基于单片机的电阻炉温控制系统设计

本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455摘 要在现代工业生产中，人们需要对各类加热炉、 反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。为适应这一需要有必要设计一个性能良好、 操作方便的温度控制系统。课题主要设计一个水温测控系统 ，控制锅炉中水的温度，选择合适的控制规律，使锅炉中水的温度按预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘 ，显示电路设定目标温度和参数。控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、温度显示/设定模块、温度控制模块、单片机与上位机通信模块。系统可通过键盘对电阻炉水温以及恒温时间长短进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过 PWM 控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。另外通过单片机的串口与上位机通信，通过上位机软件实时显示当前温度和历史温度并且绘制出温度曲线，让系统的可读性更强，实现了远程监测的功能 2。关键词：电阻炉，温度曲线，PWM，上位机Abstract本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455The project is mainly about designing a water temperature monitoring system to control the water temperature in the boiler, and choosing proper control rules to make water temperature in the boiler change within the predetermined path, with the function of alerting temperature rising limit. Through the keyboard and display, we can set the goal temp. and other parameters. Control system, according to the functions, includes temperature sensor module, the temperature display / setting module, a temperature control module, MCU and host computer communication module. System can preset the resistance furnace temperature and heating time through the keyboard. Single-chip microcomputer, according to the furnace temperature and preset temperature and the set of algorithms, calculates the volume control, and according to the control volume, using the PWM control solid state relay to switch on and off so as to control the resistance wire conduction time in order to achieve temperature control. In addition through the serial port of MCU and host computer communication, through the PC software, the device can fulfill the real-time display of current temperature and temperature history and draw out the temperature curve, making the system more readable, realizing the remote monitoring function.Key words: STC89C52, DS18B20, PWM, PC目录摘 要 .I本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455Abstract.II目录 .III1 绪论 .11.1 选题意义 .11.2 国内外发展趋势 .11.3 系统的主要性能指标 .21.4 主要工作任务 .22 系统方案选择和工作原理 .22.1 系统综述 .22.2 各模块电路的方案选择及论证 .32.2.1 系统硬件总框图 .32.2.2 主机控制模块 .42.2.3 温度控制模块 .42.2.4 温度采集模块 .52.2.5 显示模块 .52.2.6 上位机软件 .62.3 系统各模块的最终方案 .63 系统硬件设计 .73.1 STC89C52 构成的最小系统 .73.1.1 晶振回路 .73.1.2 复位电路 .83.2 温度采集模块的硬件设计 .83.2.1 温度传感器 DS18B20 概述 .83.2.2 温度采集模块的硬件设计 .103.3 报警电路设计 .103.4 电源电路设计 .113.5 按键电路设计 .123.5.1 矩阵式键盘的结构与工作原理 .123.5.2 矩阵键盘两种扫描方式 .133.6 显示电路设计 .133.6.1 LCD1602 简介 .133.6.2 LCD1602 管脚功能介绍 .143.6.3 温度显示模块电路图 .173.7 时钟电路设计 .17本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354553.7.1 DS1302 简介 .173.7.2 DS1302 的结构及工作原理 .183.7.3 DS1302 的控制字节 .183.7.4 数据输入输出(I/O) .183.7.5 DS1302 的寄存器 .193.7.6 DS1302 