水温加热控制系统的设计Word格式.docx
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电子信息工程学院
专业
通信工程
班级
11408
指导教师
高钰致张平（助教）
肖冰（讲师）
2015
年
6
月
5
日
摘要
随着人们生活质量的不断提高，生活节奏的加快，人们日常能花费在婴儿喂奶的时间有所减少但是对于婴儿能喝上温度最佳的奶品的需求日渐提高。
要实现温度控制的快速性和准确性，对于提高温奶器质量具有很重要的现实意义。
这种基于单片机的控制系统包括硬件和软件两个部分。
硬件电路以STC89C52单片机为微处理器，详细设计了温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，加温控制电路，降温控制电路、时钟信号电路以及系统电源供电设计等模块。
由键盘电路输入设定温度范围信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入的温度范围与反馈信号的偏差进行比较，输出控制信号给加温控制电路和降温控制电路。
液晶1602实现现场温度的实时监控。
软件方面应用PID算法来实现恒温控制。
在此基础上本设计又加入了液位检测报警系统，用来防止干烧以及沸腾以后的液体溢出导致的电器短路，从一定程度上增强了本设计产品的安全性能。
让本设计更贴近生活，源于生活。
关键词：
STC89C52单片机；
温度信号采样电路；
PID算法
Designoftemperature
control
in
milkheater
ABSTRACT
With
thecontinuousimprovementofpeople'
s
livingqualityand
acceleratethepaceacceleratingofthedailylife,
peoplecost
decrease
timeininfantfeeding.
Butforthedemandthatbabydrink
milk
on
theoptimumtemperaturehavebeen
increasing.Inordertoimprovethequalityofmilkheater,Achievingtherapidandaccuratetemperaturecontrolisverynecessary.
Thesingle-chipmicrocomputercontrolsystemincludestwopartsofhardwareandsoftwarebasedon.ThehardwarecircuitbasedonSTC89C52MCUasitsmicroprocessor,thedetaileddesignofthetemperaturesignalsamplingcircuit,keyboardanddisplaycircuit,temperaturecontrolcircuit,heatingcontrolcircuit,temperaturecontrolcircuit,aclocksignalcircuitandthesystempowersupplydesignmodule.Settherangeoftemperaturesignaltothemicrocontrollerbythekeyboardinputcircuit,thetemperaturesignalacquisitioncircuitcollecttemperaturesignaltothemicrocontroller,themicrocontrolleraccordingtothetemperaturerangeoftheinputiscomparedwiththeerrorfeedbacksignal,theoutputcontrolsignalstotheheatingcontrolcircuitandtemperaturecontrolcircuit.LCD1602toachievereal-timemonitoringthetemperature.ThesoftwareapplicationofPIDalgorithmtoachievethetemperaturecontrol.Onthebasisofthis,thedesignaddtheliquidleveldetectingalarmsystemforpreventingdryburningandboilingliquidoverflowcausedbyelectricalshortcircuit.Toacertainextentthismoveenhancesthesafetyperformanceoftheproductdesign.Letthisdesignclosertolife,fromlife.
Keyword:
single-chipmicrocomputer-STC89C52;
Thetemperaturesignalsamplingcircuit;
PIDalgorithm
第1章引言
随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注随着单片机技术的不断发展，控制设备也跟着不断变化，对产品试验环境的要求也越来越严格。
鉴于此，环境温度是试验环境中的一项重点，环境温度的高低直接影响产品的电气和机械性能参数，环境温度的准确度对测试温度的方法要求越来越高，而对环境温度的控制更显的重要。
