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單片機溫度控制系統(tǒng)范文第1篇

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。以下簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計過程及實現(xiàn)方法?，F(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后變換為模擬電壓信號，經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器，信號放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送單片機，單片機根據(jù)輸入的溫度控制范圍通過繼電器控制加熱設(shè)備完成溫度的控制。本系統(tǒng)的測溫范圍為0℃～99℃，啟動單片機溫度控制系統(tǒng)后首先按下第一個按鍵開始最低溫度的設(shè)置，這時數(shù)碼管顯示溫度數(shù)值，每隔一秒溫度數(shù)值增加一度，當滿足用戶溫度設(shè)置最低值時再按一下第一個按鍵完成最低溫度的設(shè)置，依次類推通過第二個按鍵完成最高溫度的設(shè)置。然后溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。

二、溫度檢測的設(shè)計

系統(tǒng)測溫采用AD590溫度傳感器，AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：

1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)；即：，式中：Ir—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K。

2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃；

3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V；

4、輸出電阻為710MW；

5、精度高。

AD590溫度傳感器輸出信號經(jīng)放大電路放大10倍，再送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804，轉(zhuǎn)換后送單片機。根據(jù)AD590溫度傳感器特性以及放大10倍后的電壓值與現(xiàn)場溫度的比較發(fā)現(xiàn)，實際溫度轉(zhuǎn)換后送入單片機的值與按鍵輸入數(shù)值之間有一定的差值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的數(shù)值是按鍵輸入值得2.5倍。由于單片機不能進行小數(shù)乘法運算，所以先對按鍵輸入進行乘5，然后根據(jù)運算結(jié)果及程序狀態(tài)字的狀態(tài)再進行循環(huán)右移一位，如果溢出標志位為低電平時直接對累加器進行一次帶進位循環(huán)右移，如果溢出標志位為高電平時，先對進位標準位CY位置為高電平，然后再進行一次帶進位循環(huán)右移，通過上述操作使按鍵輸入的溫度值與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入單片機的溫度值相統(tǒng)一。

三、具體電路連接如圖所示

四、軟件編程

單片機溫度控制系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能實現(xiàn)對溫度的控制，需要給單片機編寫程序，下面給出了溫度控制系統(tǒng)的編程方法。

ORG00H

START：ANLP1，#00H；顯示00

JBP3.4，$；T0=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.4，$；T0=1？放下？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L1：MOVA，R0；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；輸出至P1顯示

MOVR5，#10；延時1秒

A1：MOVR6，#200

D1：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.4，L2；第2次按下T0？

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

DJNZR5，A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.4，L3；放開了沒？是則

；跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA，R0

CALLCHANGE

MOV31H,A；下限溫度存入31H

JBP3.5，$；T1=0？有鍵按下？

CALLDELAY1；消除抖動

JNBP3.5，$；T1=1？放開？

MOVR0，#00；計溫指針初值

L4：MOVA，RO；計溫指針載入ACC

MOVP1，A；顯示00

MOVR5，#10；延時1秒

A2：MOVR6，#200

D2：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.5，L5；第二次按下T1？

DJNZR7，$

DJNZR6，D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖動

JBP3.5，L6；放開了？是則跳至L6

JMPL5

L6：MOVA，RO；

CALLCHANGE

MOV30H，A；上限溫度存入30H

DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒

D3：MOVR7，#248

DJNZR7，$

DJNZR6，D3

RET

CHANGE：MOVB，#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4：RRCA

RET

MOV32H，#0FFH；32H舊溫度寄存

；器初值

AAA：MOVX@R0，A；使BUS為高阻抗

；并令A(yù)DC0804開始轉(zhuǎn)換

WAIT：JBP2.0，ADC；檢測轉(zhuǎn)換完成否

JMPWAIT

ADC：MOVXA，@RO；將轉(zhuǎn)換好的值送入

；累加器

MOV33H，A；將現(xiàn)在溫度值存入33H

CLRC；C=0

SUBBA，32H

JCTDOWN；C=0取入值較大，表示

；溫度上升，C=1表示下降

TUP：MOVA，33H；將現(xiàn)在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，30H；與上限溫度作比較