硬件连接图 .193.8 电平转换电路设计 .193.8.1 RS-232 标准介绍 .193.8.2 DB-9 连接器 .203.8.3 MAX232 芯片介绍 .223.8.4 串口硬件连接图 .223.9 继电器驱动电路设计 .223.9.1 固态继电器的分类与工作原理 .223.9.2 固态继电器的硬件连接图 .244 系统的软件设计 .244.1 主程序的设计 .254.2 液晶显示模块 .264.3 温度模块软件设计 .274.3.1 DS18B20 测温数据的读取程序设计 .274.3.2 DS18B20 温度读取流程 .324.4 中断服务函数 .334.5 上位机软件设计 .345 系统抗干扰措施 .375.1 软件抗干扰措施 .37结 论 .39致 谢 .40参考文献 .41附录 A 系统原理图 .42附录 B 系统总程序 .43本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354551 绪论1.1 选题意义随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，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和控制等等。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。随着电炉广泛应用于各行各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。而采用单片机进行炉温控制，不仅可以大大地提高控制质量和自动化水平，而且具有良好的经济效益和推广价值。为适应以上现实需要有必要设计一个基于单片机的性能良好、 操作方便的温度控制系统。1.2 国内外发展趋势自 1980 年以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度测控系统发展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自适应、参数自整定等方面取得显著成果。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化、性能优异的温度控制仪表，并在各行业广泛应用。其特点是适应于大惯性、大滞后等复杂温度测控系统，具有参数自整定功能和自学习功能，即温控器对控制对象、控制参数及特性进行自动整定，并根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强等特点。目前，国外温度控制仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，它在机械，冶金等行业的生产中占有十分重要的地位。对电阻炉温度控制的好坏直接影响工艺要求的温度水平和加热质量，以致直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，所以国内外关于电阻炉自动控制的研究一直备受重视，发展比较快，也取得了较为丰硕的成果。总的来说，电阻炉温度控制的发展分为以下三类：第一类: 经典控制方案第二类: 基于现代控制理论的设计方案第三类: 智能控制方案本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354551.3 系统的主要性能指标根据生活、生产环境，设计本产品的主要技术指标为：测温范围：0+99.9 。温度测量精度：在 085 时精度为0.5。可设置上限报警值，当温度超限时，发出报警信号。电源工作范围：DC4.55.5V。能够按照设定的温度曲线控温。1.4 主要工作任务在对各类温度传感器原理介绍的基础上，根据本毕业设计实际的任务要求，完成温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，并设计电源电路、显示接口电路、键盘电路、报警电路、时钟电路、单片机与上位机通信电平转换电路。系统开始工作后，根据初始条件读取温度值，测量数据经处理后，将其与设定的温度值比较，如果发现当前的温度超限，则发出报警信号，未超限时，系统显示正常的温度度值，并在达到设定的恒温温度时开始恒温计时。根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制 3。2 系统方案选择和工作原理本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354552.1 系统综述本文所要研究的课题是基于单片机控制的水炉温度控制系统，主要是介绍了对水箱温度的测控，实现了温度的实时显示及控制。用 DS18B20、STC89C52 单片机及 LCD 的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，由 DS18B20 检测炉内温度，并在 LCD1602 中显示。控制器是用 STC89C52 单片机，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。DS18B20 可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片 DS18B20 都有唯一的产品号，可以一并存入其 ROM 中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个 DS18S20 芯片。从 DS18S20读出或写入 DS18S20 信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，故不需要额外电源。同时DS18B20 能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。本设计主要实现温度测控，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动相应的功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再结合上位机通信部分来共同实现温度的监测与控制。22 各模块电路的方案选择及论证根据题目的基本要求，设计任务主要设计一个水温测控系统，控制锅炉中水的温度，选择合适的控制规律，使锅炉中水的温度按预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘，显示电路设定目标温度、控制参数、运行等。