基于單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計熱敏電阻

1、重慶科技學(xué)院智能儀器儀表的設(shè)計與調(diào)試課程設(shè)計報告學(xué)院:電氣與信息工程學(xué)院_專業(yè)班級:學(xué)生姓名：學(xué)號:設(shè)計地點（單位）逸夫科技大樓I506設(shè)計題目:基于單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計完成日期：2012年6月29日指導(dǎo)教師評語：成績（五級記分制）：指導(dǎo)教師（簽字）：摘要隨著社會的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視溫度對產(chǎn)品的影響，許多產(chǎn)品對溫度范圍要求嚴(yán)格，目前市場上普遍存在的問題有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種實時性高、精度高的溫度采集系統(tǒng)就很有必要。本課題用一種基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案，該方案根據(jù)熱敏電阻隨溫度變化而變化的特

2、性，采用串聯(lián)分壓電路。單片機(jī)采集熱敏電阻的電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬量電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量電壓信號，經(jīng)過查表轉(zhuǎn)換得到溫度值，控制數(shù)碼管實時顯示溫度值。本系統(tǒng)中所用到的器件是STC12C5A60sM片機(jī)、NTCB敏電阻和數(shù)碼管。關(guān)鍵詞：溫度控制器SC12C5A60S常片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換對半查表法PID算法ABSTRACTWiththesocialprogressanddevelopmentofindustrialtechnology,moreandmoreattentiontotheimpactoftemperatureontheproducts,manyproductsonthecriticalt

3、emperaturerange,temperatureinformationtransmissionisnottimely,notenoughprecisionshortcomingsofacommonproblemonthemarkettoday,donotconducivetoindustrialcontrolbasedontemperaturechangesandmaketimelydecisions.Inthisform,todevelopareal-time,highprecisiontemperatureacquisitionsystemisnecessary.Thistopicw

4、ithamicrocontroller-baseddataacquisitionsystemprogram,whichaccordingtothecharacteristicsofthethermistorvarieswithtemperaturechanges,theseriesvoltagedividercircuit.Themicrocontrollercollectionthermistorvoltage,theanalogvoltagesignalbytheA/Dconvertertoconvertthevoltagesignalofthedigitalconversiontempe

5、raturecontroldigitaltubetemperaturevalueisdisplayedinrealtimeafterthelook-uptable.ThedevicesusedinthissystemisSTC12C5A60S2microcontroller,NTCthermistoranddigitaltube.Keywords:Temperaturecontroller;SC12C5A60S2microcontroller;A/Dconverter;Halflook-uptablemethod;PIDalgorithm目錄摘要2ABSTRACT31 緒論51.1 研究溫度控

6、制系統(tǒng)的背景、目的及意義51.2 設(shè)計的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)61.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單介紹62溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計81 總體需求81 總體方案設(shè)計83硬件電路設(shè)計及分析97 單片機(jī)最小系統(tǒng)97 溫度控制模塊127 顯示器137 按鍵電路147 LED指示燈報警模塊144軟件設(shè)計與分析15軟件總體設(shè)計15A/D轉(zhuǎn)換模塊原理15室溫補償及查表程序設(shè)計16按鍵設(shè)計17PID算法18系統(tǒng)調(diào)試205總結(jié)21參考文獻(xiàn)22致謝23附錄1系統(tǒng)電路圖24附錄2PCB圖25附錄3程序清單261緒論研究溫度控制系統(tǒng)的背景、目的及意義在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻

7、不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎80%勺工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫度檢測及其控制占有舉足輕重的地位，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。要達(dá)到較高的測量精度需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤

8、差問題和放大電路零點漂移誤差等問題，使溫度檢測復(fù)雜化。模擬信號在長距離傳輸過程中，抗電磁干擾時令設(shè)計者傷腦筋的問題，對于多點溫度檢測的場合，各被檢測點到監(jiān)測裝置之間引線距離往往不同，止匕外，各敏感元件參數(shù)的不一致，這些都是造成誤差的原因，并且難以完全清除。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。采用單片機(jī)對溫度采集進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控數(shù)據(jù)的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是微電子加工技術(shù)，