JCLOOP；C=1時表示比上限小須

；加熱，C=0表示比上限大，停止加熱

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN：MOVA，33H；將現(xiàn)在溫度值存入A

CLRC

SUBBA，31H；與下限溫度作比較

JNCLOOP；C=1時表示比下限小，須

；加熱，C=0表示比下限大

CLRP2.1；令P2.1動作

LOOP：MOV32H，33H

CLRA

MOVR4，#0FFH；延時

DJNZR4，$

JMPAAA

END

五、結(jié)語：

本文給出了用單片機在0℃～99℃之間，通過用戶設(shè)置溫度上限、下限值來實現(xiàn)一定范圍內(nèi)溫度的控制；給出了溫度控制系統(tǒng)的硬件連接電路以及軟件程序，此系統(tǒng)溫度控制只是單片機廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，相信通過大家的聰明才智和努力，一定會使單片機的應(yīng)用更加廣泛化。

參考文獻：

[1]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7

[2]萬光毅，嚴義，邢春香.單片機實驗與實踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.4

單片機溫度控制系統(tǒng)范文第2篇

關(guān)鍵詞：單片機；溫度傳感器；檢測與控制

引言

現(xiàn)代社會，無論是出于滿足人們生活質(zhì)量的需要，還是為了滿足生產(chǎn)過程中復(fù)雜工藝方面的需要，人們對于溫度控制的要求越來越高。溫度測量及控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)、人們生活的許多方面。對監(jiān)測對象溫度進行迅速、可靠、精準的測量，并以此為基礎(chǔ)對其溫度進行相應(yīng)的調(diào)整與控制，成為溫度測量、控制領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員孜孜以求的攻關(guān)重點與難點。在實際工作中，單片機常常被用來作為溫度測控制的主要設(shè)備。相對于其他種類設(shè)備，單片機便于使用，操作靈活，具有較好的適應(yīng)性，技術(shù)性能優(yōu)異，能夠滿足溫控設(shè)備較高水平的技術(shù)要求，這些都有利于溫控產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率?；谏鲜鲈颍瑔纹瑱C在溫控設(shè)備市場中發(fā)展勢頭良好，前景廣闊。

1 單片機基本概念簡介

所謂單片機，指的就是單片微型計算機。該種計算機整合了中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入輸出（I/O）接口和中斷系統(tǒng)等多個功能單元于一身，具有很強的數(shù)據(jù)分析處理功能，但本身占用的空間卻很小，輔以外加電源和晶振就能夠正常工作，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)多個領(lǐng)域，并發(fā)揮出顯著的作用。單片機的出現(xiàn)，本質(zhì)上是計算機硬件技術(shù)高度發(fā)展的成果之一。當計算機的主要元件從晶體管發(fā)展到集成電路，集成電路集成度越來越高，伴隨這一過程，計算機的體積也就越來越小。當大規(guī)模集成電路技術(shù)成熟后，單片機也就隨之出現(xiàn)。單片機具有體積小，功能強大、價格低廉的優(yōu)點，環(huán)境適應(yīng)性良好，工作能耗低，技術(shù)指標和經(jīng)濟指標優(yōu)良，是現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域重要的元器件，常用于生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)，對于保障產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全，有著極為重要的作用。單片機溫控系統(tǒng)是當前各國都在競相研發(fā)的重要設(shè)備，是溫控設(shè)備領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。

2 目前常見溫度控制技術(shù)

2.1 完全依賴于硬件平臺的閉環(huán)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

這種控制方法最大的優(yōu)勢是反應(yīng)迅速，缺點是可靠性欠缺、控制精度不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用、管理、維護難度大、成本高，適用范圍小。

