基于PID的温度控制系统设计.doc
《基于PID的温度控制系统设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PID的温度控制系统设计.doc(48页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、_ (2014届)毕业设计题目:基于PID的温度控制系统设计 学院: * 专业:电气工程及其自动化 班级: 电气*学号: * 姓名: 某某某 指导教师: 某某某 教务处制 年月日精品资料_诚 信 声 明我声明,所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺,论文中的所有内容均真实、可信。 论文作者签名: 签名日期: 年 月 日授 权 声 明 学校有权保留送论文交的原件,允许论文被查阅和借阅,学校可以公布论文的全部或部分内容,可
2、以影印、缩印或其他复制手段保存论文,学校必须严格按照授权对论文进行处理,不得超越授权对论文进行任意处置。论文作者签名: 签名日期: 年 月 日基于PID的温度控制系统设计摘 要温度是工业上最基本的参数,与人们的生活紧密相关,实时测量温度在工业生产中越来越受到重视,离不开温度测量所带来的好处,因此研究控制和测量温度具有及其重要的意义。本设计介绍了以AT89C52单片机为主控器件,基于PID的温度控制系统的设计方案和设计的基本原理。由DS18B20收集温度信号,并以数字信号的方式送给单片机进行处理,从而达到温度控制的目标。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路由主控器件、温测电路、温控电
3、路和显示电路等组成。软件设计部分包括:显示电路、温度信号处理,超温警报、继电器控制、按键处理等程序。关键词:温度检测,温度控制,PID算法Design of Temperature Control System Based on PIDAbstractTemperature is the most basic parameters of industrial and closely related with peoples lives, real-time measurement of temperature in industrial production and more attentio
4、n, which is inseparable from the benefits of the temperature measurement, temperature control and measurement study therefore has its significance.This design introduces the basic principles to AT89C52 microcontroller-based controller pieces temperature control system design and design. Collected by
5、 the DS18B20 temperature signal, and digital signal sent by way of the microcontroller for processing, so as to achieve the target temperature control. Including the design of hardware circuit design and system programs. Hardware circuit includes a master device, the temperature measuring circuit, t
6、emperature control circuit and display circuit. Software design, including: display electrical, temperature, signal processing, over-temperature alarm, relay control, key handling procedures.Keywords: temperature detection, temperature control, PID algorithm目录摘 要IIIAbstractIV1绪论11.1课题的来源11.2课题的意义11.
7、3课题研究的主要内容12硬件设计32.1单片机控制模块的设计32.1.1 AT89C52单片机简介32.1.2 单片机的引脚功能42.1.3 单片机控制模块的电路设计52.1.4 电源设计62.2温度采集模块的设计72.2.1 DS18B20芯片的简介72.2.2 DS18B20的内部结构82.2.3 DS18B20的供电方式102.2.4 DS18B20的引脚功能102.3温度控制模块的设计112.4按键及显示模块的设计122.4.1 LCD1602的参数和引脚功能122.4.2 LCD1602的特点132.4.3 按键电路的设计132.5报警模块的设计143软件设计163.1主程序的设计1