9、計算機(jī)技術(shù)及信息處理技術(shù)的發(fā)展，人們對信息資源的需求日益增長，作為提供信息的傳感技術(shù)及傳感器愈來愈引起人們的重視，而綜合各種技術(shù)的傳感器技術(shù)也進(jìn)入到一個飛速的發(fā)展階段。要及時正確地獲取各種信息，解決工程、生產(chǎn)及科研中遇到的各種具體的檢查問題，就必須合理選擇和善于應(yīng)用各種傳感器及傳感技術(shù)。如最簡單的溫度的測量，有熱電偶、光纖溫度傳感器等等。但是，熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器。熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化。熱敏電阻器是敏感元件的一類按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PT。和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTQ熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫

10、度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PT。在溫度越高時電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻作為一種新型感溫元件應(yīng)用越來越廣泛。他具有體積小、靈敏度高、重量輕、熱慣性小、壽命長以及價格便宜等優(yōu)點，最重要的是作為溫度傳感器的熱敏電阻的靈敏度非常高，這是其他測溫傳感器所不能比擬的。設(shè)計的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)要求溫度控制系統(tǒng)完成以下功能：.基本功能1）溫度上、下限報警值設(shè)定；溫度上、下限報警；2）目標(biāo)溫度值設(shè)定；3）設(shè)定溫度、測量溫度顯示；4）手動/自動方式設(shè)定；5）手動/自動控制。.擴(kuò)展功能1）用紅外遙控器實

11、現(xiàn)上述功能；2）實現(xiàn)溫度的存儲、調(diào)用。3）其它功能技術(shù)指標(biāo)：控溫范圍為30-70OC;測溫誤差±1C1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單介紹隨著自動控制的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集越來越被廣泛應(yīng)用，如醫(yī)療、工業(yè)等方面，數(shù)據(jù)采集是指將溫度，壓力，流量，位移等模擬量通過各種傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，傳給PC機(jī)進(jìn)行存儲，處理，顯示或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可分為以下幾種：1.基于通用微型計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).基于DSP數(shù)字信號微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本次課程設(shè)計采用的是單片機(jī)形式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：它是由單片機(jī)及其些外圍

12、芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是近年來微機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)果，它具有如下特點：(1)系統(tǒng)不具有自主開發(fā)能力，因此，系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)必須借助開發(fā)工具。(2)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與配置規(guī)模都是以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能要求為原則，因此系統(tǒng)的軟硬件應(yīng)用配置具有最佳的性價比。系統(tǒng)的軟件一般都有應(yīng)用程序。(3)系統(tǒng)的可靠性好、使用方便。應(yīng)用程序在ROM中運行不會因外界的干擾而破壞，而且上電后系統(tǒng)立即進(jìn)入用戶狀態(tài)。2溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計總體需求結(jié)合當(dāng)前我的設(shè)計及實際情況，具有以下任務(wù)需求：利用STC12C5A60S2片機(jī)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的組合編程實現(xiàn)溫度的實時測量和數(shù)碼管顯示。溫度的測量范圍為-30C至70C,當(dāng)按

13、下報溫鍵時，系統(tǒng)通過監(jiān)測熱敏電阻兩端電壓，經(jīng)過計算得到實時溫度值，再顯示出來?？傮w方案設(shè)計溫度控制系統(tǒng)主要由溫度傳感器（熱敏電阻），A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)（STC12C5A60S2,按鍵設(shè)置和數(shù)碼管顯示組成。其系統(tǒng)框圖如圖2.1:圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3硬件電路設(shè)計及分析單片機(jī)最小系統(tǒng)目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理芯片主要為8XC5粽列單片機(jī)。該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。例如比較常用的AT89C205俾片機(jī)，帶有2KBFlash可編程、可擦除只讀存儲器的低壓、高性能8

14、位CMO微型計算機(jī)。擁有15條可編程I/O弓I腳，2個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行UARTS道，并能直接驅(qū)動LED輸出6-7。本系統(tǒng)采用新一代的8051單片機(jī)一一STC12C5A60S2由國內(nèi)宏晶科技生產(chǎn)，具指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX81實用復(fù)位電路，具工作電壓范圍是3.5V5.5V°STC12C5A60S260KB的用戶應(yīng)用程序空間，256B的RAMF口1024B的XRAM能滿足程序代碼的需求和緩沖區(qū)定義的需求。另外與程序存儲空間獨立的一片閃存區(qū)域，可在應(yīng)用編程中作EEPROM用。STC12C5A60S2雙UART及ISP串口，