2.2.1 系统硬件总框图图 2-1 系统硬件总框图2.2.2 主机控制模块方案一：采用 FPGA 作为系统控制器。FPGA 功能强大，可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，可以减少体积，显示电路上位机通信报警电路温度检测电路按键电路时钟电路单片机本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455提高稳定性，并且可用 EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展，但成本较高。由于本设计对数据的处理速度本不高，FPGA 的高速处理优势得不到充分体现，且引脚较多。方案二：采用模拟放大器组成的 PID 控制系统。对于水温控制系统是足够的。但要附加显示，温度设置等功能，附加电路较多，且反应速度慢。方案三：采用 STC89C52 单片机作为控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑功能。本身带有定时/计数器，可以用来定时、计数，并且具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。基于以上分析，拟定方案三，由 STC89C52 作为主机控制部分。2.2.3 温度控制模块根据题目要求，可以用电阻炉进行加热，控制电阻炉的通断频率即可以控制加热的速度。当水温过高时，关掉电阻炉，即可使水温控制在设定的温度范围内。对加热控制模块有以下三种方案：方案一：采用可控硅来控制加热器有效功率。可控硅是一种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：控制导通的交流周期数达到控制功率的目的；控制导通角来控制交流功率。可以实现对交流电单个周期有效值周期性控制，保证系统的动态性能指标。该方案电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件。但该方案可以实现功率的连续调节，因此反应速度快，控制精度高。方案二：采用电磁继电器作为控制器件。电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压。但是电磁继电器开关频率低，不能用于开关频率高的场合。方案三：采用固态继电器控制。使用固态继电器可以很容易地实现控制较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。固态继电器具有控制电压宽（332 V） 、驱动电流小（520 mA） 、通断延间小（报警温度？声光报警当前温度+10=预设温度一？N要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。开始计时当前计时=预设时间一？当前温度+10=预设温度二？N要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。Y要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。Y要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。开始计时当前计时=预设时间二？跳出温控本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455图 4-1 系统流程图4.2 液晶显示模块液晶显示模块主要完成人机交互界面的显示及系统相关的操作指示。具体能显示预设温度值、预设温控时间、当前的温度值。液晶工作流程如图 4-2：液晶驱动函数写命令函数 写数据函数液晶管脚定义温度读取显示子函数图 4-2 液 晶 显 示 流 程 图4.3温度模块软件设计4.3.1 DS18B20 测温数据的读取程序设计本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455对炉内温度的检测通过数字温度传感器 DS18B20 实现的，在温度模块硬件电路的设计中已经对的硬件电路做了设计，现在设计 DS18B20 的软件部分。.DS18B20 的内部数据部件1)光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的, 它可以看作是 DS18B20的地址序列码。64 位光刻的 ROM 排列是:开始 8 位 (24H)是产品类型标号, 接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号, 最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同, 这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。2)DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量, 以 12 位转化为例用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供, 以 0.0625 /LSB 的形式表达, 其中 S 为符号。如表 4-1 所示：表4-1 DS18B20温度值格式表S S S S S262524232221202- 12- 22- 32- 4B i t 7 B i t 6 B i t 5 B i t 4 B i t 3 B i t 2 B i t 1 B i t 0B i t 1 5 B i t 8B i t 1 4 B i t 9B i t 1 1B i t 1 3 B i t 1 0B i t 1 2L S B y t eM S B y t e这是 12 位转化后得到的 12 位数据, 存储在的两个 8 比特的 RAM 中, 二进制中的前面 5 位是符号位, 如果测得的温度大于 0, 这位为 0, 只要将测到的数值乘以 0.0625 即可得到实际温度,如果温度小于 0, 这位为 1, 测到的数值需要取反加1 再乘以 0.0625 即可得到实际温度。例如+125的数字输出为,07D0H,+25.0625 的数字输出为,0191H,-25.0625的数字输出为,FF6FH -55的数字输出为FC90H。.单总线协议单总线协议能够实现数据的双向传输, 操作包括数据的读写和复位功能。