基于AVR单片机的炉温监测监控系统设计样本

基于AVR单片机炉温监测监控系统设计总阐明：温度是工业对象中重要被控参数之一，象冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用各种加热炉、热解决炉、反映炉等，对工件解决温度规定严格控制。随着电子技术和计算机技术迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速发展和广泛应用，温度控制手段也越来越优越，单片机因具备解决能力强、运营速度快、功耗低等长处，特别在温度测量与控制方面，控制简朴以便，测量范畴广，精度较高，得到了广泛应用。该系统设计了以AVR单片机为控制核心炉温监测监控系统。选取DS18B20作为温度传感器，实时监测低温电阻炉温度；基于交流触发器和晶闸管触发电路混合控制，达到迅速精确调节温度。设计了硬件原理图，并详细阐述了各个硬件构成某些工作原理，以及各某些所使用元器件。将其应用于电加热炉温度控制系统智能控制系统，满足了温度控制稳定性规定，减少了操作人员劳动量和带来人为误差，提高了产品热解决质量。本基于AVR单片机炉温监测监控系统设计总体方案涉及：一、温度监测系统硬件电路设计；二、系统软件设计；三、PID控制器设计。一方面是温度传感器选取。当前惯用测温传感器分模仿和数字两种方式：模仿方式如热敏元件或热电阻等；数字方式多采用智能芯片DS18B20。模仿方式有诸多小足。相比之下数字式比模仿式有更大优势。新代数字温度传感器DS18B20其长处是：电压合用范畴宽；单线接口数据传播方式；支持组网实现多点测温；测温范畴宽、精度高、体积小、外围电路简朴等。本系统选取温度传感器就是DS18B20，系统开始工作时，DS18B20采集温度信号并将信号送到单片机中，再将相应温度送显示并保存数据信息，同步单片机会依照初始化所设立温度进行比较，将其差值送PID控制器，解决后输出一定数值控制量，依照控制量，控制晶闸管主回路导通时间来调节输入功率，从而控制电阻丝发热量，达到控制温度目。另一方面，是外围硬件电路设计，外围硬件电路涉及温度检测、晶闸管触发电路、键盘及LCD显示电路、晶振电路，复位电路、报警电路等。本次设计选取AVR单片机型号为ATmega8，ATmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产基于AVRRISC构造8位单片机。依照单片机I/O口设计硬件电路，合理分派I/O接口，电路设计简洁、直观，成本低廉，温度测量精确。第三，系统软件设计。系统软件是依照系统功能规定来设计。软件按功能可分为两类，一类是执行软件，它能完毕各种实际性功能，如温度测量、计算、显示、输出控制等；另一类是监控软件，它是专门、用来协调各种执行模块和操作者关系，充当组织调度角色。第四，PID控制器设计。一种控制系统涉及控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器输出通过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统被控量，通过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。在工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其构造简朴、稳定性好、工作可靠、调节以便而成为工业控制重要技术之一。PID控制是由P，I，D三个环节不同组合而成。其基本构成原理比较简朴，参数物理意义也比较明确。本次设计是以温度为被控制量闭环控制系统，检测模块作为闭环反馈实时检测温度，通过放大解决后将信号传送给单片机，通过解决后，一方面送与系统温度设定值相比较，通过PID算法控制温度达到所需值，以达到更精确温度控制。核心词：AVR单片机；DS18B20；PID控制；温度检测与控TheFurnaceTemperatureMonitoringSystemofAVRSCMGeneralintroduction:Temperatureisoneofthemaincontrolledparametersinindustrialobjects.Allkindsofheatingfurnace，heattreatmentfurnaceandradiatorsarewidelyusedintheindustrylikesmetallurgy，machinery，foodandchemicalindustry，etc.It’sstrictlycontrolledintherequirementsofprocessingtemperature.Asthedevelopmentofelectronictechnologyandcomputertechnology，computermeasurementaswellasthecontroltechnologyobtainsarapiddevelopmentandwidespreadapplication.Morever，themeansoftemperaturecontrolgetsmoreandmoresuperior.SCMgetsawiderangeofapplicationsfortheadvantagesofstronghandlingability，fastrunningspeed，lowpowerconsumption.Apartfromthis，thesimpleandconvenientcontrolling，rangemeasuringandhighaccuracyintemperaturemeasurementandcontrolmakesitmoreandmorepopular.UsingAVRSCMasthecore，thearticledesignsafurnacetemperaturemonitoringsystem.ItchoosesDS18B20asthetemperaturesensortomonitorthelowtemperatureresistancefurnacetemperature.Basedonthemixcontrolofcommunicationtriggerandgrainbrakecanaltriggercircuit，itachievesthepurposeoffastandaccuratetemperatureadjustment.Thearticledesignsahardwareprinciplediagramtoillustratetheworkingprincipleofallpartsofthehardwareandeachbranchofthecomponents.Applyingintotheintelligentelectricheatingtemperaturecontrolsystem，itmeetstherequirementsofthetemperaturecontrolstability，reducestheamountsofoperatorsandhumanerror，improvestheproductqualityofheattreatment，eic.TheoveralldesignofAVRSCMFurnacetemperaturemonitoringsystemincludesthefollowingthreeparts：thehardwarecircuitdesignofthetemperaturemonitoringsystem，thedesignofthesystemsoftwareaswellasthedesignofPIDcontroller.First,thechoiceoftemperaturesensor.Innowadays，thecommontemperaturesensorhastwoways，oneisanalogandtheotherisdigital.Forexample，theemperaturesensingelementsandheatresistancebelongtotheanalogway，andthedigitaloneismainlyusingintelligentchipDS18B20.Comparedtotheanalogway，digitalwayhasmuchmoreadvantages，likestheWideapplicationscopeofvoltage，Oneinterfacedatatransmission，Multi-point，widerage，highprecision，smallvolumeandsimpleperipheralcircuittemperaturemeasurement，etc.ThetemperaturesensorchosenbythesystemisDS18B20.Aftertheoperatingofthesystem，DSI8B20collectesthetemperaturesignalandsendsittothechip，afterthat，itdisplaysthecorrespondingtemperatureandstoresthedata.Atthesametime，SCMwillcomparetherealtemperaturewiththeinitialsetoneandsendthedifferencetothePIDcontrollertogetaoutputofacertainamountofcontrolvolume.Andaccordingtothecontrolvolume，itcontrolsthethyristorcircuitconductiontimetoadjusttheinputpowerandcontrolsthecalorificvalueoftheresistancewire，aimstocontrolthetemperature.Second，thedesignofperipheralhardwarecircuit.PeripheralhardwarecircuitincludesTemperaturedetection，Thyristortriggercircuit，KeyboardandLCDdisplaycircuit，Crystalscircuit，Resetcircuit，Alarmcircuit，etc.ThetypeofAVRSCMwechooseisATmega8.ATmega8isan-eight-SCMbasedonAVRRISCstructure，producedbyalowpowerconsumptionCMOS.AccordingtotheI/OmouthSCM，wedesignthehardwarecircuitanddistributeI/Ointerfaceresonably.Thedesignissimple，intuitive，lowcostandaccuracytemperaturemeasurement.Third，thedesignofSystemsoftware.Thedesignsofsystemsoftwaremeetstherequirementsofsystemfunction