15、申口資源足夠系統(tǒng)使用。另外通過宏晶科技提供的軟件,使用UARTT很容易地實現(xiàn)程序O9cn6<1-432-1O98T65432I43333333333222222222VccPO.QPO.IJP0.21PQ,3P0.4P0.5P0.6P0.7EX_LVDP4.6RST2)ALE/F4JNAP4.4P2.7A15P2,fiA14P2.5AllJP24AI2P2JAllJP2.2AIOP2JA9P2.0AS下載。STC12C5A60S236個通用I/O口，大部分可位控，并且有強(qiáng)推挽輸出的能力，足夠系統(tǒng)使用。還擁有4個16bit定時器和一個獨立的波特率發(fā)生器，另外還有兩個PCA模塊，能獲得豐富的

16、定時器資源。STC12C5A60S2PDIP-40封裝的芯片，易于快速進(jìn)入實驗。封裝引腳圖如圖3.1所示。CLKOUT2ADCOPtOtADC1Pl.l匚RkD2ECIADC2PIJITXD2,CPP0ADC3PIJ匚SSCPPlADC4；P1.4MOSIADC5T1.5CMISOADC6PL6CZSCLKADC-PIJ匚_P4.7RSTCZlTRxDPJ.OCZTxDP3.1fINTOP3.2I_JSTP3.3CZCLKOUTOINTT0P3.4匚CLKOUT1iTTlP"匚ZWRP3.6CZRDP3二XTAL2匚XTALI匚Gnd匚二圖3.1STC12C5A60S2芯片PDIP封

17、裝引腳圖STC12C5A60S2要性能：.增強(qiáng)型8051CPU1T,單時鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。.STC12C5A60S2列工作電壓：3.3V-5.5V;STC12LE5A60S2列工作電壓：3.6V-2.2V。.工作頻率范圍：0-35MHZ,相當(dāng)于普通8051的0-420MHZ4,用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)等。.片上集成1280字節(jié)RAM6,通用I/O口（36/40/44個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）。可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個I/

18、O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA但整個芯片最大不要超過55mA.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器,可通過用口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。.有EEPROMb能（STC12C5A62S2/AD/PW®內(nèi)部EEPROM）.看門狗。.內(nèi)部集成MAX81%用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）。.外部掉電檢測電路：在P4.6口有一個低壓門檻比較器。5V單片機(jī)為1.32V,誤差為±5%3.3V單片機(jī)為1.30V,誤差為±3%.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器（溫漂為&#

19、177;5呃1±10%Z內(nèi)）用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘。常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz15.5MHz;3.3V單片機(jī)為：8MHz-12MHz精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準(zhǔn)。.共4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器T0和T1,沒有定時器2,但有獨立波特率發(fā)生器。做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA1塊可再實現(xiàn)2個16位定時器。.2個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘。.外部中斷I

20、/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCAf塊，PowerDownl式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3（也可通過寄存器設(shè)置到P4.2）,CCP1/P1.4（也可通過寄存器設(shè)置到P4.3）。.PWM（骼）/PCA（可編程計數(shù)器陣列，2路），也可用來當(dāng)2路D/A使用，也可用來再實現(xiàn)2個定時器，也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷（上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持）。.A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S（每秒鐘25萬次）。.通用全雙工異步用行口（UAR

21、T）,由于STC12系列是高速的8051,可再用定時器或PCAa件實現(xiàn)多用口。.STC12C5A60S2列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2（可通過寄存器設(shè)置到P4.2）,TxD2/P1.3（可通過寄存器設(shè)置到P4.3）。.工作溫度范圍：-40-+85C（工業(yè)級）/0-75c（商業(yè)級）。.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48,I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接，74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU三線通信，還多了用口。單片機(jī)最小系統(tǒng)由CUP芯片、時鐘電路（外接11.0592