2.2 FPGA/CPLD或采用帶有IP內(nèi)核的FPGA/CPLD技術(shù)方案

該技術(shù)以FPGA/CPLD技術(shù)作為溫度數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示及A/D的手段，而人機交互功能和信號測量分析等功能則由IP核負責實現(xiàn)。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)處理性能強、使用簡單的特點，適合進行過程復(fù)雜的測量與控制作業(yè)，但調(diào)試工作難度較大，經(jīng)濟性不好。

2.3 綜合使用單片機和高精度溫度傳感器的技術(shù)方案

該方案將人機交互、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)分析處理功能交由單片機負責，溫度信號采集和轉(zhuǎn)換交由前端溫度傳感器負責。這種溫度測量控制方式有效避免了前兩個方案的缺陷和不足，是目前溫度控制技術(shù)的主流。

3 構(gòu)建單片機系統(tǒng)框架的方法

3.1 選擇單片機技術(shù)要點分析

單片機是單片機溫控系統(tǒng)中的核心元件，單片機選擇的好壞，直接關(guān)系到溫控系統(tǒng)整體的運行質(zhì)量安全。在挑選單片機時，要優(yōu)先選擇內(nèi)存空間大、運行速度快，通用性好，經(jīng)濟效益好的類型。下面以AT89S51作為主控芯片進行討論。該芯片具有以下性能優(yōu)勢：

（1）指令集和芯片引腳和與Intel公司的8051具有良好的兼容性；（2）集成有4KB的可編程Flash程序存儲器和128字節(jié)的可隨機讀寫存儲器（RAM）；（3）時鐘頻率范圍從0到33兆赫；（4）輸入/輸出引腳32個，可實現(xiàn)編程，16位定時/計數(shù)器2個，數(shù)據(jù)指針2個；（5）擁有高達6個的中斷源和2級優(yōu)先級；（6）全雙工串行通信接口技術(shù)性能優(yōu)異。

3.2 選擇傳感器技術(shù)要點分析

在傳感器的選擇上，文章選擇了DS18B20進行溫度數(shù)據(jù)采集工作，該型號傳感器是DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器。DS18B20采用了新型技術(shù)，專為與微處理器相配合而設(shè)計，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、民生保障和軍事國防等領(lǐng)域的溫度測控設(shè)備及其它功能設(shè)備中。具有占用空間小，接口靈活，傳輸距離遠、智能化的特點。

3.3 系統(tǒng)框架配置技術(shù)要點分析

溫控系統(tǒng)采用模塊設(shè)計，每個主要功能都對應(yīng)一個模塊，配置更為方便，靈活性更高，具體包括數(shù)據(jù)采集模塊，單片機控制模塊，顯示模塊，溫度設(shè)置模塊和驅(qū)動電路5個部分。溫度數(shù)據(jù)經(jīng)由傳感器輸送到數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)實時采集，然后在傳送到單片機進行數(shù)據(jù)分析處理，并在顯示模塊上將結(jié)果顯示出來，使用時可以通過設(shè)置模塊設(shè)置溫度，當控制對象的溫度比預(yù)設(shè)溫度低時，單片機會想驅(qū)動電路發(fā)出信號，啟動加熱系統(tǒng)，同時報警鳴笛，溫度超過設(shè)定溫度時，加熱系統(tǒng)停止工作，從而實現(xiàn)對溫度的控制。

4 單片機溫控系統(tǒng)的基本工作原理

單片機溫控系統(tǒng)使用傳感器作為溫度數(shù)據(jù)采集元件，溫度信號經(jīng)由傳感器轉(zhuǎn)為電壓信號在電路中傳播。電壓信號毫伏級逐步增強到可以滿足單片機工作需求的程度，然后經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。使用專業(yè)軟件對數(shù)字信號進行采樣并傳送到主機。為避免數(shù)字信號中雜波的存在影響數(shù)據(jù)采集精確度，單片機在采用的過程中同步進行濾波處理。與此同時，信號經(jīng)過數(shù)字濾波后轉(zhuǎn)換到相應(yīng)標度，再通過IED屏對溫度指數(shù)進行顯示。在這個過程中，還可以將采集到的溫度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)溫度指標相對比，通常采用PID控制算法確定設(shè)定值和實際值間的偏差大小，再以此確定并輸出控制量值，控制量值決定了加熱系統(tǒng)通導(dǎo)時間和加熱功率，以此實現(xiàn)將溫度控制在設(shè)定值附近波動的目的。