.Thesoftwarecanbedividedintotwocategoriesbasedonthesystemfunction.OneisImplementsoftwarewhichcanperformavarietyofpracticalfunction，suchastemperaturemeasurement，calculation，display，outputcontrol，etc.TheotheroneisMonitoringsoftwarewhichisdedicatedtocoordinatethevariousexecutivemoduleandtheoperator，playingaroleasacoordinater.Four，thedesignofPIDcontroller.Acontrolsystemincludesthecontroller，sensors，transmitter，actuatorsandinput/outputinterface.Theoutputofthecontrollergoesthroughtheoutputinterfaceandactuatorsandaddedtothecontrolledsystem.Thequantityaccusedofthecontrolsystemgoesbythesensor，transmitterandsenttothecontrollerthroughtheinputinterface.Intheengineeringpractice，themostwidelyusedregulatorcontrollawsareScale，IntegralandDifferentialcontrol，PIDcontrolforshort.Withthehistoryofnearlyseventyyears，PIDcontrollerbecomesoneofthemaintechnologsinindustrialcontrolforthesimplestructure，goodstability，convenientadjustmentandreliableworking.PIDcontrolisacombinationofP，I，D.ThebasicprincipleofPIDcontrolisrathersimpleanditsparametersofthephysicalmeaningisratherclear.Thisdesignisaclosedloopcontrolsystemtodetectthefeedbackreal-timetemperatureofthemodule.Aftertheamplificationprocessing，itsendsthesignaltoSCM.ComparingwiththeinitialsettemperatureandcaculatingthenecessaryvaluesofbyPIDalgorithmtoreachtheaimofabetteraccuracytempraturecontrol.Keywords：AVRSingle-chipMicrocomputer;DS18B20;PIDControl;TemperatureDetectionandControl目录设计总阐明 IGeneralintroduction III1.绪论 11.1国内外温度控制系统发展概况 11.1.1国外温度控制系统发展状况 11.1.2国内温度控制系统发展概况 21.2温度控制研究意义 21.3本论文内容和重要工作 32.系统总体设计 42.1电阻炉数学模型及炉温控制曲线 42.2系统控制工艺规定 42.3系统构成和基本原理 52.3.1系统构成 52.3.2系统基本原理 53.硬件设计 73.1主机电路 73.1.1ATmega8简朴概述 73.1.2ATmega8重要特性 83.1.3ATmega8管脚阐明 103.1.4ATmega8单片机接口分派 113.2温度检测电路 123.2.1传感器DS18B20简介 123.2.2DS18B20供电方式 143.2.3DS18B20读写时序 153.2.4DS18B20测温原理 173.2.5DS18B20与单片机接线 183.3电源电路 193.4显示电路设计 203.4.1SMC1602A总线方式驱动接口及读/写时序 213.4.2SMC1602A操作指令 223.4.3SMC1602A和单片机接口电路 243.5键盘设立电路 253.6控制执行电路 253.6.1交流接触器工作原理 263.6.2可控硅触发电路调功控温 273.7时钟电路 293.8复位电路 303.9过限报警电路 314.软件设计 324.1主程序设计 324.1.1按键程序流程图 334.2PID控制算法 344.2.1PID控制原理 344.2.2PID控制及其算法 364.2.3PID参数整定 374.2.4PID软件设计流程图 405.结论 41参照文献 42道谢 43附录A：程序清单 44附录B：DS18B20驱动 53附录C：SMC1602A驱动 561.绪论在钢铁、机械、石油化工、电力、工业炉窑等工业生产中，电阻炉被广泛应用于其中。而电阻炉是一种模型随炉温变化而变化对象，这导致了温度成为这些行业极为普遍又极为重要热工参数之一。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。因而，测温、控温技术是发展最快、范畴最广技术之一。温度控制系统具备非线性、时滞以及不拟定性。单纯依托老式控制方式或当代控制方式都很难达到高质量控制效果。