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高精度可调节温度控制器设计.rar

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    高精度 调节 温度 控制器 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文高精度可调节温度控制器专 业:电子信息科学与技术指导教师: 李良荣 学生姓名: 何文娟 学生学号: 072004110459 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月科技学院毕业设计(论文) 第 1 页目录摘要 .................................................................................................................................................................II关键词 .............................................................................................................................................................IIAbstract...........................................................................................................................................................IIIKey word ........................................................................................................................................................III前言 ..................................................................................................................................................................1第一章 整体设计及工作原理 ......................................................................................................................21、温度控制器工作原理 ........................................................................................................................22、 整体设计 ..........................................................................................................................................2第二章 硬件电路设计及主要元件介绍 ......................................................................................................31、AT89S52 芯片 ....................................................................................................................................32、AD590 型温度传感器 .......................................................................................................................62.1 AD590 主 要 特 性 : .............................................................................................................73、低温漂移运算放大器 ........................................................................................................................84、TLC1543 [10]型 A/D 转换器 ...............................................................................................................94.1 TLC1543 特性简介: ..............................................................................................................95、LED 显示模块 .................................................................................................................................105.1 LED 显示模块的基本工作原理 .............................................................................................106、硬件电路设计 ..................................................................................................................................106.1 温度检测输入通道 .................................................................................................................106.2 显示系统 .................................................................................................................................116.3 温度控制输出 .........................................................................................................................136.4 报警部分 .................................................................................................................................14第三章 软件设计 ........................................................................................................................................151、设计流程图 ......................................................................................................................................152、源程序 ..............................................................................................................................................18总结 ................................................................................................................................................................21参考文献 ........................................................................................................................................................22致谢 ................................................................................................................................................................23科技学院毕业设计(论文) 第 II 页高精度可调节温度控制器设计摘要温度控制器分为三大部分:温度检测部分;温度控制部分;温度显示部分。由于电加热器模型参数具有随温度变化的时变特性,当温度大范围变化时,采用常规的 PD控制器控制效果不理想。为此,采用模糊 PD 控制方法,具有较高的稳态精度和跟踪性。