下面对各个方面进行具体的介绍。1)总线复位 ,首先必须对 DS18B20 进行复位，由单片机给 DS18B20 单总线至少 480Us 的低电平信号，当 DS18B20 接到此复位信号后，延时 15-60us，通过大地总线 60-240us 来产生应答脉冲。主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单总线器件在线，通信双方达成基本协议。复位时序如图 4-3 所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455单片机接收复位脉冲最小 4 8 0 u s最大9 6 0 u s单片机发送复位脉冲D S 1 8 B 2 0 响应6 02 4 0 u s最小 4 8 0 u s等待 1 56 0 u s图4-3 复位时序图2)控制器发送ROM指令。一旦总线主机检测到应答信号，便可以发起ROM操作指令。 。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接多少个DS18B20并做出处理。一般只挂一个DS18B20时可以跳过ROM指令。指令表如4-2所示：表 4-2 ROM 指令表指令代码 功能说明读ROM 0x33 用于读出DS18B20 内集成的64位激光ROM序列号匹配ROM 0x55跳过ROM 0xCC搜索ROM 0xF0多个DS18B20在线时 , 可用此命令匹配一个给定序列号，此后命令就针对该芯片忽略序列号, 对所有在线的DS18B20进行配置用于读出在线的DS18B20 的序列号报警ROM 0xEC 对温度超过上限或者下限时，读出报警的DS18B203)DS18B20 共有 9 个 RAM,每个字节为 8 位。第 1、2 个字节是温度转换后的数值信息，3、4 个字节是用户 E2PROM(常用于温度报警值存储)的镜像，在上电复位时旗帜被刷新。第五个字节则是用户第三个 E2PROM 的镜像。第 6、7、8个字节为计数器寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。E2PROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据。RAM 及 E2PROM 结构图如图 4-4 所示。本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455温度低字节温度高字节T H / U S E R B Y T E 1C O N F I N G保留T H / U S E R B Y T E 2保留保留C R CT H / U S E R B Y T E 1C O N F I N GT H / U S E R B Y T E 2123456789E 2 P R O M图 4-4 DS18B20 RAM 及 E2PROM 结构图控制器发送存储器操作指令：在执行 ROM 指令后才能执行内存指令。在ROM 指令发送给 DS18B20 之后，紧接着就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为 8 位，共 6 条，见表 4-3。表 4-3 RAM 指令表指令代码 功能说明温度变换 0x44 启动温度转换，12位转换最长750ms读温度寄存器 0xBE 读取温度寄存器的温度值写温度寄存器 0x4E 发出内部RAM的3、4字节写上下限温度数据命令，在该命令后紧跟两个字节数据复制温度寄存器 0x4B 将RAM中的3、4字节数据复制到E2PROM 中重调E2PROM 0xB8 将E2PROM中的数据拷贝到温度寄存器中读供电方式 0xB4 寄生供电时，DS18B20 发送“0” ；外接电源供电时，DS18B20 发送“1”4)数据处理：DS18B20 要求严格的时序来保证数据的完整性。在单线 DQ 上，存在复位脉冲、应答脉冲、写“0” 、写“1” 、读“0”、读“1”几种信号类型。数据位的读写是由读写时序来实现的。写时序：当主机将数据线从高电平拉至低电平时，产生时序，写时序分别为写“0”和写“1”，时序图如下图所示。在写数据时序的前 15us 总线需要是被控制器拉为低电平，而后则将是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在 15-60us，采样时间内如果控制器将总线拉高则表示写“1” ，如果控制器将总线拉低则表示写“0”。每一位的发送都应该至少 15us 的低电平起始位，随后的数据 “0”或“1”应该在 45us 内完成。整个位的发送时间应该保持在 60-120us，否则不能保证通信的正常。 本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455写时序图如图 4-5 所示。单片机写 ” 0 ”单片机写 “ 1 ”3 0 u s1 5 u s1 5 u s1 5 u s1 5 u s3 0 u s 1 u sD S 1 8 B 2 0 采样 D S 1 8 B 2 0 采样图 4-5 写时序图读时序：该时序也是必须有主机产生 1us 的低电平，表示该时间的起始。然后在总线被释放后的 15us 中 DS18B20 会发送内部数据位，因此再次 15us 内主机必须停止把 DQ 引脚置底，这时控制如果发现总线为高电平表示读数据“1” ，如果总线为低电平，则表示读数据“0” 。每一位的读取之前都由控制器加一个起始信号。图 4-5 为读时序图。1 5 u s1 5 u s 1 5 u s 1 5 u s3 0 u s3 0 u s单片机读 “ 0 ”单片机读 “ 1 ” 1 u s图 4-5 读时序图所有的读写时序至少需要 60us 且每两个独立的时序至少 1us 的回复时间。在写时序中，主机将在拉低总线 15us 内释放总线，并向 DS18B20 写“1” 。若主机拉低总先后能保持至少 60us 的低电平，则向单总线器件写 “0”。DS18B20 仅在主机发出读时序时才产生向主机传输数据，所以当主机向 DS18B20 发出度数据命令后。必须马上产生时序，以便 DS18B20 传输数据。4.3.2 DS18B20 温度读取流程本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455单片机在实现 DS18B20 温度转换和读取的程序设计中必须严格按照其时序来进行，此设计中，单总线上只挂接了一个 DS18B20，所以不用对 ROM 寄存器进行操作，直接跳过 ROM，对 RAM 寄存器进行操作。