温度控制系统的设计单片机期末课程设计(共13页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 第1节 引 言21.1温度控制系统概述21.2本设计任务和主要内容2第2节 系统主要硬件电路设计42.1温度控制系统原理图42.2系统电路42.2.1 8155用作键盘/LED显示器接口电路42.2.2 温度检测和变送器52.2.3 接口电路52.2.4 温度控制电路6第3节 系统的软件设计73.1温度控制算法73.2系统主程序设计73.3中断服务程序设计93.4采样程序设计113.5 数字滤波子程序设计12第4节 结束语14参考文献15基于单片机的温度控制系统第1节 引 言 随着社会主义现代化的发展，在科学技术突飞猛进的今天，人工智能起不不可忽视的作用。尤其是各种

2、智能化的仪器、仪表在农、工业的广泛应用给社会带来了极大的便利。本文就是一个利用温度来实现简单智能控制的例子。它完成了从温度的采集、转换、显示以及控制的一系列任务。例如根据温度来控制热水器、电风扇等与温度有关的设备。但是它提供了一个通过温度来控制设备的基本思想和原理。相信能在实际应用中为我们的生活带来更大的便利。1.1 温度控制系统概述 单片微型机简称单片机，它是在一片芯片上集成了中央处理部件，存储器、定时器/计数器和各种输入输出设备等接口部件。单片机是微机发展的一个重要的分支，自问世以来，性能不断地改善和提高，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗小、使用方便、性能可靠、价格便宜

3、等优点，故在工业控制、数据采集和处理、通信系统、家用电器等领域的应用日益广泛。国内虽然起步较晚，但单片机的潜力越来越被人们所重视，尤其在工业控制、自动化仪器仪表、计算机系统接口、智能化外设等应用领域发展很快。它的应用对于产品升级换代、机电一体化都具有重要的意义 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主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，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。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量

4、。1.2设计任务和主要内容本文主要研究简单的温度控制系统。其主要内容如下：实现n段可编程调节，有恒速升温段、保温段和恒速降温段三种控温线段。具有四路模拟量输入。具有一路模拟量输出和八路开关量输出。具有超偏报警功能。超偏时，发光管以闪光形式报警。输入、输出通道和主机都用光电耦合器进行隔离，使仪器具有较强的抗干扰力。可以在线设置或修改参数和状态，例如程序设定去想转折点温度Ti和转折点是间ti值、PID参数、开关量状态、报警参数和重复次数等，并可通过总时间t值的修改，实现跳过或重复某一段程序的操作。具有12个功能键，其中10个是参数命令键。仪器具有掉电保护功能。相关公式如下： (1-1)第2节 系统

5、主要硬件电路设计2.1 温度控制系统原理图 图2-1 单片机温度控制系统电路原理图22 系统电路2.2.1 8155用作键盘/LED显示器接口电路8155用作键盘/LED显示器接口电路。图2-2中键盘有30个按键，分成六行（L0L5）五列（R0R4），只要某键被按下，相应的行线和列线才会接通。图中30个按键分三类：一是数字键09，共10个；二是功能键18个；三是剩余两个键，可定义或设置成复位键等。为了减少硬件开销，提高系统可靠性和降低成本，采用动态扫描显示。A口和所有LED的八段引线相连，各LED的控制端G和8155C口相连，故A口为字形口，C口为字位口，8031可以通过C口控制LED是否点亮

6、，通过A口显示字符。图2-2 8155用作键盘/LED显示器接口电路2.2.2 温度检测和变送器温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。镍铬/镍铝热电偶适用于01000的温度检测范围，相应输出电压为0mV41.32mV。变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV41.32mV变换成4mA20mA的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的4mA20mA电流变换成05V的电压。为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。例如：若温度测量范围为5001000，则热电偶输出为20.6mV41.32mV，毫伏变送器零点迁移后输出4mA20mA范围

7、电流。这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度达到1.96以内。2.2.3 接口电路接口电路采用MCS-51系列单片机8031，外围扩展并行接口8155，程序存储器EPROM2764，模数转换器ADC0809等芯片。由图2-1可见，在P2.0=0和P2.1=0时，8155选中它内部的RAM工作；在P2.0=1和P2.1=0时，8155选中它内部的三个I/O端口工作。相应的地址分配为： 0000H 00FFH 8155内部RAM 0100H 命令/状态口0101H A 口0102H B 口0103H C 口0104H 定时器低8位口0105H 定时器高8位口2764是8K EPROM型器件。80

8、31的PSEN和2764的OE相连，P2.5和CE相连，所以2764的地址空间为：0000H-1FFFH，ADC0809的0通道（IN0 其他输入端可作备用）和变送器的输出端相连，所以从通道0（IN0）上输入的0V-+5V范围的模拟电压经A/D转换后可由8031通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元，在P2.2=0和WR=0时，8031可使ALE和START变为高电平而启动ADC0809工作；在P2.2=0和RD=0时，8031可以从ADC0809接收A/D转换后的数字量。也就是说ADC0809可以视为8031的一个外部RAM单元，地址为03F8H（地址重复范围很大），因此，8031执行如下

9、程序可以启动ADC0809工作。MOV DPTR，#03F8H MOVX DPTR,A 若8031执行下列程序： MOV DPTR，#03F8H MOVX A，DPTR 则可以从ADC0809输入A/D转换后的数字量。2.2.4 温度控制电路8031对温度的控制是通过双向可控硅实现的。如图2-1所示，双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。可控硅接通时间可以通过可控硅控制极上触发脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在P1.3引脚上产生，在过零同步脉冲同步后经光电耦合管和驱动器输出送到

