單片機水溫控制系統(tǒng)設(shè)計論文

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1溫度控制系統(tǒng)概述

工業(yè)生產(chǎn)中對于溫度控制的需求是十分嚴格的，大量的鍋爐、加熱爐以及家用電器，如熱水器、電水壺等對于溫度控制都有需求。如果溫度控制不精準，小則出現(xiàn)浪費資源的現(xiàn)象發(fā)生，大則可以引發(fā)重大事故。因此，精準的溫度控制是十分必要的，那么溫度控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。自動溫度控制系統(tǒng)需要準確的控制溫度，及時的做出后續(xù)操作。基于單片機的自動溫度控制系統(tǒng)以其外型小巧、功能強大的優(yōu)勢近些年被廣泛應(yīng)用于動溫度控制系統(tǒng)當中。

2基于AT89C51單片機的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)設(shè)計

基于AT89C51單片機的水溫控制系統(tǒng)采用了當前應(yīng)用廣泛的AT89C51單片機，以AT89C51單片機做為核心部件，以匯編語言對其進行編程控制其它輔助系統(tǒng)，用PID算法來控制PWD波的產(chǎn)生，進而實現(xiàn)系統(tǒng)溫度的控制。

2.2硬件設(shè)計

基于單片機水溫控制系統(tǒng)硬件主要由單片機基本系統(tǒng)、溫度傳感器、電爐、繼電器、顯示電路、報警電路、鍵盤等組成。

（1）單片機基本系統(tǒng)。單片機基本系統(tǒng)采用了AT89C51芯片，它由基本供電電路、時鐘電路和復(fù)位電路組成。鍵盤、顯示電路、報警電路將信號輸入到單片機基本系統(tǒng)當中，單片機基本系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析與處理，得到相應(yīng)的控制信號，由控制信號驅(qū)動繼電器工作，從而達到控制電爐工作的結(jié)果，最終達到控制溫度的目標。

（2）溫度傳感器。溫度傳感器的作用是對水溫進行溫度的檢測，并實時將數(shù)據(jù)傳送至單片機基本系統(tǒng)，以供其進行數(shù)據(jù)分析。

（3）繼電器。繼電器的作用是控制電爐工作，它通過接收單片機基本系統(tǒng)的控制信號，實現(xiàn)對于電爐的控制。

（4）電爐。電爐是用來實現(xiàn)對水加熱的功能，由繼電器根據(jù)控制信號對其進行控制。

（5）鍵盤。本設(shè)計采用61板自帶按鍵，不需要另外連接硬件即可使用。

（6）顯示電路。由六個八段數(shù)據(jù)管以及數(shù)碼管的驅(qū)動電路組成，前三段用于顯示控制溫度，后三段用于顯示實際測量溫度。

（7）報警電路。報警系統(tǒng)是出于電爐的安全考慮進行設(shè)計的。溫度傳感器獲得數(shù)據(jù)傳遞給單片機基本系統(tǒng)，單片機基本系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)后，當水溫過高或過低，即達到預(yù)設(shè)最大值與最小值時，單片機驅(qū)動報警電路，實現(xiàn)報警功能。以上各組件與單片機芯片引腳連接方式為：溫度傳感器輸入端連接到P3.1口，按鍵接在P3.1、P3.2、P3.3，分別控制設(shè)定溫度的十位、個位和小數(shù)位，單片機的輸出控制信號由P3.5輸出；實際水溫顯示的字型碼是由P0口送出，十位、個位和小數(shù)位分別由P1.0、P1.1、P1.2選通；設(shè)定溫度顯示的字型碼是由P2口送出，十位、個位和小數(shù)位分別由P1.3、P1.4、P1.5選通。

2.3軟件設(shè)計

（1）主程序設(shè)計：系統(tǒng)采用匯編語言進行編程，由主程序進行控制。即由主程序調(diào)用子程序。其功能主要對傳感器采集的數(shù)據(jù)送入單片機中特定單元，然后一方面進行在LED顯示，另一部分與設(shè)定值進行比較，通過PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機輸出去控制電動調(diào)節(jié)閥進行水溫調(diào)節(jié)。

（2）子程序設(shè)計：主要由顯示子程序、鍵盤中斷子程序、進制轉(zhuǎn)換子程序、溫控子程序、報警子程序等組成。顯示子程序用于顯示實際溫度和設(shè)定溫度；鍵盤中斷子程序用于對系統(tǒng)進行設(shè)定控制；進制轉(zhuǎn)換子程序用于把采集的溫度信號換算為對應(yīng)的溫度值；溫控子程序把采集的實際溫度與設(shè)定溫度值比較，調(diào)用PID算法，輸出控制信號；報警子程序用于控制非法輸入溫度值。3.4溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學模型溫度控制系統(tǒng)可采用采用比例積分調(diào)節(jié)器來校正，按照一定采樣周期采集r(k)和F(k),其偏差值為e(k)=r(k)-F(k)（1）根據(jù)偏差值來計算輸出u(k)，其對應(yīng)差分方程為：u(k)=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)（2）其中：a0=Kp(1+T/T1)a1=Kpe（k）=（rk）-F（k）

3結(jié)語

此款基于AT89C51單片機的水溫控制系統(tǒng)其設(shè)計精簡、實用、穩(wěn)定性高、控制精度高、安全性高，既可以實現(xiàn)大工業(yè)生產(chǎn)中的水溫控制，又可以實現(xiàn)家用電器的水溫控制，有著成本低，性能高的優(yōu)勢。

作者：唐利軍 單位：長春廣播電視大學