在单片机发出温度转换命令后，须延时，以便 DS18B20 完成温度转换，在单片机发出读温度命令后，必须马上产生读时序接收 DS18B20 的发回来的数据。温度模块主流程图如图 4-6所示。图 4-6 温度读程序流程图4.4中断服务函数该中断服务函数属于定时中断，当定时时间到则赋标志位。当 flag_get=1 时进行温度采集；当 flag_get1=1 时进行温度比较、时间比较；当 second=5 时进行上位机通信；当 flag_pid=1 时进行 pid 温控。中断函数流程图如下所示：INT0 中断温度采集、串口通信温度读取子程序初始化 DS18b20跳过读序列号温度转换延时等待温度转换完成初始化 DS18b20跳过读序列号操作发起读暂存器命令读取温度高、低位字节将温度数据转换为十六进制返回本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455保护现场num=200?flag_pid=1？NYNYNYYYN图 4-7 INT0 中断服务程序框图4.5上位机软件设计串口通信是 MCU 跟 PC 通信经常用到的一种通信方式，做界面、写上位机程序的编程语言、编译环境有不少，诸如 VB、VC+，Delphi、LABVIEW 等等，不过用 VB 无疑是最快速最简便的，实现的功能也足够强大，足以满足我们的基本需要了。我利用 VB 写出了一个用于数据采集的串口上位机程序，实现数据的接收和实时绘图。为了方便设计，通讯协议中将采用字符型数据（遵循 ASCII 字符集）进行传温控 PID返回恢复现场本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455输，一共 5 个字节数据，下位机按照从第一字节到第五字节的顺序以字符型形式发送数据，第一个字节是符号符，第二，三，四字节分别是百位，十位，和个位数字，第五个字节是结束符。软件程序如下：Dim X As Integer 定义变量 x 用于记录数据个数Dim y0 As Integer 定义变量 y0 用于记录上一次数据Dim Y As Integer 定义变量 y 用于记录当前数据Private Sub Command1_Click() MSComm1.CommPort = 4设置通信端口号为 COM4，这个要根据自己所使用的串口而定MSComm1.Settings = 9600,n,8,1 设置串口参数，表示传输速率为9600bit/s，没有奇偶校验位，8 位数据位，1 位停止位这里串口上位机的设置一定要和下位机一致MSComm1.InputMode = 0接收文本型数据，如果设置为 1 则以二进制的形式取回传入的数据MSComm1.PortOpen = True打开通信端口 4True 即为打开端口，设置为 False 则为关上端口如果 CommPort 属性设置为一个非法端口，则会产生错误 68（设备无效）Picture1.Scale (0, 1000)-(200, -100)定义 Picture1 的坐标系，左上角坐标值 (0, 1000)到右下角坐标值 (200, -100)Picture1.Line (0, 0)-(200, 0), RGB(0, 0, 255)用 RGB 颜色（0,0,255）画出 X 轴Shape1.FillColor = RGB(0, 255, 0)将指示灯调整为绿色Timer1.Enabled = True启动 Timer1 定时器End SubPrivate Sub Command2_Click()EndEnd SubPrivate Sub Command3_Click()Timer1.Enabled = Fase本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455Shape1.FillColor = RGB(255, 0, 0)End SubPrivate Sub Command4_Click()Timer1.Enabled = TrueShape1.FillColor = RGB(0, 255, 0)将指示灯调整为绿色End SubPrivate Sub Timer1_Timer()Dim buf$ 定义一个字符串变量buf = Trim(MSComm1.Input) 将串口接收缓冲区内的数据读入buf 变量中If Len(buf) 0 And X A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。B、优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。C、缺点：无法抑制那种周期性的干扰，平滑度差。第 2 种方法：中位值滤波法A、方法：连续采样 N 次（N 取奇数） ，把 N 次采样值按大小排列取中间值为本次有效值。B、优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。C、缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。第 3 种方法：算术平均滤波法A、方法：连续取 N 个采样值进行算术平均运算，N 值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；N 值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高。B、优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。C、缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。第 4 种方法：递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）A、方法：把连续取 N 个采样值看成一个队列，队列的长度固定为 N。每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)，把队列中的 N 个本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果，N 值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=412；温度，N=14。