5 單片機溫控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

單片機溫控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用主要分為硬件平臺、配套軟件和傳感器三個方面。其中，硬件平臺是溫控系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，主要組成包括單片機、傳感器和多路開關(guān)機相應(yīng)附屬設(shè)備。為了更好的開展工作，還可以根據(jù)實際需求，添加鍵盤、報警裝置和顯示電路等。軟件部分目前主要使用C語言編程。軟件采用模塊化設(shè)計，主程序主要承擔溫度的實時顯示和讀取，并依照設(shè)計要求對子程序進行調(diào)用，協(xié)調(diào)子程序完成數(shù)據(jù)對比，輸出控制值，等工作。第三個方面是傳感器的開發(fā)與應(yīng)用。溫控系統(tǒng)性能水平很大程度上取決于溫度傳感器的靈敏性和測量精度，高品質(zhì)的傳感器不僅測量范圍廣，而且反應(yīng)十分迅速，能夠?qū)y量對象的溫度變化及時反饋給溫控系統(tǒng)。目前主要使用熱電偶傳感器，做好熱電偶補償非常重要。

6 結(jié)束語

單片機溫控系統(tǒng)在當前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用范圍十分廣泛，不僅溫度測量及時、準確、精度高，而且可以根據(jù)預(yù)設(shè)的程序?qū)δ繕藴囟扔枰杂行У目刂?，從而達到控制生產(chǎn)過程的目的。單片機溫控系統(tǒng)性能質(zhì)量高，成本投入少，性價比高，便于操作，使用靈活，具有很強的可擴展性，應(yīng)用前景十分廣闊，市場潛力巨大。

參考文獻

[1]趙娜，趙剛.基于51單片機的溫度測量系統(tǒng)[J].微計算機信息，2007（6）：146-148.

單片機溫度控制系統(tǒng)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】 單片機 溫度控制系統(tǒng) 傳感器

單片機是基于超大規(guī)模集成電路的技術(shù)發(fā)展起來的，它是集CPU，RAM，ROM，I/0接口和中斷系統(tǒng)等多個部件于一體的器件，體積小，功能強，且性價比高，只需要外加電源和晶振就可以輕松實現(xiàn)對數(shù)字信息的處理和控制?；趩纹瑱C的溫度控制系統(tǒng)受到廣泛的應(yīng)用和重視。

一、硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)核心部分是STC89C52單片機，以8051為基核，8K字節(jié)Flash Rom存儲器，512字節(jié)的RAM存儲器，自帶EEPROM、看門狗，支持ISP，方便程序的下載和調(diào)試。

1、單片機的選擇。單片機AT89C52是INTEL公司生產(chǎn)的5l系列高性能8位單片機，是數(shù)字溫度計的核心器件，兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)；而內(nèi)置的通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元則結(jié)合了HMOS的高速高密度特性及CHMOS的低功耗優(yōu)勢。AT89C52具有兩種晶振方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩，需要在XTAL1、XTAL2引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10到30pf；另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接外部時鐘，XTAL2懸空。對于復(fù)位電路，AT89C52有兩種復(fù)位方式，分別是上電復(fù)位和按鍵復(fù)位；本設(shè)計采用按鍵復(fù)位，即利用一個復(fù)位電容和按鍵的組合使復(fù)位變得更加直接和簡單。