关键词单片机,温度控制,模糊 PD科技学院毕业设计(论文) 第 III 页High precision adjustable temperature controller designAbstractTemperature controller is divided into three sections: temperature testing part; Temperature control parts; Temperature display parts. Because electrical heater model parameters are changing with temperature time-varying, when the temperature big scope changes, with normal PD controller control effect is not ideal. For this reason, the fuzzy PD control method, has higher steady precision and tracking sex.Key wordmicrocontroller, temperature control ,fuzzy PD科技学院毕业设计(论文) 第 1 页前言现如今,温度控制无处不在。温度参数是工业生产中常用的主要被控对象之一,在工业生产中,电流、电压、温度。压力、流量、流速和开关量都是常用的被控参数。其中,温度控制也越来越重要。例如,在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等许多领域中,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、显示和控制。采用单片机来实现上述各种功能不仅具有使用方便、简单和灵活等优点,而且可以提高被控参数的技术指标,达到提高产品质量和经济效益的目的。因此,单片机对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的控制问题。现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量日渐上升。进入 21 世纪后,温度控制器正朝着智能化、高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温度控制器和网络温度控制器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。单片机系统是 21 世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统,其集成度将高达 108~109 元件/片,这将给 IC 产业及 IC 应用带来划时代的进步。目前,国际上一些著名的 IC 厂家已开始研制单片机测温系统,所以单片机控制下的温度控制器具有很好的发展空间。 随着电子技术的发展,特别是大规模集成电路的产生,给人们的生活带来了根本性的变化,如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃,那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前,单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的 C51 系列单片机的出现,由于它具有极好的稳定性,更快和更准确的运算精度。以往,在实际测控系统中,多采用热敏电阻器或热电偶测量温度。这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路,这样就增加了电路的复杂性;而且电路易受干扰,使采集到的数据不准确。科技学院毕业设计(论文) 第 2 页把单片机应用于温度控制中,采用单片机做主控单元,无触点控制,可完成对温度的采集和控制的要求。可以应用到电子仪表、家用电器和节能装置等诸多领域,使产品小型化、智能化、多功能化。第一章 整体设计及工作原理1、温度控制器工作原理温控器的工作原理:温度控制器是利用感温液体热胀冷缩及液体不可压缩的原理而实现自动调节。当控制温度升高时感温液体膨胀产生的推力将热媒关小,以降低输出温度;当控制温度降低时感温液体收缩,在复位装置的作用下将热媒开大,以提高输出温度,从而使被控制的温度达到和保持在所设定的温度范围内。2、 整体设计系统采用 AT89S52 作为系统设计的 CPU 来设计温度控制器。图 1 是整体设计框图。 图 1 工作原理图被测温度值首先由温度传感器测量后得到 mV 信号,再经过放大器放大后变为0~5V 的电压信号,送入 A/D 转换器后,将模拟信号变为数字信号传送给 AT89S52 单片机,在单片机内进行数据处理。一方面,与所设定的温度值进行比较产生偏差信号,单片机根据预定的模糊 PD 算法计算出相应的控制量,用该控制量控制固态继电器(SSR)的导通和关闭。若温度比设定的上限值高,则 SSR 关闭;若温度比设定的温度下科技学院毕业设计(论文) 第 3 页限值低,则 SSR 导通,启用加热设备,提高温度输出温度。实现温度控制;另一方面,将检测值送显示接口,并判断是否又报警发生。第二章 硬件电路设计及主要元件介绍1、AT89S52 芯片这里采用 Atmel 公司的 AT89S52 作为系统的 CPU,这是系统的核心元件,也是温度的控制部分。它是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能:8k 字节 Flash,256 字节 RAM,32 位 I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个 16 位定时器/计数器,一个 6 向量 2 级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作,支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM 内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52 引脚图及引脚功能如下:科技学院毕业设计(论文) 第 4 页图 2 AT89S52 引脚图VCC: 电源GND: 接地P0 口:P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口,每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0 口也被作为低 8 位地址 /数据使用。在这种模式下,P0 具有内部上拉电阻。在flash 编程时, P0 口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL )。此外,P1.0 和 P1.1 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入( P1.0/T2)和时器/计数器2 的触发输入(P1.1/T2EX),具体如表 1 所示。在 flash 编程和校验时, P1 口接收低 8 位地址字节。引脚号 第二功能P1.0 T2(定时器/计数器的外部计数输入),时钟输出P1.1 T2EX(定时器 /计数器 T2 的捕捉/重载出发信号和方向控制)科技学院毕业设计(论文) 第 5 页P1.5 MOSI(在系统编程时用)P1.6 MISO(在系统编程时用)P1.7 SCK(在系统编程时用)表 1P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL )。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器(例如执行 MOVX @DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8 位地址(如 MOVX @RI)访问外部数据存储器时,P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时, P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL )。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能(第二功能)使用,如表 2 所示。在 flash 编程和校验时,P3 口也接收一些控制信号。引脚号 第二功能P3.0 RXD(串行输入)P3.1 TXD(串行输出)P3.2 INT0(外部中断 0)P3.3 INT1(外部中断 1)P3.4 T0(定时器 0 外部输入)P3.5 T1(定时器 1 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)表 2科技学院毕业设计(论文) 第 6 页RST: 复位输入。晶振工作时,RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST 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: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,通过将地址为 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 MOVC 指令时有效。否则,ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位(地址为 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: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 AT89S52 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,而在访问外部数据存储器时,PSEN 将不被激活。EA/VPP: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;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:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。2、AD590 型温度传感器温 度 传 感 器 热 电 阻 测 温 是 基 于 金 属 导 体 的 电 阻 值 随 温 度 的 增 加 而 增 加 这 一 特 性来 进 行 温 度 测 量 的 。 温 度 传 感 器 热 电 阻 大 都 由 纯 金 属 材 料 制 成 , 目 前 应 用 最 多 的 是铂 和 铜 , 此 外 , 现 在 已 开 始 采 用 甸 、 镍 、 锰 和 铑 等 材 料 制 造 温 度 传 感 器 热 电 阻 。系 统 中 采 用 的 温 度 传 感 器 是 AD590, 它 可 以 测 量 热 力 学 温 度 、 摄 氏 温 度 、两 点 温 度 差 、 多 点 最 低 温 度 、 多 点 平 均 温 度 的 具 体 电 路 , 广 泛 应 用 于 不 同 的 温 度 控制 场 合 由 于 AD590 精 度 高 、 价 格 低 、 不 需 辅助电源、 线 性 好 , 常 用 于 测 温 和 热
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