B、优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统 。C、缺点：灵敏度低；对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差；不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差；不适用于脉冲干扰比较严重的场合；比较浪费 RAM。第 5 种方法：中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）A、方法：相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法” ，连续采样 N 个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算 N-2 个数据的算术平均值，N 值的选取：314。B、优点：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。C、缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费 RAM。该设计采用限幅滤波法和中位值滤波法，两种方法都能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。结 论在硬件电路设计中选用了 STC89C52 作为系统的核心控制部件。STC89C52 单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455逻辑功能。本身带有定时/计数器，可以用来定时、计数，并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。温度检测采用了数字集成芯片 DS18b20 传感器，自带有A/D（模数转换）模块。DS18B20 属于单总线器件，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，具有线路简单，性能稳定体积小的特点。用 LCD1602 作为显示器件，方便实时显示温度、时间等字符数据，并且编程简洁。用矩阵键盘进行温度和恒温时间的设定，直接进行数字输入，方便快捷。并且尝试用 vb 编写了上位机软件，温度数据可以通过串口传送给上位机，该上位机通信设计满足了远程通信的要求。方案拟定测控水炉温度，采用单点测温。报警电路采用声光报警方式，并首次尝试使用一个 I/O 口控制三极管驱动蜂鸣器和 LED 发光二极管。但是设计尚有不足之处，比如温控精度还不是很高，没有实现多点测温。参考文献1 于海生. 计算机控制技术M.北京：机械工业出版社，20072 范立南. 单片微型计算机控制系统设计M.北京：人民邮电出版社，20043 朱定华. 单片机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，2006本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：1945354554 马建伟, 李银伢. PID 控制设计理论与方法M.北京：科学出版社，20085 钱显毅. 传感器原理与应用M.南京：东南大学出版社，20086 江思敏, 陈明. Protel 电路设计教程M. 北京：清华大学出版社，20087 谭浩强. C 程序设计M.北京：清华大学出版社， 20058 范风强. 单片机语言 C51 应用实战集锦M.北京：电子工业出版社， 20059 沙占友. 智能化集成温度传感器原理与应用M. 北京：机械工业出版社，2002 10 M.Morris Mano.Digital Design. 3rd ed. Beijing: Pearson Education North Asia Limited and Higher Education pressM,200211 Donald D. Givone. Digital Principles andDesign. Mcgraw-Hill Companies,Inc. M,200312 Michael D. Ciletti. Verilog HDLM,200513 MuhammadH. Rashid. Microelectronic Ciruits: Analysis and DesignM,2002致 谢经过近两个多月的努力，在邢广成老师的悉心指导下我顺利的完成了毕业设计。此次设计是一次很好的锻炼机会，通过毕业设计我学到了很多东西，经受了一次实战考验。设计期间自己付出了很多，很多休息日都是在电脑前度过，一遍本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455遍的调试程序，但是设计的这段时间我感到很充实。在做毕业设计的过程中，邢广成老师不仅给我提了许多指导性的意见，还时时关注我的设计进度。他兢兢业业的工作作风、随和的态度给我留下了非常深刻的印象。没有邢广成老师的指导和帮助，我是不可能按时完成毕业设计的。感谢邢广成老师给予我精心的指导和帮助。在此，我要向我的导师邢广成老师表示最衷心的感谢！同时还要感谢同班的许多同学，我们在相互学习和交流中，解决问题共同进步。谨在此一并感谢！最后，对各位老师审阅我的设计深表感谢，并渴望给予批评指正。附录 A 系统原理图本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455附录 B 系统总程序#include#includeds1302.h#includelcd1602.h本科毕业设计（论文）全套资料扣扣：194535455#includeintrins.h#includeds18b20.h#includemath.h#includeintrins.h#includestdio.h#define CIRCLE 300uint bjflag;uint temp,wen,wensf,wens,weng,flag_pid,counter,high_time,wenflag=0,wensflag;unsigned char code table0= dian zu lu wen ;/第一行显示uchar code table1=kong zhi xi tong;/第二行显示uchar code table2=T1: . c t1: s ;uchar code table3=T2: . c t2: s ;uchar code table4=now wend