基于单片机恒温箱温度控制系统毕业论文带pid控制Word文档下载推荐.doc

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因此本系统可以采用PID的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。

现在国内外一般采用经典的温度控制系统。

采用模拟温度传感器对加热杯的温度进行采样,通过放大电路变换为0～5V的电压信号,经过A/D转换,保存在采样值单元;

利用键盘输入设定温度,经温度标度转换转化成二进制数,保存在片内设定值单元;

然后调显示子程序,多次显示设定温度和采样温度,再把采样值与设定值进行PID运算得出控制量,用其去调节可控硅触发端的通断,实现对电阻丝加热时间的控制,以此来调节温度使其基本保持恒定。

1.3温度控制系统的设计内容

本系统从硬件和软件两方面来讲述恒温箱温度自动控制过程,在控制过程中主要应用STC89C52、LCD1602液晶显示器，而主要是通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过LCD1602显示实时温度的一种数字温度计。

软件方面采用C语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。

而系统的过程则是：

首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用LCD1602显示这个温度值.然后,在运行过程中将DS18B20采样的温度经过处理后的数字量用LCD1602进行显示，结合PID控制得出的信号传给单片机，用单片机的相应引脚来控制加热器,进行加热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热，如果温度超过了恒温设定值，用单片机控制制冷片对恒温箱进行降温，最后保证恒温箱在设定的温度下运行。

第2章总体方案设计

2.1方案一

测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

2.2方案二

考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，温度传感器的选择，采用温度芯片DS18B20测量温度，该芯片的物理化学性能很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线性较好。

在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。

该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。

本制作的最大特点之一是直接采用温度芯片对为温度进行测量，使数据传输和处理简单化，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。

比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，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。

电路设计方框图如图2-1所示，它主要由五部分组成:

控制部分主芯片采用单片机STC89C52；

显示部分采用LCD1602液晶显示；

温度设定部分采用按键设定；

温度温度采集部分采用DS18B20温度传感器；

加温部分采用光电可控硅MOC3061控制制大功率加热器；

降温部分采用继电器控制TEC1-12706半导体制冷片。

STC89C52

晶振电路

复位电路

按键电路

DS18B20

温度采集

LCD1602

显示电路

光电双向可控硅控制加热器工作

半导体

制冷片工作

图2－1温度控制系统的总体设计方案

第3章温度控制系统的器件和模块选用

3.1单片机的选择

3.1.1STC89C52简介

STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。

（2）工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。

（3）工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。

（4）用户应用程序空间为8K字节,片上集成512字节RAM。

（5）通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

（6）具有EEPROM功能,具有看门狗功能。

（7）共3个16位定时器/计数器,即定时器T0、T1、T2。

（8）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。

（9）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。

（10）工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。

3.1.2STC89C52单片机的工作模式

（1）掉电模式：

典型功耗<

0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。

（2）空闲模式：

典型功耗2mA；

正常工作模式：

典型功耗4Ma～7mA。

（3）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。

3.1.3单片机最小系统结构

本系统以STC89C52单片机为核心，本系统选用11.05926MHZ的晶振，使得单片机有合理的运行速度,复位电路为按键高电平复位。

STC89C52单片机最小系统电路设计如图3-1所示。

图3-1单片机最小系统框

3.1.4STC89C52的引脚说明

STC89C52的引脚图如图3-2:

图3－2STC89C52引脚图

VCC（40引脚）：

电源电压。

VSS（20引脚）：

接地。

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；

而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见表3-1。

在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。

表3-1P1.0和P1.1引脚复用功能

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。

在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。

P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3-2所示。

表3-2P3口引脚复用功能

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT1（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

RST（9引脚）：

复位输入。

当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。

看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG（30引脚）：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在Flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

PSEN（29引脚）：

外部程序存储器选通信号PSEN是外部程序存储器选通信号。

当STC89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP（31引脚）：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。

注意加密方式1时,将内部锁定位RESET。

为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。

在Flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1（19引脚）：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2（18引脚）：

振荡器反相放大器的输入端。

3.2温度传感器的选择

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。

这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20