22、HZ的的晶振），和復(fù)位電路組成。其電路圖如圖3.1.1所示：714.-34-567890123456-7S9O111111111111-2FlJTFH16SP34VC14C15TTT>P10P16>FHrry、TF.FSyP12_:C/7”PT7ryi-r_Tn上jiTLOyFU丁pi2ypisypuy2315&71£1.11pppppPT即DnoTlm-WX1RB31iK12C5AlfrS2POJP02P03PWPVtPVCP07P20P】?22P23P乂PNP2721P2P.P01tP02pomw卬；戶日.PC17yerPsf1F”RXDTXDALEPPSEN

23、圖3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2溫度控制模塊溫度控制模塊硬件圖如圖3.2:熱敏電陰型號，MF52-103/343510K±1%精度B值：3435VCC1KMMTppx?050溫度控制模塊川MC特性:R25c=10KR1O=18.56KR2O=12.69KR5O=4.065K,R8O=L586K,R1OO=O.918K圖3.2溫度控制模塊其中所用熱敏電阻的型號是MF52-103/343510K±1%精度B值：3435。熱敏電阻的主要特點是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6C的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55C315C,高溫器

24、件適用溫度高于315C（目前最高可達(dá)到2000C）,低溫器件適用于-273C55C；體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100kQ問任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng).MF5210K3470溫度特性表R25c=10KB(25/50)=3470KT(C)R(KQ)T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)-40190.5562-2799.5847-1453.1766-129.2750-39183.4132-2694.6608-1350.7456028.0170-38175.6740-2590.03

25、26-1248.4294126.8255-37167.6467-2485.6778-1146.2224225.6972-36159.5647-2381.5747-1044.1201324.6290-35151.5975-2277.7031-942.1180423.6176-34143.8624-2174.0442-840.2121522.6597-33136.4361-2070.5811-738.3988621.7522-32129.3641-1967.2987-636.6746720.8916-31122.6678-1864.1834-535.0362820.0749-30116.3519-

26、1761.2233-433.4802919.2988-29110.4098-1658.4080-332.00351018.5600-28104.8272-1555.7284-230.60281118.4818T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)1218.14892510.0000386.1418513.92711317.6316269.5762395.9343523.79361416.9917279.1835405.7340533.66391516.2797288.8186415.5405543.53771615.5350298.4784425.353455

27、3.41461714.7867308.1600435.1725563.29391814.0551317.8608444.9976573.17521913.3536327.5785454.8286583.05792012.6900337.3109464.6652592.94142112.0684347.0564474.5073602.82502211.4900356.8133484.3548612.77622310.9539366.5806494.2075622.71792410.4582376.3570504.0650632.6523T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)T(C)R(KQ)T(C

28、)R(KQ)642.5817771.7197901.23601030.8346652.5076781.6727911.20371040.8099662.4319791.6282921.17141050.7870672.3557801.5860931.13901060.7665682.2803811.5458941.10671070.7485692.2065821.5075951.07441080.7334702.1350831.4707961.04221090.7214712.0661841.4352971.01041100.7130722.0004851.4006980.9789731.93

29、78861.3669990.9481741.8785871.33371000.9180751.8225881.30091010.8889761.7696891.26843.3顯7K器目前使用較廣的顯示器有CRTLEDLCD和3D顯示器等，根據(jù)鈦渣自動稱重系統(tǒng)實際需求，本設(shè)計選用LE躁碼顯示器，因為考慮到價格不高且能夠?qū)崿F(xiàn)所需的顯示要求。其硬件圖如圖3.3所示：RP1A47O24xLEDCL3451AS1RP1B47011RP1C27041增1D,705RHEfO61RP1F470712HG470g1RP1H4709P00P01yP01、P02：'-/?P(UK3/P05£05

30、/P1。P07P07P24P25P2711工21012"9"6comlcorn2mm3con14mtntnm四位共陰數(shù)碼管顯示圖3.3四位共陰極數(shù)碼管顯示按鍵電路按鍵用于實現(xiàn)人對整個溫控儀器的控制，可以設(shè)定目標(biāo)工作溫度，設(shè)定報警上下線溫度，調(diào)節(jié)PWW空比。其電路圖如圖3.4所示：MODEUPDNENT蹙j|,理1|.d|h-5-01|1四個獨立按鍵圖3.4四個獨立按鍵LED指示燈報警模塊LED旨示燈作為報警使用，當(dāng)檢測得的溫度超過設(shè)定的溫度上限或者低于設(shè)定的溫度下限時，LED旨示燈由滅變亮，實現(xiàn)報警功能。LED指示燈電路如圖3.5所示:圖3.5LED指示燈報警模塊電路圖4軟