2、溫度測量模塊。采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20單總線溫度傳感器，能夠直接傳輸被測溫度，輸出數(shù)字量，其具有以下特點：單總線接口，可串行通訊；多個DS18B20可共接在一條總線，實現(xiàn)多點測溫；不需要任何電路；測量范圍-55℃～125℃，固有測溫分辨率為0.5℃。DS18B20主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、溫度報警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器。

3、鍵盤、顯示模塊。鍵盤有編碼和非編碼兩種方式。本系統(tǒng)選用非編碼3*4矩陣鍵盤控制。鍵盤的抖動可以通過軟件去抖動和硬件去抖動來解決。在按鍵不多的情況下，可以使用硬件去抖動，即加上RS觸發(fā)器。本系統(tǒng)采用軟件去抖動的方法，如果按鍵較多，常用軟件方法消抖，即檢測按鍵按下為低電平時，加一延時（5～10rns），等待下降沿的抖動消失后，再次確認是否為低電平，若是則有按鍵按下；按鍵松開時也用同樣方法消抖。采用六位LED數(shù)碼管顯示所測溫度值，數(shù)碼管為共陰極七段發(fā)光二極管構(gòu)成。為了節(jié)省硬件資源，采用動態(tài)顯T方式，即使用兩個74HC573鎖存器控制數(shù)碼管的位和段，共同接到單片機的PO口。

4、報警及指示燈電路。當用戶設(shè)定的目標溫度達到時需用聲音的形式提醒用戶，此時蜂鳴器為三聲斷續(xù)的滴答的叫聲。在本系統(tǒng)中我們?yōu)橛脩粼O(shè)計了越限報警，當溫度低于用戶設(shè)置的目標溫度10度或高于10度時蜂鳴器為連續(xù)不斷的滴答叫聲。當單片機輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作發(fā)出報警聲。

二、主控制電路和測溫控制電路設(shè)計

主控制電路由AT89C52及元件構(gòu)成，測溫電路由DS18B20、預(yù)置數(shù)電路和報警電路組成。AT89C52是此硬件電路設(shè)計的核心，通過AT89C52管腳P1.3與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預(yù)置數(shù)電路由4個按鍵組成，4個按鍵分別與AT89C52管腳P3.0和P3.1和P3.2和P3.3相連。報警電路很簡單，2個發(fā)光二極管分別與AT89C52的P1.0和P1.1管腳相連，若實際測量溫度值大于預(yù)置溫度值，則發(fā)光二極管亮，還有一個蜂鳴器與AT89C52的P1.2管腳相連。

三、軟件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計的硬件電路圖，進行軟件的設(shè)計，使用Keil軟件編寫C51程序。程序的流程如圖1所示。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過檢測基本上達到了設(shè)計的要求，并且系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計總體較為簡單，采用DS18B20傳感器能能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號的有效傳輸，并且與AT89C52單片機進行通訊，實現(xiàn)了溫度測量的精準。

參 考 文 獻

[1]王麗娟.單片機在鍋爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計算機信息，2013年02期

單片機溫度控制系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞：溫度控制；雙單片機；仿真

引 言

電阻爐在當前被廣泛的應(yīng)用在各種工礦企業(yè)、科研機構(gòu)等場合，是利用元素分析作為主要手段。在各個企業(yè)工作中用來測定鋼件淬火、退火回火加熱處理之中，在應(yīng)用中單片機體積小、價格低廉、功耗低和控制能力強受到廣泛的關(guān)注，已成為當前電阻爐溫度控制領(lǐng)域的核心器件。然而目前來說，大多數(shù)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)都是采用單片機器件和CPU處理器的能力不夠問題分析，對造成的各種瓶頸現(xiàn)象進行認真分析和認識。為解決“瓶頸”問題，同時在應(yīng)用的時候又兼顧到經(jīng)濟性原則，通過設(shè)計低端雙單片機結(jié)構(gòu)的電阻溫度控制系統(tǒng)，并且采用信息處理和采集措施等優(yōu)勢分析，制定出合理的設(shè)計防范。

