PID溫控系統(tǒng)技術(shù)報告（1）

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)“電氣創(chuàng)新杯”電子制作競賽 -溫度測控系統(tǒng) 技 術(shù) 報 告參賽隊員：指導老師：目錄目錄 TOC o 1-3 h z u 第一章、作品完成功能2.1溫度采集模塊2.2信號處理模塊2.3升溫模塊2.4降溫模塊3.1硬件總體設計3.2溫度采集3.3人機交互3.4溫度控制第六章、不足及今后改進方向摘要自動化控制無論是在日常生活還是在工業(yè)制造中，都發(fā)揮了重要作用。自動化控制讓生活更方便精彩，讓工業(yè)制造更易控制管理，我們在一個充滿自動化的時代。在享受了自動化控制帶來的便利的同時，我

2、們希望能夠盡自己的努力為自動化控制做出自己的貢獻，我們希望能夠為他人帶來方便。跟據(jù)電氣創(chuàng)新杯提供的平臺及我們所學的知識我們選擇設計一個溫度測控系統(tǒng)。溫度控制在生活以及工業(yè)制造中都發(fā)揮著必不可少的作用，工業(yè)需要溫度測控系統(tǒng)來監(jiān)控溫度，生活中也離不開溫度測控系統(tǒng)為我們及時提供溫度信息。雖然只是一個簡單的溫度控制，卻包含了許多知識的運用，在這個系統(tǒng)中我們能夠了解各個芯片的使用，學會軟硬件結(jié)合，鍛煉我們的綜合能力，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際。我們希望我們的作品實現(xiàn)溫度測量與顯示，在低于某一設定溫度時能夠自動加熱，達到某已設定溫度自動停止加熱，實現(xiàn)自動化控制。因此想通過這個項目，深刻了解DS18B20芯片、L29

3、8芯片及12864芯片的使用，學會運用PID調(diào)節(jié)，體會自動控制帶來的便利。我們作品通過溫度采集傳感器18B20，經(jīng)單片機處理后，控制溫度在某一設定范圍內(nèi)。第一章、作品完成功能我們設計的溫度測控系統(tǒng)是通過溫度采集傳感器18B20，經(jīng)單片機處理后，控制溫度在某一設定范圍內(nèi)。主要實現(xiàn)以下功能：（1）能夠設定被加熱的金屬散熱器表面目標溫度（環(huán)境溫度向上增 0-100）；（2）控制金屬散熱器表面溫度（控制誤差 1%）；（3）動態(tài)響應速度 30 sec；（4）動態(tài)顯示當前設定溫度、實測溫度。（5）建立一個穩(wěn)定的PID調(diào)節(jié)框架（6）按鍵調(diào)節(jié)溫度設置第二章、系統(tǒng)方案論證溫度測控系統(tǒng)可以分為以下幾個模塊來論證：

4、溫度采集、信號處理、升溫、降溫。2.1、溫度采集：本設計為基于單片機8051設計的實時溫度采集模塊，采用一個單片機作為核心的最小系統(tǒng)。方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為主控器，對熱敏元件采集到的溫度點信號已經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換過的數(shù)字信號進行處理與計算，然后通過八段數(shù)字碼管顯示出來，因為CPLD可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的核心。而本系統(tǒng)不需要復雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。所以，從實用及經(jīng)濟的角度上考驗，決定放棄此方案。方案二：采用8051單

5、片機作為主控器進行對采集到的信號處理再輸送給八段數(shù)碼管顯示。8051單片機是一個低功耗，字長為8位的單片微型計算機，由中央處理器、片內(nèi)128B RAM、片內(nèi)4KB POM、兩個16位的定時計數(shù)器、四個8位的I/O口（P0,P1,P2,P3），一個全雙工的串行口、五個中斷源以及時鐘等組成。它具有體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好。綜上分析，我們采用方案二。2.2、信號處理模塊方案一、信號處理系統(tǒng)，包括鍵盤、信號處理單元及接收適配器單元。其中鍵盤包括：鍵矩陣；控制部件，它輸出與操作的鍵相應的交換數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸部件；及電源。接收適配器單元內(nèi)有數(shù)據(jù)接收部件，可接