采用单片机进行温度控制不但具备控制以便、简朴和灵活性大等长处，并且可以大幅度提高被控温度技术指标。1.1国内外温度控制系统发展概况1.1.1国外温度控制系统发展状况由于工业过程控制需要，特别是在微电子技术和计算机技术迅猛发展以及自动控制理论和设计办法发展推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面获得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化、性能优秀温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们重要具备如下特点：（1）适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统控制。（2）可以适应于受控系统数学模型难以建立温度控制系统控制。（3）可以适应于受控系统过程复杂、参数时变温度控制系统控制。（4）这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进算法，适应范畴广泛。（5）普遍温控器具备参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具备对控制对象控制参数及特性进行自动整定功能。有还具备自学习功能，它可以依照历史经验及控制对象变化状况，自动调节有关控制参数，以保证控制效果最优化。（6）温度控制系统具备控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好特点。当前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面迅速发展。1.1.2国内温度控制系统发展概况温度控制系统在国内各行各业应用虽然已经十分广泛，但从国内生产温度控制器来讲，总体发展水平依然不高，同国外日本、美国、德国等先进国家相比，依然有着较大差距。当前，国内在这方面总体技术水平处在20世纪80年代中后期水平，成熟产品重要以“点位”控制及常规PID控制器为主，它只能适应普通温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十提成熟，形成商品化并广泛应用控制仪表较少。当前，国内在温度等控制仪表业与国外差距重要体当前如下几种方面：（1）行业内公司规模小，且较为分散，导致技术力量不集中，导致研发能力不强，制约技术发展。（2）商品化产品以PID控制器为主，智能化仪表少，这方面同国外差距较大。当前，国内公司复杂及精度规定高温度控制系统大多采用进口温度控制仪表。（3）仪表控制用核心技术、有关算法及控制软件方面研究较国外滞后。例如：在仪表控制参数自整定方面，国外已有较多成熟产品，但由于国外技术保密及国内开发工作滞后，还没有开发出性能可靠自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试来拟定。1.2温度控制研究意义在人类生活环境中，温度扮演着极其重要角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对与否能掌握温度有着绝对联系。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、热解决炉、反映炉和锅炉中温度进行检测和控制，可以说几乎80%工业部门都不得不考虑着温度因素。温度对于工业如此重要，由此设计一种具备高可靠性，灵活姓以便性和有高测量精度和辨别率，测量范畴大；抗干扰能力强，稳定性好；信号易于解决、传送和自动控制；便于动态及多路测量，读数直观；安装以便，维护简朴温控是很有必要。因此采用AVR单片机和DS1820传感器构成测温系统来对温度进行控制，不但具备控制以便、组态简朴和灵活性大等以上长处，并且可以大幅度提高被控温度技术指标，从而可以大大提高产品质量和数量。因而，单片机对温度控制问题是一种工业生产中经常会遇到问题。针对当前市场现状，本课题提出了一种可满足规定、可扩展并且性价比高单片机测温系统。1.3本论文内容和重要工作设计内容：结合电力电子技术，达到高效率控制电阻炉，减少调节温差，缩短调节时间，提高产品质量，减少燃耗,节约能源。参数设定便利、直观，温度测量精确，控制温度范畴30～80℃，过限报警，并最后由大屏幕液晶显示参数系统设计重要工作：（1）开发一种能进行数据解决，能完毕控制功能智能控制系统。该系统包括由AVR单片机及其复位电路，晶振电路，温度传感器与系数接口，显示电路，存储器及接口电路构成控制器，以温度为被控制量闭环控制系统。（2）依照系统功能规定对系统软件进行设计。（3）使用PID控制算法对温度进行控制。2.系统总体设计2.1电阻炉数学模型及炉温控制曲线被控对象是一种电阻炉，它传递函数可以表达为：=其中，表达对象惯性时间，K表达对象放大系数。一种电炉炉温控制规定按下图2-1所示曲线规律变化。从加温开始到a点（相应温度为Ta）为自由升温段，当温度达到Ta后收入模糊PID控制，使炉温在超调满足给定指标条件下进入保温段b－c，c－d段为自然降温段，无需控制。t/mint/mindcba0T/℃图2-1炉温控制曲线2.2系统控制工艺规定在工业生产中，温度是极为普遍又极为重要热工参数之一，为了保证生产过程正常安全运营，提高产品质量，减轻工人劳动强度，同步节约能源,须规定加热用各种电炉在一定条件下保持恒温，不能随电压波动而变化.或者有电炉依照工艺规定按照某个指定升温或保温律而变化，且超调量小或者无超调量，稳定性好，不振荡。