数字pid温度控制电热器 c51程序 机电工程系 .doc

机 电 工 程 系 毕 业 论 文 设 计 题 目: 数字PID温度控制电热器 __________________________________________________________  题目： 环境温度控制系统 ——硬件电路部分 摘要： 本系统是基于和单片机的AT89C51单片机控制系统，能够实现一定质量的水在一定温度范围内的温度维持，并可通过液晶设置、显示温度，实现人机互动。同时本系统配备有经过精心设计的基于VB及VF的计算机辅助分析软件，分别用于数据的实时读取记录，和水温数据的数据库管理。 关键词（主题词）： AT89C51、PWM控制、PID算法、DS18B20传感器、数据实时采集、补码，双向可控硅。 设计目的 （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）采用PID的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （3）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （4）实时采集温度值，计算当时实际温度与所给目标温度的差值，进行PID计算后得出加热通电时间。通过定时器控制双向可控硅的通电时间来保证保持预期的温度。 对毕业设计课题实现方案： 2.1硬件实现总体框图 系统框图 2.1.1 主控制器 单片机AT89S51具有低电压供电（+5V）和体积小和工作性能稳定等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用蓄电池供电。 2.1.2 显示电路 显示电路采用4位共阳LED数码管。 2.1.3温度传感器 DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下： 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； 无须外部器件； 可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V； 零待机功耗； 温度以9或12位数字； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 主要电路模块的实现方案比较及选择 3.1 单片机最小应用系统 单片机最小系统 3.1.1单片机本身就是一个最小应用系统，由于晶振，开关等器件无法集成到芯片内部，这些器件又是单片机工作所必须的器件，因此单片机与晶振电路及由开关，电阻，电容等构成复位电路就是单片机的最小应用系统。 3.1.2加热控制 加热控制部分采用开关控制有效功率，如图所示： 加热控制原理图 该部分电路主要有两个作用：弱电(HT46R24系统)和强电 (Ac220v)的隔离；对强电的控制。图中Moc3061是带过零检测的光电耦合器，Kl是功率双向可控硅BTA12，RL是加热丝，J1为单片机控制口，J2接AC220V。当J1为“1”时，Moc3061工作，其过零电路使内部的双向可控硅在过零后马上导通，从而使功率双向可控硅Kl导通，此时电热丝对水加热；当J1为“0”时，MOC3061不工作， 从而使功率双向可控硅KI截止，电热丝停止对水加热。 BTA12的主要参数如下： 通态电流IT(RMS)=12A 浪涌电流ITSM=120A 正向耐压VDRM＞600V 反向耐压VRRM＞600V 触发电流IGT(Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ)＜25/25/25/50mA(C)，50/50/50/100mA(B) 通态压降VTM＜1.55V(17A) PCB图如图所示： 图6 加热控制PCB图 3.2 数字温度传感器DS18B20应用 3.2.1数字温度传感器DS18B20简介 数字温度传感器DS18B20 ?是支持“一线总线”接口的数字温度传感器。一总线独特且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20??的测量温度范围为－55℃~＋125℃，现场温度直接与“一线总线”的数字方式传输，明显提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制，设备或过程控制，测温类消费电子产品等，与前一代产品不同，新的产品支持3-5.5V的电压范围，使系统设计更加灵活，方便，而且新一代产品更便宜，体积更小，DS18b20可由程序设定9-12位的分辨率，精度为±0.5℃，可选更小的封装方式，更宽的电压适应范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在内部EEPROM中，掉电后依然保存，ds18b20的性能是新一代产品中最好的，性价比也非常出色。 DS18B20的引脚图及测温实验原理图（图3） 3.2.2. DSl820工作过程及时序 初始