温度控制系统设计单片机毕业设计 38

摘  要 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。但是随着现代工业水平的提高，温度控制的对象日益复杂化，越来越多呈现出非线性、时变等特点，很难甚至无法对其建立精确的数学模型。采用以往的线性模型等经典控制方法往往很难达到理想的控制效果。而模糊控制理论作为现代智能控制的的分支之一，且具有不依赖对象的数学模型，鲁棒性强，算法容易实现，并可以利用人的经验知识等传统控制方法不具有的优点，所以本系统将采用模糊PID控制理论作为温度控制的重要方案。 单片机作为优秀的低端控制器的优良特性已经是深入人心，本设计采用高性能处理器AT89C51作为控制核心，利用温度传感器18B20反馈的信号作为输入量，通过调节输出PWM脉冲的占空比经过驱动放大电路放大后来控制可控硅的导通脚，从而调节电热炉的电压来调节温度的目的。   关键词： AT89C51单片机，模糊PID控制，温度控制，   The temperature control system based on MCU Abstract The temperature is industrial production in one of the common technological parameters， any physical changes and chemical reaction process are closely related with temperature， so the temperature control is an important task of automated production。 But as the modern industrial level enhancement， temperature control object became more complex， more and more， time-variant shows nonlinear characteristics， is difficult if not impossible to its establishment of mathematical model。 Take past linear model and other classic control method is often very difficult to achieve the ideal control effect。 And the fuzzy control theory as the modern intelligent control of one branch， and has not dependent objects of the mathematical model， the strong robustness， algorithm easily realize， and can use the experience such traditional control method of knowledge has no advantages， so the system will use the fuzzy PID control theory as an important solution temperature control。 Single chip microcomputer as excellent excellent characteristics of low-end controller is already thorough popular feeling， this design USES the high-performance processor AT89C51 as control core， using temperature sensor 18B20 feedback signal as inputs， by regulating the PWM pulse output 390v after driving amplifying circuit amplification later control silicon-controlled conduction feet， which regulates electrothermal furnace to adjust the temperature of the purpose of the voltage。   Keywords:  AT89C51， fuzzy PID control， temperature control   目录 摘  要... 2 Abstract 3 一．概述... 5 1.1题目背景及意义... 5 1.2单片机在温度控制领域的应用... 6 1.3方案可行性论证... 6 二、系统单元电路分析设计... 7 2.1 51单片机简介及系统最小系统设计... 7 2.2温度采集模块 DS18B20设计... 14 2.3温度控制器的设计... 19 2.4显示电路设计... 29 2.5双向可控硅触发驱动... 31 三、软件设计分析... 32 3.1 系统整体模块设计... 32 3.2模糊控制算法流程图... 34 3.3 数码管显示模块... 35 3.4 温度采集模块... 36 致   谢... 38 参考文献... 39 附录一、仿真电路图... 40 附录二、部分软件代码... 41  

1.1题目背景及意义

  在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，冷却方式，控制方案也有所不同。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，而且温度对有些工艺过程的效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。

1.2单片机在温度控制领域的应用

单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。 在现代化的工业生产中，温度、电流、电压、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制是一个工业生产中经常会遇到的问题。 。

1.3方案可行性论证

本系统采用AT89C51单片机为控制系统的核心，DS18B20数字温度传感器将采样信号转换成数字信号送入51单片机作为模糊控制的输入，51单片机根据输入数据通过模糊控制算法计算出控制输出量，然后通过单片机的P2.7引脚输出PWM脉冲信号来控制双向可控硅导通与截止，从而调节加在电加热炉两端的电压来调节电热炉的加热功率，进而控制温度。若实际的温度低于设定的温度或温度超调，则增加信号的占空比，进而增加可控硅的导通时间，使电热炉的温度升高，反之亦然。当温度值大于超标值时通过报警模块给予报警指示。系统的整体框图如图1-1所示：

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