8、63.2DS18B20读温度程序的设计163.3键盘扫描程序的设计173.4报警处理程序的设计183.5PID控制算法184系统仿真22参考文献27致谢28附录29精品资料_1绪论1.1课题的来源在食品加工、化工、冶炼等工业控制和生产中,在工业生产和日常生活中经常要用到温度检测和控制。以及各种各样的加热炉、热处理器等,都对温度有着严格的要求。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的通常是电压,再转换成相应的温度值,在硬件方面是个难点,而且从设计和调试的角度来讲都是很复杂的,以及高昂的制作成本。但采用DS18B20作为温测元件,然后用单片机对温度进行控制,可以大幅度提高温度控制的技
9、术指标,而且还具有控制方便、简单、灵活等特点。单片机已经渗透到我们生活的各领域,仪表仪器、家用电器、航空航天、计算机通讯网络和数据的传输,包括工业自动化的实时控制和数据处理等,这些都离不开单片机。用单片机可构成丰富多样的数据采集系统和控制系统。像工厂流水线智能化的管理、电梯智能化的控制、多种报警系统,都可以与计算机联网构成二级控制系统等。1.2课题的意义温度传感器是测量温度的关键,现在温度传感器正由模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的方向发展。在测量温度的电路中,使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,将随被测温度变化的电压或电流采集过来,先进行A/D转换,然后用单片机进行数据的处理,再在显
10、示电路上,将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路,因此电路的设计比较复杂。继而想到可以采用智能温度传感器来设计数字温度计。本数字温度计的设计采用美国半导体公司DALLAS推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,其温度值可以直接被读出来,通过单片机AT89C52的读写和显示,然后用LCD1602来进行显示。它的测温范围为55125,最大分辨率可达0.0625。而且采用3线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。1.3课题研究的主要内容1、总体设计的内容总体设计的主要内容有:利用单片机作为系统的主控制器,利用DS18B20作为温度传感器,将信号
11、送入单片机进行处理,经过PID算法后,单片机的输出用来控制加热棒的输出功率,从而实现对温度的控制。2、总体设计的基本要求总体布置的基本要求主要有:(1)温度控制系统的总体设计和思路;(2)各部分原理说明;(3)温度控制系统硬件设计,有理论依据,有分析计算过程,主要元件有原理和说明,所有元件必须要有型号和参数;(4)温度控制系统软件设计,可以使用汇编语言或C语言编程。主要软件必须能在设计好的硬件电路上正确运行。2硬件设计硬件设计方框图如图2-1所示,它主要由五个模块组成: 单片机控制模块; 温度采集模块; 温度控制模块; 按键及显示模块; 报警模块。图2-1 硬件设计方框图2.1单片机控制模块的
12、设计方案一:采用8031芯片,其内部没有程序存储器,需要进行外部扩展,这给电路增加了复杂度。方案二:采用2051芯片,其内部有2KB单元的程序存储器,不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的I/O口,因此此芯片资源不够用。方案三:采用AT89C52单片机,其内部有4KB单元的程序存储器,不需外部扩展程序存储器,而且它的I/O口也足够本次设计的要求。方案评价:比较这三种方案,综合考虑单片机的各部分资源,本次设计选用方案三。2.1.1 AT89C52单片机简介AT89C52是ATMEL公司生产的51系列单片机。片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随
13、机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,兼容51指令系统,Flash存储单元和8位中央处理器置于片内,AT89C52单片机功能强大,在许多复杂的应用场合都可以用到。单片机是微型机的一个分支,单片机的最大特点就是在超大规模的集成电路芯片上集成了定时器、存储器、CPU、和多种输入/输出接口电路。由于单片机的这种结构,相应的它具有很多的特点。它的特点包括:(1) 可靠性高;(2) 抗干扰能力强;(3) 控制能力强;(4) 性价比高;(5) 低电压;(6) 能扩展了多种串行口。2.1.2 单片机的引脚功能AT89C52单片机的引脚图如图2-2所示。图2-2 AT89C52引脚图 电
14、源引脚VCC和VSSVCC(40引脚):电源端,+5V。VSS(20引脚):接地端。 外接晶体引脚XTAL 2和XTAL 1XTAL 2(18引脚):接微调电容和外部晶体的端口。作为振荡电路的输出端。XTAL 1(19引脚):接微调电容和外部晶体的端口。作为振荡电路的输入端。 控制信号引脚RST、ALE、PSEN、EARST(9引脚):复位信号输入端,高电平有效。完成复位操作,输入端必须为两机器周期(即为24个时钟振荡周期)的高电平。ALE/PROG(30引脚):地址锁存允许信号端。当单片机上电正常工作后,ALE引脚不断向外输出正脉冲信号,此频率为振荡器平率的1/6。输出信号作为锁存低8位地址