10、可控硅的控制极上。 第3节 系统的软件设计3.1 温度控制算法通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制，这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。3.2 系统主程序设计主程序包括8031本身的初始化、并行接口8155初始化等等。大体说来，本程序包括设置有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T0初始化、CPU开中断、温度显示和键盘扫描等程序。开始设定堆栈指针 清标志和暂存单 清显示缓存区 设定参数初值To初始化CPU开

11、中断扫描键盘温度显示图3-1 主程序框图主程序: MOV 81H, 50H；设堆栈 CLR 5EH ；清本次越限标志 CLR 5FH ；清上次 CLR A ； MOV 2FH, A ； MOV 30H, A ； MOV 3BH, A ； MOV 3CH, A ；清暂存单元 MOV 3DH, A ； MOV 3EH, A ； MOV 44H, A ； MOV DISM0,A ； MOV DISM1,A ； MOV DISM2,A ； MOV DISM3,A ； MOV DISM4,A ； MOV DISM5,A ；清显示缓冲 MOV TMOD，56H；T0方式2：T1方式1计数 MOV TL0，

12、 06H； MOV TH0， 06H；TO赋值 CLR PT0 ；T0为低优先级中断 SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB EA ；CPU中断 LOOP： ACALL DISPLY ；调用显示程序 ACALL SCAN ；调用扫描程序 ATMP LOOP ；等待中断 3.3 中断服务程序的设计 T0中断服务程序： PUSH A ； PUSH DPL ； PUSH DPH ；保护现场 SETB D5H ；置标志 ACALL SAMP ；调用采样子程序 ACALL FILTER ；调用数字滤波程序 CJNE A，42H，TPL；Ui（K）Umax则TPL WL:

13、 MOV C，5EH ； MOV 5FH，C ；交换标志 CLR 5EH ；清本次标志 ACALL UPL ；上限处理 POP DPH ； POP DPL ；恢复现场 POP A ； RETI ；中断返回 TPL： JNC TPL1 ；若Ui（K）Vmax则TPL1 CLR 5FH ；清上次越限标志 CJNE A，43H，MTPL；Ui（K）Umin则MTPL HAT： SETB P1.1 ；正常，绿 ACALL PID ；计算PID MOV A，2FH ；PLD值（A） CPL A ； INC A ；求TL1值 NM： SETB P1.3 ；输出控制脉冲 MOV TL1， A ；T1赋初值

14、MOV TH1，#OFFH SETB PT1 ；T1高优先级中断³ SETB TR1 ；启动T1 SETB ET1 ；允许T1中断 ACALL TRAST ；标度转换 LOOP： ACALL DISPLY ；显示温度 JB D5H，LOOP；等待T1中断 POP A POP DPH POP DPL RETI ；中断返回 MTPL： JNC HAT ；若Ui(k)Umin则HAT SETB P1.0 ； MOV A，45H ； CPL A ； INC A ； AJMP NM ； TPL1： SETB 5EH ；置本次越限标志 JNB 5FH，WL ；若上次没越限则转 INC 44H ；

15、越限计数器加1 MOV A，44H ； CLR C ； SUBB A， #N ； JNZ WL ；越限次数不等于N转 SETB P1.2 ；上限报警，红灯亮 CLR 5EH ； CLR 5FH ；清标志 POP A ； POP DPH ； POP DPL ；恢复现场 RETI ；从中断返回 T1中断服务程序（由001BH转来） CLR D5H ；清标志 CLR P1.3 ；停止输出 RETI ；从中断返回3.4 采样程序的设计 SMAP： MOV R0，#2CH ；采样值首址 MOV R1， #03H ；计数器赋值 SAM1： MOV DPTR，#03F8H MOVX DPTR， A ；启动A

16、DC MOV R2， #20H ；延时 DLY： DJNZ R2， DLY ；结束？ HERE： JB P3.3,HERE ；等待ADC结束 MOVX A， DPTR ； MOV RO， A ；存放采样值 INC RO ； DJNE R1 SAM1 ； RET ；3.5 数字滤波子程序设计 微机控制系统通常直接放在生产现场，会受到严重干扰，系统采用滤波方法来滤除干扰，数字滤波算法有很多，本系统采用中值滤波，就是连续三次取样，取中间值作为本次采样值。 三次采样值分别放于2CH，2DH，2EH中，取中间值放在累加器A中，同时也转放在2AH单元中，以备进行温度标度转换用。 程序清单如下： FILTE

17、R：MOV A， 2CH ； (2CH)送A CJNZ A， 2DH， CMP1 ；若（2CH）(2DH)则CMP1 ATMP CMP2 ； 否则转CMP2 CMP1： JNC CMP2 ； 若（2CH）(2DH)则CMP2 XCH A， 2DH ； XCH A， 2CH ； CMP2： MOV A， 2DH ； CJNE A， 2EH，CMP3；若（2DH）(2EH)则CMP3 MOV 2AH，A ； 否则（2DH）送2AH RET ； 返回 CMP3： JC CMP4 ； 若（2DH）(2EH)则CMP4 MOV 2AH， A ； RET ； CMP4： MOV A， 2EH ； CJNE

18、 A， 2CH，CMP5；若（2EH）(2CH)则CMP5 MOV 2AH，A ； RET CMP5： JC CMP6 ； 若（2EH）(2CH)则CMP6 XCH A， 2CH ； CMP6： MOV 2AH,A ； RET ； 结 束 语 经过这次温度控制系统的设计，使我对单片机的知识又有了新的了解，也明白了写一篇应用系统的步骤和格式，有过这样的一次训练，相信以后再有相类似的报告，我可以很好的完成，也为我写毕业论文打下了一定的基础。温度控制系统在生活的各个方面都能用到，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。因此，这个课题具有很实际的意义。通过此次的课程设计，我知道了在不同的行业中，只要熟练掌握了一门有用的技术，便能在社会里发挥自