1、控制系統(tǒng)設(shè)計方案

在雙單片機的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計中是采用兩個ATME1公司生產(chǎn)的單片機作為實施控制系統(tǒng)和方式，通過完成人工對話和輔助計算功能針對其中雙擊數(shù)據(jù)交換瞪。一般設(shè)計的過程中要注重三個方式：

1)采用串行總線，這種方法硬件簡單但傳輸速度比較慢；

2)采用并行總線，其速度較高但考慮到兩個CPU時鐘同步問題因而硬件比較復(fù)雜；

3)采用存儲器方式，其傳輸速度比較快且對時鐘同步性要求也不很嚴格。在此，本著提高性能與降低成本相結(jié)合的設(shè)計原則，采用第3種方式即由雙端口RAM承擔雙機信息的互換。

2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路由3部分組成：

1)實時控制模塊；

2)人機交互模塊；

3)雙機通訊模塊。

2.1實時控制模塊

該模塊以單片機U1為控制核心，可以分為溫度檢測電路和輸出控制電路兩部分為溫度檢測電路。熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為0—41.32mv電壓輸出，經(jīng)毫伏變送器轉(zhuǎn)換成4—電流，再經(jīng)過電流／電壓轉(zhuǎn)換成0—5V電壓信號，由ADC0809轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字量送到單片機U1的P口。單片機U1的P1.0引腳輸出控制信號，經(jīng)過零觸發(fā)電路去控制雙向晶閘管，通過改變雙向晶閘管的導(dǎo)通時間來改變加熱功率，達到調(diào)節(jié)溫度的目的。當P1.0=-1時，雙向閘管導(dǎo)通，P1.0=0時則截止：可控硅在給定周期的100％時間內(nèi)接通時的功率最大，這時加熱溫度最高。

2.2人機交互模塊

人機交互模塊由，由四個獨立的發(fā)光二極管(作為電源指示燈、PID正常運行指示燈、上限報警指示燈和下限報警指示燈)顯示電路和兩個4位7段數(shù)碼管動態(tài)顯示電路以及四個獨立按鍵電路和一個復(fù)位按鍵電路共同組成。

2.3雙機通訊模塊

以雙端口靜態(tài)存儲器芯片DS1609作為兩單片機的數(shù)據(jù)交換器，基本原理為：需要送出數(shù)據(jù)的一方先把數(shù)據(jù)送入DS1609中，然后接收數(shù)據(jù)的一方對DS1609中的同一地址進行讀取，完成數(shù)據(jù)交換。

3、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在單機片系統(tǒng)設(shè)計中的軟件主要包括程序連接系統(tǒng)U1，其中主要包括負責主程序的初始化系統(tǒng)以及與單機片U2進行連接。T0及T1中服務(wù)程序(T0中斷服務(wù)程序進行采樣、濾波、標度轉(zhuǎn)換、越限處理、控制顯示溫度；T1中斷服務(wù)程序主要控制雙向可控硅的通斷)、采樣子程序(ADC0809以查詢方式對IN0通道采樣4次)、字濾波子程序(采用防脈沖干擾平均值法濾波對4次采樣值處理得平均值，以備PID運算和溫度標度轉(zhuǎn)換使用)、標度轉(zhuǎn)換子程序(參數(shù)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)碼值僅對應(yīng)于參數(shù)的大小并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值以便顯示)、PID運算子程序(控制原理是先求出實測溫度對所需溫度的偏差值，對偏差值處理而獲得控制信號去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率)及其它子程序(如為進行采樣值數(shù)碼顯示而加入二至十進制轉(zhuǎn)換子程序和壓縮BCD碼變成單字節(jié)BCD碼子程序；為求取PID運算而加入將鍵盤設(shè)定值進行十至二進制轉(zhuǎn)換的子程序等)。單片機U2的軟件主要包括鍵盤監(jiān)控程序和顯