31、件設(shè)計與分析軟件總體設(shè)計軟件系統(tǒng)初始化時把溫度數(shù)據(jù)做成表格存儲到ROW,通過AD對熱敏電阻兩端的進(jìn)行測量，然后通過運算將電壓值對應(yīng)于電阻值，通過查表把電阻值對應(yīng)于溫度值，再通過運算把溫度數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管上顯示，其中程序初始化主要是對AD和數(shù)碼管進(jìn)行初始化。它的流程圖圖如圖4.1:圖4.1軟件總體流程圖A/D轉(zhuǎn)換模塊原理傳感器獲得的信號由于是模擬信號，而CPLM理的是數(shù)字信號，故要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，本設(shè)計采用芯片STC12C5A60S2現(xiàn)的AD轉(zhuǎn)換。STC12C5A60S系列單片機(jī)ADC（A/D轉(zhuǎn)換器）的結(jié)構(gòu)如下圖4.2所示：ADC.POWERSPEED1SPEEDOADC_FLAGADC_START

32、CHS2CHSICKSOADCCONTRRegisterAD抄換結(jié)果寄存器：ADCR£SandADCRESL模擬輸入信號通道選擇?fCHS2/CHSl/CIB0ADC7P1.7ADC6PL6ADC5FPL5ADC4Pl4ADC3P13ADC2/P1.2ADCIPl1ADC0P10逐次比較/寄存器較黑n-10-bitDAC圖4.2STC12C5A60S2系歹U單片機(jī)ADC吉構(gòu)圖室溫補償及查表程序設(shè)計首先將熱敏電阻測得的冷端溫度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的表中數(shù)值，再將其與濾波并轉(zhuǎn)換后放大1000倍的數(shù)值相加進(jìn)行冷端溫度補償。然后通過對半查表法查得溫度值。對半查表法的思想是：有序表的數(shù)據(jù)排列有一定規(guī)律，

33、不必像無序表那樣逐個查表，可以采用對半查表法亦稱二分查表法）o對半查表就是每次截取表的一半，確定查表元素在哪一部分，逐步細(xì)分，縮小檢索范圍，從而大大加快查表速度。對半查表法的基本思想是：對半查表時，設(shè)置兩個指針L0和Hi,分別保存表的下限值和上限值的序號，開始查表時設(shè)置Lo=0,Hi=N-1。設(shè)N個元素按照從小到大的順序排列，則中心元素的序號為：A/j=（ZO+Hi）式中，表示小于等于（Lo+Hi）/2的最大整數(shù)。由此將表分為前半部分和后半部分。然后計算中心元素的地址：Addm=表苜地址+Mixi式中，i為數(shù)據(jù)元素的字節(jié)數(shù)。根據(jù)中心元素的位置找出中心元素，并和查表的元素進(jìn)行比較，若中心元素大于

34、查表的元素，則選取表的前半部分，修改上限指針Hi:（下限指針Lo不變）Lo：（上限指針Hiw=w若中心元素小于查表的元素，則選取表的后半部分，修改下限指針不變）若中心元素等于查表的元素，則查表成功。對半查表法流程圖如圖4,3所示:按鍵設(shè)計按鍵部分共有四個按鍵，K1為模式鍵，K2與K硼節(jié)數(shù)字，K4顯示溫度。對應(yīng)的單片機(jī)端口分別為P2A0,P2Alp2A2和P3A2口。其程序流程圖如圖4,4所示：卅口PUM-圖4.4按鍵程序流程圖PID算法PID算法有位置式和增量式兩種，增量式PID算法得到的結(jié)果是增量，也就是說，在上一次的控制量的基礎(chǔ)上需要增加（負(fù)值意味著減少）的控制量。例如，在可控硅電機(jī)調(diào)速系