6、收經(jīng)電纜傳送來的交換數(shù)據(jù)；儲存部件則存儲被數(shù)據(jù)接收部件的交換數(shù)據(jù)；而傳輸接收控制部件用于將交換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)碼并傳輸給信號處理單元進行處理。方案二、信號處理系統(tǒng)包括：鍵盤；信號處理單元；及接收適配器單元，其中，所說的鍵盤和接收適配器單元有選擇地利用電纜互相連接，其中所說的信號處理單元與該接收適配器單元相連，其中所說的鍵盤包括：一個有許多鍵的鍵操作部件；一個用于輸出被操作鍵相應的交換數(shù)據(jù)的控制部件；一個可通過電纜輸出交換數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸部件；及一內(nèi)部電源，其中所說的接收適配器單元包括：一數(shù)據(jù)接收部件，可接收由電纜傳輸過來的交換數(shù)據(jù)；一存儲部件，可貯存被數(shù)據(jù)接收部件或光數(shù)據(jù)接收部件所接收的交換數(shù)據(jù)；

7、以及一傳輸接收控制部件，可把從貯存部件讀出的交換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成交換碼，以便把交換碼傳送給信號處理單元及對此信號處理單元提供的信號進行處理。我們設計的溫度測控系統(tǒng)要求不是很高，選擇方案一。 2.3、升溫模塊方案一、在升溫模塊中水泥電阻作為加熱元件，通過L298芯片控制加熱器，對水泥電阻加熱，并用DS18B20芯片來測量溫度。這種方法簡單易行，容易控制，精確度達到基本要求、價格低廉。方案二、升溫模塊采用金屬管狀電熱元件,鍍鋅外罩上有若干個小孔,加熱時此加熱器直接將熱量散發(fā)出來,具有散熱面積大、熱負荷小的特點(此加熱器不受電源電壓的波動限制影響)。但是價格昂貴，需要定期維護，我們的溫度測控系統(tǒng)中不需要這

8、么高要求。綜上分析，我們選擇方案一。2.4、降溫模塊方案一、在降溫模塊中采用風扇來降溫。具有操作簡單，方便易行，成本低，實時性高等優(yōu)點。風扇的散熱速度能夠滿足我們溫控系統(tǒng)的基本要求。方案二、采用水來降溫。具有穩(wěn)定性高等優(yōu)點。但是操作不方便，設計要求高，價格不合理，不易采用。綜上分析，我們采用方案一。三、硬件的結(jié)夠設計及實現(xiàn)3.1總體硬件設計硬件設計分為以下幾個部分：（1）溫度測量模塊：溫度測控系統(tǒng)采用DS18B20芯片來測量溫度。（2）鍵盤輸入模塊：采用4*4鍵盤來輸入要控制的溫度。（3）L298驅(qū)動模塊： 通過L298芯片控制加熱器，使其加熱。（4）顯示模塊： 采用1602顯示器來顯示設置的

9、溫度，以及加熱過程中溫度的變化。（5）加熱模塊：采用水泥電阻用來加熱，作為被測系統(tǒng)。總體電路如下：3.2溫度采集采用89C52單片機作為主控器進行對采集到的信號處理再輸送給八段數(shù)碼管顯示。89C52單片機是一個低功耗，字長為8位的單片微型計算機，由中央處理器、片內(nèi)128B RAM、片內(nèi)4KB POM、兩個16位的定時計數(shù)器、四個8位的I/O口（P0,P1,P2,P3），一個全雙工的串行口、五個中斷源以及時鐘等組成。它具有體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好。89C52原理圖如下3.3人機交互（鍵盤顯示）通過鍵盤顯示器實現(xiàn)人機交互。通過鍵盤鍵入需要達到的溫度

10、，通過單片機控制水泥電阻加熱。通過顯示器我們可以觀察溫度的變化情況。3.4溫度控制（298電路）通過L298芯片控制加熱器，使其加熱。L298組成驅(qū)動電路，用開驅(qū)動加熱模塊，使加熱器加熱。原理圖如下：四、軟件設計結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)總體軟件結(jié)構(gòu)設計流程圖如下具體程序見附錄五、作品測試數(shù)據(jù)溫度測量誤差范圍： -1度-+1度響應時間： 2到3分鐘六、不足及今后改進方向6.1、作品不足之處：（1）響應時間較長，動態(tài)響應時間難以確定；（2）存在誤差，穩(wěn)定性較長，系統(tǒng)無法自我校正。6.2、改進方向：（1）能顯示動態(tài)響應時間；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自校正、自調(diào)零；（3）改變被加熱金屬散熱器的熱容量（在原加熱器上再疊加另一塊散熱器），仍然能達到上述要求。結(jié)論自三月報名參加“電氣創(chuàng)新”杯電子制作大賽以來，我們小組成員查找資料，設計機構(gòu)，組裝硬件，編寫程序，分析問題，最后終于完成了最初目標，定下了現(xiàn)在這個方案。在此份技術(shù)報告中，我們主要介紹了準備比賽