示輸出程序。

1)鍵盤監(jiān)控程序設(shè)計。本系統(tǒng)功能較為復(fù)雜，考慮到如果采用一鍵一義監(jiān)控會由于按鈕過多，致使成本增加且面板難以布置用戶操作也不方便，因而本設(shè)計采用一鍵多義的鍵盤監(jiān)控程序。具體是：采用狀態(tài)順序編碼設(shè)計狀態(tài)圖，構(gòu)造兩張表(即狀態(tài)表和索引表)，監(jiān)控程序根據(jù)現(xiàn)態(tài)碼和鍵碼查表一方面可找到任務(wù)模塊wORK0～WORK15中相應(yīng)的某一項予以執(zhí)行發(fā)出運行命令，另一方面可用于下次判斷處理所需的次態(tài)NEXT項。2)顯示輸出程序設(shè)計。顯示輸出程序包括初始化、通過DS1609獲取單片機U1數(shù)據(jù)、控制設(shè)定溫度值顯示和當前溫度值顯示。本系統(tǒng)程序眾多，由于篇幅所限具體程序流程圖及源代碼從略。

4、硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用的K型熱電偶，其可測量1312℃以內(nèi)的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號與CPU通信。傳統(tǒng)的溫度檢測電路采用“傳感器－濾波器－放大器－冷端補償－線性化處理－A/D轉(zhuǎn)換”模式，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、電路復(fù)雜、精度低。在本系統(tǒng)中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢－溫度”的轉(zhuǎn)換，不需電路、I/O接線簡單、精度高、成本低。

當P2.5為低電平且P2.4口產(chǎn)生時鐘脈沖時，MAX6675的SO腳輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。在每一個脈沖信號的下降沿輸出一個數(shù)據(jù)，16個脈沖信號完成一串完整的數(shù)據(jù)輸出，先輸出高電位D15，最后輸出的是低電位D0，D14-D3為相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。當P2.5為高電平時，MAX6675開始進行新的溫度轉(zhuǎn)換。在應(yīng)用MAX6675時，應(yīng)該注意將其布置在遠離其它I/O芯片的地方，以降低電源噪聲的影響；MAX6675的T-端必須接地，而且和該芯片的電源地都是模擬地，不要和數(shù)字地混淆而影響芯片讀數(shù)的準確性。

4、控制系統(tǒng)仿真調(diào)試

4.1程序仿真調(diào)試

采用Kei1軟件進行程序仿真調(diào)試。程序首先通過匯編及語法錯誤檢查，然后在仿真CPU中進行調(diào)試直至正確，則可保存其生成的目標文件(HEX文件)供單片機使用。

4.2硬件仿真調(diào)試

硬件仿真調(diào)試利用proteus軟件為主，生成的HEX文件將在proteus環(huán)境中的中導(dǎo)入單片機進行仿真為對PID閉環(huán)控制的仿真，其中比例系數(shù)Kp=1.4、積分時間常數(shù)Ti=1、微分間常數(shù)Td=6。可以看出，該PID閉環(huán)系統(tǒng)可以很快(穩(wěn)定時間為32.7s)達到溫度設(shè)定值，故系統(tǒng)達到了預(yù)先快、準、穩(wěn)的要求。

單片機溫度控制系統(tǒng)范文第5篇

關(guān)鍵詞： 單片機； MSP430F149； 模糊PID控制； 電阻爐

中圖分類號： TP273.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）05-0056-02

電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關(guān)爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，傳統(tǒng)的加熱爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的模型基礎(chǔ)上，難以保證加熱工藝要求。故引入模糊控制，采用模糊PID算法，運用MSP430F149單片機對電阻爐實現(xiàn)智能的溫度控制，可以解決上述種種不足，從而實現(xiàn)可靠的控制，達到生產(chǎn)實際的需要。

一、智能溫度控制的硬件系統(tǒng)

智能溫度控制系統(tǒng)利用MSP430F149單片機及其接口電路實現(xiàn)對電爐所加熱的水或空氣等介質(zhì)溫度進行控制，可以方便快捷地調(diào)節(jié)和控制所要設(shè)定的溫度。此系統(tǒng)由電源、控制算法、溫度檢測、鍵盤輸入、溫度顯示等幾大部分組成，如圖1。

