基于AT89C2051单片机的温度控制系统的设计

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摘 要 ：温度控制在工业生产中运用的非常广泛，其控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰。采用一般的控制方法如PID控制，都不能很好地满足要求。而基于AT89C2051单片机的温度控制策略可以很容易的解决这些问题。
以AT89C2051单片机为基础，结合温度传感变送器、A/D转换器、LED显示器、固态继电器等，组成一个基于AT89C2051单片机的温度控制系统。
在此系统中，温度传感变送器获得温度的感应电压，转变成1~5V的标准电压信号，再由A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部。单片机将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间，达到控制的目的。

关键词：温度控制；单片机；测量变送

The Temperature control systemic design based on AT89C2051 MCU
Abstract: Temperature control is used widely in industry production, with large lag and big disturb. Tradition control method for example PID control method can’t meet the request. AT89C2051 MCU can easily meet these requests.
Using the AT89C2051 single chip computer as the Fuzzy controller, with temperature measure and adjust-convection instrument, A/D transformer, LED displayer, solid switch and so on, form a Temperature control systemic based on AT89C2051 MCU.

In such system, temperature measure and adjust-convection instrument measures the temperature and changed into normative 1~5 voltage signals, the A/D transformer transform the analog signals into digital signals, and introduce into the single chip computer. And the single chip computer educes the control value which based on the difference between the initialization and the measure value. Solid switch with high frequencies used as a executor and use a analog PWM converter, to change the close time in a decided periods, which aimed at control the temperature.

Keywords: Temperature control, Single chip microcomputer, measure and adjust-convection



目 录
第一章 绪论………………………………………………………………………………………1
1.1 设计指标 …………………………………………………………………………………1
1.2 本文的工作 ………………………………………………………………………………1
第二章 设计思想 …………………………………………………………………………………3

2.1 设计思想 …………………………………………………………………………………3
2.1 论证分析 …………………………………………………………………………………3
第三章 系统设计 …………………………………………………………………………………5
3.1硬件设计…………………………………………………………………………………………5
3.1.1 电源电路 …………………………………………………………………………………5
3.1.2 温度检测与变送环节 ………………………………………………………………5
3.1.3 模数转换接口电路 …………………………………………………………………8
　　　3.1.4 单片机最小系统………………………………………………………… …………9
　　 3.1.5 片外数据辅助存储器………………………………………………………………10
3.1.6人机交互接口……………………………………… ………………………………11
　　　3.1.7 执行机构 …………………………………………………………………………14
　　3.2软件设计…………………………………………………………………………………15
3.2.1主程序…………………………………………………………………………… …15

　3.2.2 串行A/D转换芯片的驱动和其输出值的量化……………………………………17
　3.2.3片外I2C E2PROM 驱动和空间分布…………………………………………………20
　3.2.4温度及设定职的显示子程序………………………………………………………20 [来源：http://think58.com]
　3.2.5键盘管理子程序……………………………………………………………………23
　3.2.6定时中断应答子程序………………………………………………………………27
　3.2.7 模糊运算子程序 …………………………………………………………………30
3.3 抗干扰设计与软件调试…………………………………………………………………35
　3.3.1 硬件抗干扰…………………………………………………………………………35

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　3.3.2 软件抗干扰设计……………………………………………………………………36
　3.3.3 软件调试……………………………………………………………………………36
第四章 程序清单……………………………………………………………………………… 40
第五章 总 结……………………………………………………………………………………68

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致 谢…………………………………………………………………………………… ……69

参考文献 …………………………………………………………………………………………70
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第一章 绪 论
温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。
现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。
温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位，如在钢铁冶炼过程中要对出炉的钢铁进行热处理，才能达到性能指标，塑料的定型过程中也要保持一定的温度。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与自适应能力的要求越来越高，被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等，使难以按数学方法建立被控对象的精确模型的情况。 [资料来源：http://think58.com]
随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在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，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。
1.1 设计指标
设计一个温度控制系统具体化技术指标如下。
1. 被控对象可以是电炉或燃烧炉，温度控制在0~100℃，误差为±0.5℃；
2. 恒温控制；
3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度；
1.2 本文的工作
详细分析课题任务，设计了电源电路，键盘电路，单片机系统，显示电路，执行器电路，报警电路，复位电路，时钟电路，A/D转换电路等系统。然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并进行访真调试。
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