35、統(tǒng)中，控制量的增量意味著可控硅的觸發(fā)相位在原有的基礎(chǔ)上需要提前或遲后的量；位置式算法則表現(xiàn)為當(dāng)前的觸發(fā)相位應(yīng)該在什么位置。又如在溫度控制系統(tǒng)中，增量式算法則表現(xiàn)為在上次通電時間比例的基礎(chǔ)上，還需要增加或減少的通電時間比例；位置式算法則直接指明本周期內(nèi)要通電多長時間。本系統(tǒng)采用的是位置式PID算法標(biāo)準(zhǔn)的直接計算公式：Pout(t)=Kp*e(t)+KixSum_e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1);其中，e(t)為基本偏差，表示當(dāng)前測量值與設(shè)定目標(biāo)間的差值，設(shè)定目標(biāo)是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負(fù)，正數(shù)表示還沒有達(dá)到設(shè)定值，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。這是面向比例項用的變動數(shù)據(jù)。累計偏差Sum_e(

36、t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+e(1)是每次偏差值的代數(shù)和，是面向積分項用的一個變動數(shù)據(jù)?；酒畹南鄬ζ頴(t)-e(t-1)是用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，以考察當(dāng)前被控量的變化趨勢，有利于快速反應(yīng)，是面向微分項的一個變動數(shù)據(jù)。Kp、Ki和Kd是PID算法的3個控制參數(shù)，分別稱為比例常數(shù)，積分常數(shù)和微分常數(shù)，不同的控制對象選擇不同的數(shù)值，需要經(jīng)過現(xiàn)場整定才能獲得較好的效果。比例調(diào)節(jié)的作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例作用，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分

37、調(diào)節(jié)的作用使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為一旦有誤差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出維持常量。微分調(diào)節(jié)作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，使偏差還沒有形成即被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此，微分作用可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。為了程序處理上的方便，可在程序內(nèi)部設(shè)一個PID調(diào)節(jié)時鐘(20MS。PID計算周期為2分鐘，這樣就對周期進(jìn)行100等分。經(jīng)PID計算后的輸出值即為溫度加熱時間(0100)。加熱時間到了，關(guān)閉加熱的IO口，直到下一個2分鐘到了，冉進(jìn)行新一輪PID計算和加熱控制。為了達(dá)到比較好的控制效果，同時減輕單片機(jī)的運算量

38、，Kp>Ki和Kd這三個參數(shù)采用整數(shù)，放大100倍進(jìn)行計算，三個參數(shù)采用相同的放大比例。運算中往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出的情況，注意考慮符號，為此我們對輸出值有一約定界限(0100),當(dāng)結(jié)果超出約定界限時，不再增加(或減少)。加溫的整個過程沒有必要全程PID控制，一般可以在設(shè)定目標(biāo)值前一個溫度區(qū)域才進(jìn)行PID控制。例如，設(shè)定目標(biāo)溫度為300度，則可以在250度以前全速加溫，當(dāng)達(dá)到250度以后才開始計算PID計算并予以控制，這樣可以加快加溫速度又不影響溫度控制。在不產(chǎn)生過大的過沖的情況下，盡可能把起控點抬高，有利于后面控制部分的進(jìn)一步細(xì)化。在進(jìn)入控制之前，應(yīng)將積分項清PID算法用以精確控制溫度加熱，

39、通過PID算法計算出PWM勺占空比，控制加熱系統(tǒng)的工作。其程序流程圖如圖4,5所示：圖4.5PID算法流程圖系統(tǒng)調(diào)試本次課程設(shè)計通過對軟件的編寫，運行無誤后下載到單片機(jī)中進(jìn)行調(diào)試，最終達(dá)到了設(shè)計要求：測量溫度范圍在30c到70C；可設(shè)定加熱電阻的的目標(biāo)加熱溫度；可設(shè)定任意溫度上下限值，并且在高于溫度上限或者低于溫度下限的時候由LED丁由滅變亮達(dá)到報警的效果。在模式1下設(shè)置加熱電阻的目標(biāo)溫度，在模式2、3、4下分別可調(diào)節(jié)比例、積分、微分的參數(shù)。最終數(shù)碼管顯示的溫度值的精度符合設(shè)計要求。5總結(jié)設(shè)計就是要講究嚴(yán)謹(jǐn)，在這次課程設(shè)計中，我學(xué)到了很多知識，也使我的能力得到了提升。首先，硬件方面。選擇硬件，