依照工艺规定不同，大体上可以归纳为如下几种过程：（1）自由升温段，这一工艺过程规定执行元件向电阻炉输送最大能量，使加热炉全速升温到某一值，升温时间和速度没有详细规定，这时单片机不需要进行控制工作，只需检测炉温。（2）恒温段，这一工艺过程是温度控制重要工艺过程，它规定控制系统保证炉温在各种干扰下能稳定在容许范畴内。（3）自由降温段，这一工艺过程中执行元件不再向炉子输送能量，让其自然冷却到某一温度，此时单片机只需监测炉温即可，有时甚至不必做任何工作。2.3系统构成和基本原理2.3.1系统构成系统由单片机、接口电路、外部设备等构成，如图2-2所示。控制对象被测参数经传感器、变换器，转换成统一原则信号，再经多路开关送到送入单片机。除此之外，有些被测参数为数字量、开关量或脉冲量，它们可过接口直接加至单片机。单片机对数据进行解决和计算，然后经模仿量或开关量输出通道输出，对被测参数进行控制。控控制对象传感器多路开关单片机串口通信口键盘显示屏执行机构开关量输出开关量输入图2-2系统基本构成框图2.3.2系统基本原理温度控制系统硬件电路由温度检测，单片机PID运算，输出控制和过限报警四个模块构成。如图2-3所示，检测模块作为闭环反馈实时检测温度，通过放大解决后将信号传送给单片机，通过解决后，一方面送往液晶显示屏，另一方面，与系统温度设定值相比较，通过PID算法控制温度达到所需值。其中输出控制模块某些由两块构成：由晶闸管触发电路和交流接触器协调控制通断。由于初始全功率加热电流大，晶闸管容许通过电流小，故采用交流接触器进行控制；在后期温度调节时期，需要来回通断以调节温度达到预期值，对交流接触器触点寿命有很大影响，故采用晶闸管触发电路。电电阻炉传感器Mega8显示屏/键盘设温晶闸管交流接触器过限报警隔离功放交流电晶闸管图2-3系统工作原理图3.硬件设计硬件电路重要有：主机电路、温度检测电路、电源某些电路、键盘设立电路、显示电路、控制执行电路、系统时钟复位电路、过限报警电路。下面将详细简介各某些电路。3.1主机电路依照设计规定，本系统选取是AVR系列ATmega8单片机。3.1.1ATmega8简朴概述ATmega8是基于增强AVRRISC构造低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega8数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和解决速度之间矛盾。ATmega8内核具备丰富指令集和32个通用工作寄存器。所有寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一种时钟周期内同步访问两个独立寄存器。这种构造大大提高了代码效率，并且具备比普通CISC微控制器最高至10倍数据吞吐率。ATmega8有如下特点:8K字节系统内可编程Flash(具备同步读写能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，三个具备比较模式灵活定期器/计数器(T/C)，片内/外中断，可编程串行USART，面向字节两线串行接口，10位6路(8路为TQFP与MLF封装)ADC，具备片内振荡器可编程看门狗定期器，一种SPI串行端口，以及五种可以通过软件进行选取省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定期器继续运营，容许顾客保持一种时间基准，而别的功能模块处在休眠状态；ADC噪声抑制模式时终结CPU和除了异步定期器与ADC以外所有I/O模块工作，以减少ADC转换时开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运营，别的功能模块处在休眠状态，使得器件只消耗很少电流，同步具备迅速启动能力。本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产。片内ISPFlash容许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运营于AVR内核之中引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlashMemory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(BootFlashMemory)程序继续运营，实现了RWW操作。通过将8位RISCCPU与系统内可编程Flash集成在一种芯片内，ATmega8成为一种功能强大单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本解决方案。ATmega8具备一整套编程与系统开发工具，涉及：C语言编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。详细引脚图如图3-1所示。图3-1ATmega8引脚图3.1.2ATmega8重要特性高性能、低功耗8位AVR微解决器，先进RISC构造130条功能强大指令--大多数指令执行时间为单个时钟周期32个8位通用工作寄存器全静态工作工作于16MHz时性能高达16MIPS片内集成硬件乘法器（执行速度为2个时钟周期）

片内集成了较大容量非易失性程序和数据存储器以及工作存储器