用MSP430F149作為控制芯片，熱電偶采集溫度數(shù)據(jù)，由于控制芯片集成有外部8路A/D轉(zhuǎn)換器，再者對溫度信號又沒有很高的要求，可以達到預(yù)期的效果。采用1602顯示，顯示兩行，每行顯示16個字符，上面一行顯示設(shè)定值，下面一行顯示當前值。4X4鍵盤用來輸入0~9數(shù)字、“*”、“確定”和“小數(shù)點”。熱電偶采集溫度范圍選擇在400℃～1000℃范圍。留些余量，實際采集范圍500-900℃。如果溫度范圍不滿足采集需要，可以用合適范圍的熱電偶替換，再對A/D轉(zhuǎn)換部分程序做小的改動就可以了。報警模塊：對超出設(shè)定值±10℃進行報警。

二、模糊PID控制算法設(shè)計

1.模糊控制原理

s：系統(tǒng)的設(shè)定值。

x1、x2：模糊控制的輸入（精確量）。

X1、X2：模糊量化處理后的模糊量。

U:經(jīng)過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。

u：經(jīng)模糊判決后得到的ΔKp、Δki、ΔKd

v：經(jīng)PID算法計算的PWM波占空比。

Y：對象的輸出。

常規(guī)PID參數(shù)自調(diào)整的模糊控制器采用二輸入三輸出的形式，該控制器是以e和Δe即上圖的x1、x2，以ΔKp、Δki、ΔKd作為輸出。

2.模糊化設(shè)計

電阻爐溫度控制系統(tǒng)將采樣得到的溫度信號與系統(tǒng)溫度設(shè)定值進行比較，得到系統(tǒng)的輸入語言變量溫度誤差e、溫度誤差變化Δe，輸出語言變量為PID的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變化ΔKp、Δki、ΔKd。將溫度誤差e、溫度誤差變化Δe定義為模糊集上的論域：E，ΔE={-10，-5，0，5，10}。

其模糊子集為：E，ΔE={NB，NS，ZO，PS，PB}，子集中的元素風(fēng)別為負大、負小、零、正小、正大。

3.模糊推理及模糊決策

（1）根據(jù)控制規(guī)則表編寫對應(yīng)的模糊推理語句，例如：

If e is NB and Δe is NB then ΔK is PB[0]

If e is NS and Δe is NS then ΔK is PS[0]

……….

（2）模糊推理

模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯。這里為了程序的簡單，給這二十五條規(guī)則分別對應(yīng)一組ΔKp、Δki、ΔKd值，計算輸出時加在系統(tǒng)的基礎(chǔ)PID值上，作為修正。

3.精確化計算

由于模糊推理機得出的控制量是一個經(jīng)過修正的PID量，經(jīng)過計算也不能對系統(tǒng)進行控制。因此，接了常規(guī)的PID控制器，讓其控制輸出有一定占空比的PWM波，來控制電阻爐的加熱功率，從而控制溫度。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

為便于程序的使用和維護，系統(tǒng)全部程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，由一個主程序和若干中斷響應(yīng)子程序組成，這里給出主程序流程圖如圖4所示。

增量型PID控制器計算程序流程圖如圖5所示

采用模糊PID控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，調(diào)節(jié)精度提高，穩(wěn)態(tài)性能變好；無超調(diào)和振蕩，具有較強的魯棒性；在同樣的精度要求下，系統(tǒng)過渡時間變短。在電阻爐的溫度控制中，避開了對電阻爐建立精確的數(shù)學(xué)模型這一難題，取得了較好的控制效果。

參考文獻：

[1] 潘笑，高玉玲等.基于模糊PID的AT89C2051單片機智能溫度控制系統(tǒng)[EB/OLD].兵工自動化網(wǎng)，2006.

[2] 劉金錕.智能控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.