传统的温度检测方法是采用模拟温度传感器，如热电偶，热电阻，半导体PN结。
信号经过取样、放大后通过模数转换，最后让单片机来处理。
被测量的温度信号从温敏元件到单片机，通过一系列器件，容易受干扰、而且不易控制，精度也不高。
为了测试的准确性和控制环境温度，所以，这次设计采用一种新型的可编程温度传感器DS18B20，它可以用来代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接和单片机沟通，从而完成温度采集和数据处理。
DS18B20与AT89S52结合实现最简温度检测系统，这种系统结构简单，有较强的抗干扰能力，能够适应在恶劣环境下进行现场温度测量，具有有广泛的应用前景。
如今温度控制技术基本上可以归为两种：
动态温度跟踪与恒值温控制。
动态温度跟踪是为了让控制对象的温度值按照之前设定好的曲线进行变化。
工业生产中，实现这一控制目标在很多场合都用的上，比如在发酵过程中的控制，化工生产中的化学反应温度控制以及冶金工厂中的温度控制等等。
恒值温度控制的根本目标是为了让被控对象的温度稳定在某一数值上，且要求这其中的稳态误差不能超过某一特定值。
这里我想介绍一种现在国内外比较主流的温度控制法——PID线性温度控制法。
1922年美国的Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了一个设计方法，那就是基于输出反馈的比例积分微分（PID，ProportionalIntegralDifferential）控制器，这一举措正式标志了PID控制的诞生。
从那以后，PID控制器就用他结构简单、对于模型误差具备鲁棒性和容易操作等特点，在大多数控制过程中可以得到有效的控制性能，到了20世纪40年代就已在过程控制中得到了广泛的应用。
20世纪30年代至40年代，经典的频域设计法取得了非常迅速的发展。
其中在稳定性理论上，Nyquist和Bode取得了重要的成就。
此经典的设计方法主要是用来设计一种用于反馈的补偿器，以此来获得一定量的稳定裕度，并且以考虑模型的不确定性为重点，利用反馈来减少系统对于模型误差和干扰的灵敏度。
重点是利用了由Nyquist稳定准则所推导出来的图解法来设计补偿器的。
在50年代之后，解析法是当时发展较快的方法，与此同时定义了一些相关的瞬态性能指标。
在模拟计算机的帮助下，可以比较方便的检测时域响应指标。
但是，在这种情况下对控制系统的灵敏度和鲁棒性的关注会有一定的降低。
20世纪50年代中期，伴随着数字计算机的产生，使得用差分方程来表达控制系统模型的方法得以应用。
控制人造地球卫星从而促进现代控制理论的发展，采用最优控制去获得非线性动态系统最优的轨迹。
从20世纪60年代开始，在解决各种各样不同设计的问题中，基于最优化技术的控制器设计方法突出了它的优势。
现代的控制理论已经开始应用于实际情况下的过程控制，但是这需要对过程中的对象建立精确的数学模型，因此往往在实际上很难得到精确的数学模型。
所以进入70年代以后，人们将更多的关注点放在鲁棒性问题上。
20世纪80年代，将参数整定与自适应控制理论引入了单回路PID控制器，使得PID控制理论由此进入高速的发展阶段。
PID有着可靠性高、控制算法简单等特点，在现今这个控制技术飞速发展的时代，它仍然在工业过程控制中有着主导性的地位。
因为在PID调节器模型当中考虑到了系统误差，误差的变化以及误差的积累这三个因素，所以，其控制性可以更大地优于定值开关控温法。
它具体的电路能够通过使用计算机软件方法或者模拟电路从而实现PID调节功能。
前者称作模拟PID调节器，后者称作数字PID调节器。
在这之中数字PID调节器的参数能够在现场实现在线整定，所以具有比较大的灵活性，能够获得比较好的控制效果。
通过这种方法所实现的温度控制器，它控制品质的好坏大部分取决于3个PID参数（即微分值、比例值、积分值）。
只要PID参数能够选取正确，就可以在一个确定的受控系统中，获得比较令人满意的控制精度。
对于大部分工业控制对象它都能达到比较好的控制效果，但是它也有明显的缺陷，例如依赖于对象模型，对于大滞后、时变系统、非线性的控制效果不太理想等。
并且随着生产的发展，对控制精度与实时性的要求愈来愈高，被控的对象也愈来愈复杂，单单采用常规PID控制器已经不能够满足系统的要求，所以出现了很多新的控制方法。
例如智能控制、最优控制、自适应控制、满意控制、鲁棒控制等等，把这些控制策略应用到PID控制系统的设计之中会很大程度地提高系统的控制性能。
在这之中，智能PID控制在近几年里引起了人们很大的研究兴趣。
把智能控制方法与常规PID控制方法结合在一起，产生了很多形式的智能PID控制器。
其吸取了常规PID控制与智能控制两者的优点。
第一，其具备自我学习、自我适应、自我组织的能力，可以自动识别被控过程参数、自动整定控制参数、可以适应被控过程参数的变化;
第二，其又具备了常规PID控制器结构简单、可靠性高、鲁棒性强、被现场工程设计人员所熟知等特点。
第2章系统概述
2.1温奶器温度控制概述
2.1.1温奶器温度控制设计任务
主要任务是设计一个基于温奶器的温度控制系统，采用常用的STC89C52芯片作为主控芯片，采用DS18B20作为温度传感器。
加热器用5瓦50欧加热电阻，降温系统利用风扇来进行冷却，显示应用的是LCD1602液晶屏，显示字体清晰，显示效果如图2.1所示。
同时本设计还利用51单片机仿真软件（ISISProfessional）来进行仿真，方便调试、
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