8K字节Flash程序存储器，擦写次数：＞10000次支持可在线编程（ISP）、可在应用自编程（IAP）带有独立加密位可选BOOT区，可通过BOOT区内引导程序区（顾客自己写入）来实现IAP编程。512个字节E2PROM，擦写次数：100000次1K字节片内SRAM可以对锁定位进行编程以实现顾客程序加密外设特点2个具备比较模式带预分频器（SeparatePrescale）8位定期/计数器，其中之一有比较功能一种具备预分频器（SeParatPrescale）、比较功能和捕获功能16位定期器/计数器1个具备独立振荡器异步实时时钟（RTC）3个PWM通道，可实现任意＜16位、相位和频率可调PWM脉宽调制输出8通道A/D转换（TQFP、MLF封装），6路10位A/D+2路8位A/D6通道A/D转换（PDIP封装），4路10位A/D+2路8位A/D1个I2C串行接口，支持主/从、收/发四种工作方式，支持自动总线仲裁1个可编程串行USART接口，支持同步、异步以及多机通信自动地址辨认个支持主/从（Master/Slave）、收/发SPI同步串行接口带片内RC振荡器可编程看门狗定期器片内模仿比较器特殊解决器特点上电复位以及可编程掉电检测片内通过标定RC振荡器片内/片外中断源五种睡眠模式空闲模式（Idle）、ADC噪声抑制模式（ADCNoiseReduction）。省电模式（Power－save）、掉电模式（Power－down）、待命模式（Standby）I/O和封装最多23个可编程I/O口，可任意定义I/O输入/输出方向；输出时为推挽输出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载：输入口可定义为三态输入，可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻28脚PDIP封装，32脚TQFP封装和32脚MLF封装工作电压2.7-5.5V(ATmega8L)4.5-5.5V(ATmega8)速度级别0-8MHz(ATmega8L)0-16MHz(ATmega8)4Mhz时功耗，3V，25°C正常模式（Active）：3.6mA空闲模式（IdleMode）：1.0mA掉电模式（Power-downMode）：0.5uA3.1.3ATmega8管脚阐明 VCC：数字电路电源。GND：地。端口B(PB7--PB0)：端口B是一种8位双向I/O口，每一种引脚都带有独立可编程内部上拉电阻。其输出缓冲器具备对称驱动特性，可以输出和吸取大电流。当端口B作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，虽然系统时钟尚未起振，端口B仍处在高阻状态。通过时钟选取熔丝位设立，PB6可作为反向振荡放大器或时钟操作电路输入端，PB7可作为反向振荡放大器输出端。若通过系统时钟选取熔丝位设立，则使用片内标定RC振荡器时钟，通过置位ASSR寄存器AS2位，可将PB6、PB7作为异步实时时钟/计数器2输入口TOSC1、TOSC2使用。端口C(PC5--PC0)：端口C为7位双向I/O口，每一种引脚都带有独立可编程内部上拉电阻。其输出缓冲器具备对称驱动特性，可以输出和吸取大电流。当端口C作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，虽然系统时钟尚未起振，端口C仍处在高阻状态。PC6/RESET：若RSTDISBL熔丝位编程，PC6作为I/O引脚使用。注意PC6电气特性与端口C其她引脚不同。若RSTDISBL熔丝位未编程，PC6作为复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间低电平将引起系统复位。端口D(PD7--PD0)：为8位双向I/O口，每一种引脚都带有独立可编程内部上拉电阻。其输出缓冲器具备对称驱动特性，可以输出和吸取大电流。当端口D作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，虽然系统时钟尚未起振，端口D处在高阻状态。RESET：复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间低电平将引起系统复位。AVCC：是A/D转换器、端口C(3--0)及ADC(7--6)电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一种低通滤波器与VCC连接。AREF：A/D模仿基准输入引脚。ADC7--6(TQFP与MLF封装)：作为A/D转换器模仿输入。为模仿电源；作为10位ADC通道。3.1.4ATmega8单片机接口分派图3-1单片机接口分派ATmega8单片机接口如上图所示，其中14脚接温度传感器DS18B20，13,15脚分别为两个控制端，12脚为过限报警端，1脚接复位电路，9、10脚接晶振电路，2-5脚为键盘输入端。23-28脚接LCD液晶显示屏。3.2温度检测电路3.2.1传感器DS18B20简介本次设计选用是新代数字温度传感器DS18B20，DS18B20具备精度高，测量范畴大，不需要辅助电源等特点，且通过一种单线接口发送或接受信息，因而在中央微解决器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。并且顾客可以自定义非易失性温度报警设立，因此DS18B20在温度控制，工业系统，消费品等许多热感测系统中有广泛应用。工作过程及操作指令依照DS18B20通讯合同.完毕温度转换必要通过三个环节:（1）每次读写之前都要对DS18B20进行复位操作;（2）复位成功后发送条ROn指令;（3）址后发送RAn指令。这样才干对DS18B20进行预定操作。CPU对DS18B20器件操作惯用指令表如表1所示。表1DS18B20重要命令及其功能阐明命令码功能阐明命令码功能阐明33H读DS18B20温度传感器ROM中64位地址序列码BEH读9字节暂存寄存器55H发出此命令之后.