40、要比較同類產(chǎn)品的穩(wěn)定性、功耗、體積、價格等，另外還要符合設(shè)計的全部要求。在顯示方案上，我考慮的時間相對長了一點。利用數(shù)碼管顯示，程序復(fù)雜，但是，自己編程比較熟悉，價格便宜。利用LCD1602a示，程序簡單,但是以前自己從未使用過。經(jīng)過比較，我選擇數(shù)碼管顯示，這樣可以更加鞏固以前的知識，提高自己的知識水平。在硬件電路的設(shè)計方面，用Protel繪制電路圖時要標(biāo)明元件的大小，有些封裝元件要標(biāo)明名稱和封裝。其次，軟件方面。把程序分塊編寫能夠有效地提高正確性和編程效率。在本次設(shè)計中，在軟件編寫的過程中也遇到了很多困難，不過有老師的指導(dǎo)也很快的解決了。在軟件編寫時，還要注意添加注釋，使程序更加清晰，便于理

41、解。總而言之，在各位老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，我順利的完成了課程設(shè)計，完成了老師交給的任務(wù)。參考文獻(xiàn)1程德福，林君.智能儀器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.2萬文略.單片機(jī)原理及應(yīng)用.重慶：重慶大學(xué)出版社.2004.3趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社.2004.1990.4合立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社致謝通過四周的努力，終于完成了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試。由于設(shè)計經(jīng)驗的不足在設(shè)計及調(diào)試中遇到了很多困難，但得到了老師和同學(xué)們的幫助，在此對他們表示衷心的感謝。在軟件編寫與調(diào)試中也得到了老師們的指導(dǎo)，本人對他們心存感激。由于本人的硬件

42、設(shè)計和調(diào)試在I506實驗室完成，實驗室的負(fù)責(zé)老師給我提供了設(shè)計地方和全部所需器材，并關(guān)心我的設(shè)計結(jié)果，給予我充分的支持和信任，非常感謝老師的幫助。在整個課程設(shè)計過程中，我的指導(dǎo)老師鐘秉翔老師一直都是耐心的指導(dǎo)，至始至終都沒有停止過對我的輔導(dǎo)，讓我學(xué)到了許多知識，使我受益非淺。能讓鐘老師做我的指導(dǎo)老師，我感到萬分榮幸。同時也要感謝其他輔導(dǎo)過我的老師。最后，感謝學(xué)校、學(xué)院給予這樣的一次機(jī)會，經(jīng)歷了整個課程設(shè)計過程，我的收獲是豐富的，也對整個大學(xué)的知識進(jìn)行了梳理，對所學(xué)專業(yè)有了更深刻的認(rèn)識。這次課程設(shè)計給我一年后畢業(yè)設(shè)計做了鋪墊，讓我了解了自己在哪些方面的不足，自己將會通過接下來的一年的時間逐漸完善

43、自己在這方面的知識，爭取在畢業(yè)設(shè)計的時候能夠順利完成。附錄1系統(tǒng)電路圖顯示模土夬,-3"ftILJJ44冬心A±Ct曲2XD2JAim4AIMW3S也=pT5-T*一凝鼻了M41UD步口LT4軸li鶴3。T3*TOw皿為dtrr的£53?TAUXT48n林-HinexinA1ZJ4.JKt544K'A&lsKE4DLJJADL3M.4處此MlADll制:At2K工詢QTT報警模塊附錄2PCB圖十nu*附錄3程序清單/摘要：溫度控制器系統(tǒng)（溫度顯示精確到0.1度）調(diào)溫調(diào)節(jié)范圍設(shè)定在35-65度/共at5種模式：/模式0:溫度實時值顯示（前1位數(shù)碼管顯

44、示模式，后2位顯示實時溫度值，精確到0.1C/模式1:目標(biāo)溫度設(shè)定（35-65度）/模式2:PID參數(shù)中的P參數(shù)調(diào)節(jié)模式（0.0-50.0）/模式3:PID參數(shù)中的I參數(shù)調(diào)節(jié)模式（0.0-50.0）/模式4:PID參數(shù)中的D參數(shù)調(diào)節(jié)模式（0.0-50.0）/數(shù)碼管第一位顯示模式值，后三位顯示參數(shù)值/按MODE鍵顯示對應(yīng)卞II式，按UP,DOWN修改參數(shù)，按ENT鍵返回模式0即顯示實時溫度值/Designedbyzhishou.deng2012.6.25#include"STC12C5A60S2.h”#include"table.h"#defineAD_CHANNE

