控溫。要實(shí)現(xiàn)溫度突變時(shí)改變超調(diào)量，可以將溫度和設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)溫度差值大于某個(gè)范圍時(shí)，可以改變P的初值，這樣就可以進(jìn)行迅速加熱，達(dá)到快熟調(diào)節(jié)溫度。當(dāng)溫度和設(shè)定值接近時(shí)可以將P的值減小，從而緩慢加熱。數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)LED顯示主要包括數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)的顯示

7、，根據(jù)MODE鍵和ENT鍵的選擇隨即顯示不同的畫(huà)面。在顯示實(shí)時(shí)測(cè)量值畫(huà)面時(shí)，液晶顯示有7個(gè)畫(huà)面，顯示內(nèi)容概括如下：畫(huà)面0：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值；畫(huà)面1：對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；畫(huà)面2：P參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；畫(huà)面3：對(duì)I參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；畫(huà)面4：對(duì)D參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；畫(huà)面5：對(duì)溫度下限設(shè)置；畫(huà)面6：對(duì)溫度上限設(shè)置。按鍵程序設(shè)計(jì)4個(gè)按鍵操作主要在定時(shí)器0中斷中完成。進(jìn)入按鍵掃描程序，如果有鍵按下就先延時(shí)去抖動(dòng)確定有鍵按下，再判斷是哪個(gè)鍵按下。每個(gè)按鍵具體作用如下：在畫(huà)面1中，MODE鍵功能是對(duì)下一畫(huà)面進(jìn)行切換；在畫(huà)面2中，ENT鍵為顯示當(dāng)前值功能，UP鍵為數(shù)字加功能，DN起數(shù)字減功能；在畫(huà)面3,4,5,6中，同畫(huà)面2功能相同。報(bào)警程序設(shè)計(jì)當(dāng)溫度小于35度或大于55度 P37指示燈亮，提示報(bào)警，當(dāng)然溫度上下限報(bào)警值是可以調(diào)節(jié)的致謝本次設(shè)計(jì)與我們接觸最多的就是顧振飛老師，所以我最想感謝的就是他，他給我們指導(dǎo)了很多知識(shí)，就是這些知識(shí)讓我在設(shè)計(jì)中少走了很多彎路，還有在硬