接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相相应DS18B20使之作出响应.为下一步对该DS18B20读写作准备。4EH写入温度上/下限，紧随其后是2字节数据，相应上限和下限值0FOH锁定总线上DS18B20个数和辨认其ROM中64位地址序列码48H将9字节暂存寄存器第3和4字节复制到EEPROM中ECH只有温度超过上限或下限DS18B20才做出响应B8H将EEPROM内容恢复到暂存寄存器第3和4字节0CCH忽视64位ROM地址.直接向DS18B20发温度变换命令。合用手单片工作。B4H读供电模式，寄生供电时DS18B20发送0，外接电源时DS18B20发送144H启动DS18B20进行温度转换，成果存入9字节暂存寄存器DS18B20有三个重要数字部件：（1）64位激光ROM；（2）温度传感器；（3）非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处在高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处在低电平期间消耗电容上电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。64位ROM和单线端口64位ROM和单线端口存储器和控制逻辑暂存器下限触发TL上限触发TH温度传感器8位CRC产生器电源探测内部VDD图3-2DS18B20方框图DS18B20依托一种单线端口通讯。在单线端口条件下，必要先建立ROM操作合同，才干进行存储器和控制操作。因而，控制器必要一方面提供下面5种ROM操作命令之一：（1）读ROM；（2）匹配ROM；（3）搜索ROM；（4）跳过ROM；（5）报警搜索。这些命令对每个器件激光ROM某些进行操作，在单线总线上挂有各种器件时，可以区别出单个器件，同步可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号器件。成功执行完一条ROM操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供6条存储器和控制操作指令中任一条。一条控制操作命令批示DS18B20完毕一次温度测量。测量成果放在DS18B20暂存器里，用一条读暂存器内容存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器TH和TL各由一种EEPROM字节构成。如果没有对DS18B20使用报警搜索命令，这些寄存器可以作为普通用途顾客存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH和TL进行写入，对这些寄存器读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前方式进行读写。3.2.2DS18B20供电方式DS18B20寄生电源会在I/O或VDD引脚处在高电平时“偷”能量。当有特定期间和电压需求时，I/O要提供足够能量。寄生电源有两个好处：（1）进行远距离测温时，无需本地电源；（2）可以在没有常规电源条件下读ROM。要想使DS18B20可以进行精准温度转换，I/O线必要在转换期间保证供电。由于DS18B20工作电流达到1mA，因此仅靠5K上拉电阻提供电源是不行，当几只DS18B20挂在同一根I/O线上并同步想进行温度转换时，这个问题变得更加尖锐。有两种办法可以使DS18B20在动态转换周期中获得足够电流供应。第一种办法，当进行温度转换或拷贝到E2存储器操作时，给I/O线提供一种强上拉。用MOSFET把I/O线直接拉到电源上就可以实现，见图3-3。在发出任何涉及拷贝到E2存储器或启动温度转换合同之后，必要在最多10μs之内把I/O线转换到强上拉。使用寄生电源方式时，VDD引脚必要接地。μμP+5V+5VGNDDS18B204.7kVDDI/O图3-3温度转换期间强上拉电阻供电另一种给DS18B20供电办法是从VDD引脚接入一种外部电源，见图3-4。这样做好处是I/O线上不需要加强上拉，并且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以容许在单线总线上进行其她数据往来。此外，在单线总线上可以挂任意多片DS18B20，并且如果它们都使用外部电源话，就可以先发一种SkipROM命令，再接一种ConvertT命令，让它们同步进行温度转换。注意当加上外部电源时，GND引脚不能悬空。μμP+5VGNDDS18B204.7k外部+5V电源I/O其她单线器件图3-4用VDD供电温度高于100℃时，不推荐使用寄生电源，由于DS18B20在这种温度下体现出漏电流比较大，通讯也许无法进行。在类似这种温度状况下，强烈推荐使用DS18B20VDD引脚。对于总线控制器不懂得总线上DS18B20是用寄生电源还是用外部电源状况，DS18B20预备了一种信号批示电源使用意图。总线控制器发出一种SkipROM合同，然后发出读电源命令，这条命令发出后，控制器发出读时间隙，如果是寄生电源，DS18B20在单线总线上发回“0”，如果是从VDD供电，则发回“1”，这样总线控制器就可以决定总线上与否有DS18B20需要强上拉。如果控制器接受到一种“0”，它就懂得必要在温度转换期间给I/O3.2.3DS18B20读写时序由于DS18B20采用是1－Wire总线合同方式，即在一根数据线实现数据双向传播，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线合同，因而，咱们必要采用软件办法来模仿单总线合同时序来完毕对DS18B20芯片访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因而，对读写数据位有着严格时序规定。