15、的控制信号。如果想确认单片机芯片的好坏,可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。若有脉冲信号输出,则单片机基本上是好的。PSEN(29引脚):程序存储允许输出信号端。EA(31引脚):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。 输入/输出端口P0、P1、P2和P3P0端口(P0.0P0.7,3932引脚)P1端口(P1.0P1.7)P2端口(P2.0P2.7)P3端口(P3.0P3.7)P3端口还用于一些复用功能,如表2-1所示。表2-1 P3各口线与第2功能表口线替代的第2功能P3.0RXD(串行口输入)P3.1TXD(串行口输出)P3.2INT0(外部中断0输入)P3.3INT1
16、(外部中断1输入)P3.4T0(定时器0的外部输入)P3.5T1(定时器1的外部输入)P3.6WR(片外数据存储器“写选通控制”输出)P3.7RD(片外数据存储器“读选通控制”输出)2.1.3 单片机控制模块的电路设计单片机的最小系统如图2-3所示,由单片机芯片、电源、时钟振荡电路与复位电路组成。时钟振荡电路的设计:单片机XIAL1和XIAL2分别接30pF的电容,中间再并个12MHz的晶振,形成单片机的晶振电路。电容器C1和C2可稳定频率并对振荡频率有微调作用。复位电路的设计:复位操作有按键手动复位和上电自动复位两种。本设计采用的是上电自动复位:RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平
17、有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。电容端瞬间通电,电容C通过电阻R充电,RST端为正脉冲,用以复位。只要电源VCC的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就完成了系统的复位初始化。关于参数的选定,在振荡稳定后应保证复位高电平持续时间(即正脉冲宽度)大于2个机器周期。当采用的晶体频率为6MHz时,可取C=22F,R=1k;当采用的晶体频率为12MHz时,可取C=10F,R=8.2k。图2-3 单片机的最小系统图2.1.4 电源设计220V交流电转5V直流电的电源设计如图2-4所示是由3个部分组成:变压器、桥式整流电路和三端稳压器。图2-4 5V直流电电
18、源设计图(1) 变压器:将220V交流电变成9V左右,由此可知变压器变比为220/9=25/1;(2) 桥式整流电路:经过滤波整流后,电压有效值增大为10V。如图2-5所示为桥式整流电路电压波形图;(3) 三端稳压器:一般用于直流电路的保护电路,起到降压、稳压的作用。图2-5 桥式整流电路电压波形图2.2温度采集模块的设计方案一:传统的测温元件有热电偶和热电阻。一般来说热电偶和热电阻测出的电压,再转换成相应的温度,要比较多外部硬件的支持,其缺点有:硬件电路较复杂;软件调试较复杂;制作成本较高。方案二:结合单片机电路的设计,决定使用温度传感器DS18B20,它是最新推出的一种智能型温度传感器,它
19、的优点是可以直接读出被测的温度。主要是对温度信号进行采集和转换工作,电路由DS18B20温度传感器和单片机部分组成。温度传感器DS18B20把收集到的温度送到单片机的P2.6口,单片机接受温度,然后存储下来。因为电路部分只用到了温度传感器和单片机,所以硬件方面比较简单。方案评价:方案一这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。但方案二电路比较简单,软件设计容易实现,故实际设计中拟采用方案二。2.2.1 DS18B20芯片的简介DS18B20是美国著名半导体公司推出的一种可以直接读出被测温度值的温度传感器,而且采用寄生供电方式与单片机相连,具有成本低和易使用的特点。输出信号为数字信号,方
20、便单片机控制和处理,很多外围电路因此可以减掉。且该芯片的线形较好,物理、化学性也相对稳定,在工业生产中可以用来做测量温度的元件。由于AT89C52能够带多个DSB1820,因此容易实现多点测量的目的。轻松的构建传感器网络,并且单片机可以同时进行数码显示与键盘控制,也可以通过RS232串口与上位机进行数据通讯,达到全方位立体监控的效果。采用温度芯片DS18B20测量温度,可以更方便的实现多点测温,也体现了数据数字化的好处,便于测温数据集成显示,也方便了后期对数据的处理及其记录。2.2.2 DS18B20的内部结构DS18B20芯片的内部结构如图2-6所示。DS18B20主要包括上下限触发器、储存
21、器与控制逻辑、CRC发生器电源、温度传感器、64位ROM单线借口暂存器。图2-6 DS18B20芯片的内部结构图DS18B20温度数字对应关系表如表2-2所示。表2-2 DS18B20温度数字对应关系表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111
- 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 PID 温度 控制系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。