45、L0#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineTHCO0xf8/11.0592MHZ晶振#defineTLCO0xcb定時2ms時間常數(shù)值unsignedcharData_Buffer4=1,2,3,4;ucharcodeDuan17=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x76;sbitP24=P2A4;四個數(shù)碼管的位碼口定義sbitP25=P2A5;sbitP26=P2A6;sbitP27=P2A7;sb

46、itwarm=P3A4;sbitMode_key=P2A0;sbitUP_key=P2A1;sbitDOWN_key=P2A2;sbitENT_key=P3A2;voidAD_init（）;unsignedintAD_Sample（unsignedcharchannel）;voidBuffer_fresh（）;bitkuaisu=0;/按鍵快速處理unsignedcharV_mode=0;/0-4unsignedintcanshu5=0,450,110,50,10;/土勻放大10倍/模式0:溫度實時值顯示（前1位數(shù)碼管顯示模式，后2位顯示實時溫度值，精確到0.1C/模式1:目標(biāo)溫度設(shè)定（35-

47、65度）/模式2:PID參數(shù)中的P參數(shù)調(diào)節(jié)模式（0.0-50.0）/模式3:PID參數(shù)中的I參數(shù)調(diào)節(jié)模式（0.0-50.0）/模式4:PID參數(shù)中的D參數(shù)調(diào)節(jié)模式（0.0-50.0）unsignedintmaxcanshu5=0,700,500,500,500;unsignedintmincanshu5=0,300,1,1,1;bitADflag=0;bitPIDflag=0;bitDisp_flag=0;/*溫度計算，放大10倍*/unsignedintADtempreture(void)unsignedintda=0,max,min,mid;unsignedintv;floatt,t1,j

48、;v=AD_Sample(AD_CHANNEL);t=v;t=v*4.883;/4.883=5000/1024;t1=t/1000;/t1為電壓值t1=(5000-t)/t1;v=(unsignedint)t1*10;計算得電阻值da=v;max=97;min=0;while(1)/查表求出溫度值mid=(max+min)/2;if(Tablemid<da)max=mid;elsemin=mid;if(max-min)<=1)break;if(max=min)da=min*10;溫度值放大10倍elsej=(Tablemin卜Tablemax)/10;j=(Tablemin卜da)

49、/j;da=j;da=10*min+da;returnda;unsignedcharpid_val_mid=0;voidPIDcompute()/*根據(jù)設(shè)定及采集值進(jìn)行計算PID調(diào)節(jié)，計算出PIDVALMID的值*/staticintSumError=0,PrevError=0,LastError=0;intdError=0,Error=0;doublej=0.0,i;Error=canshu1-canshu0;if(Error>10)pid_val_mid=255;return;elseif(Error+10<0)pid_val_mid=0;return;SumError+=Er

50、ror;dError=Error-LastError;PrevError=LastError;LastError=Error;/j=canshu2*Error+canshu3*SumError+canshu4*dError;/放大100倍i=canshu2;j=Error*i;i=canshu3;j=j+SumError*i;i=canshu4;j=j+dError*i;if(j>0)j=j/10;/PID參數(shù)放大了10倍，所以要減小10倍if(j>255)pid_val_mid=255;/全開elseif(j<0)pid_val_mid=0;/全關(guān)elsepid_val_mid=j;/計算值一一/*/voidmain(void)/bitx=0,y=0;主程序TMOD=0x11;TH0=THCO;TL0=TLCO;TR0=1;ET0=1;EA=1;設(shè)置定時器0工作模式，16位計數(shù)模式啟動定時器使能定時器中斷開總中斷CCON=0;清標(biāo)志CL=0;/清計數(shù)器CH=0;CMOD=0x08;/PCAPCAPWM1=0X0;時鐘為SYSCLKCCAP1H=CCAP1L=0xff;/pwm0output50%dutycycle脈寬值越低輸