DS18B20有严格通信合同来保证各位数据传播对的性和完整性。该合同定义了几种信号时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据传播都是从主机积极启动写时序开始，如果规定单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完毕数据接受。数据和命令传播都是低位在先。DS18B20复位时序图3-5DS18B20复位时序图对于DS18B20读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传播到单总线上。DS18B20在完毕一种读时序过程，至少需要60us才干完毕。图3-6DS18B20读时序图对于DS18B20写时序依然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序规定不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20可以在15us到45us之间可以对的地采样IO总线上“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。图3-7DS18B20写时序图3.2.4DS18B20测温原理DS18B20通过一种片上温度测量技术来测量温度。图3-8示出了温度测量电路方框图。斜坡累加器斜坡累加器计数器低温度系数振荡器比较预置门周期高温度系数振荡器门周期温度寄存器预置计数器LSB置位/清0停止增长图3-8温度测量电路方框图表2温度与数据关系温度℃数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+125000000001111101000FA+2500000000001100100032+1/200000000000000010001000000000000000000000-1/211111111FFFF-2511001110FFCE-5510010010FF92DS18B20是这样测温：用一种高温度系数振荡器拟定一种门周期，内部计数器在这个门周期内对一种低温度系数振荡器脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到相应于-55℃一种值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）值增长，表白所测温度不不大于-55℃斜坡式累加器用来补偿感温振荡器非线性，以期在测温时获得比较高辨别力。这是通过变化计数器对温度每增长一度所需计数值来实现。因而，要想获得所需辨别力，必要同步懂得在给定温度下计数器值和每一度计数值。DS18B20内部对此计算成果可提供0.5℃辨别力。温度以16bit带符号位扩展二进制补码形式读出，表1给出了温度值和输出数据关系。数据通过DS18B20测温范畴-55℃~+125℃，以3.2.5DS18B20与单片机接线用DS18B20与单片机构成测温电路，重要完毕对温度信号采集和转换工作，由DS18B20及其与单片机接口某些构成。其重要与单片机引脚接口如图3-9所示图3-9DS18B20与单片机接线图DS18B20是与单片机PB0端口相接，单片机通过对单总线DQ操作来发送命令，读取数据等实现单片机对DS18B20模式控制，温度值读取等操作。3.3电源电路由于本系统所用到一系列芯片电源都是直流电源，而现实中用都是交流电，故要把交流电整流成直流电，本设计运用是桥式整流法把交流电整流成直流电，从而满足系统规定。整流原理图如图3-10所示：图3-10桥式整流电路3.4显示电路设计设计规定能显示当前温度值，因而可采用液晶显示或者数码管显示两种办法。考虑到数码管显示过于单调，因而采用采用液晶显示。液晶显示模块具备体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，当前点阵型液晶显示模块已经是单片机应用设计中惯用信息显示屏件了。本设计中采用了SMC1602A型点阵式液晶显示模块。LCD技术和半导体技术结合使该显示模块具备高可靠性和低功耗特点。SMC1602A型点阵式液晶显示模块内部有字符产生存储器和数据存储器。该显示模块可直接与ATmega8单片机相接，所有显示功能由控制器用指令实现。由单一+5V电源供电，数据传送方式有4位和8位两种选取。内有显示92个ASCII字符和92个特殊字符字库。其详细技术参数如下。表3SMC1602A重要技术参数：显示容量：16*2个字符（TN型）模块最佳工作电压5.0V工作电压：4.8~5.2V字符尺寸：2.95*4.35（WXH）mm工作电流：2.0mA(5.0V)工作温度：0~+50℃背光源颜色：黄绿存储温度：-20~+70℃背光源电流：<100mA3.4.1SMC1602A总线方式驱动接口及读/写时序SMC1602A采用原则16引脚接口，引脚功能如表4所列，其中8位数据总线D0—D7以及RS、R/W、E3个控制端口，各分解时序操作速度可达1MHz，并且带有字符对比度调节和背光。表4SMC1602A接口信号阐明编号符号引脚阐明编号符号引脚阐明1VSS电源地9D2DataI/O2VDD电源正极10D3DataI/O3V0LCD偏压输入11D4DataI/O4RS数据/命令选取端（H/L）12D5DataI/O5R/W读写控制信号13D6DataI/O6E使能信号14D7DataI/O7D0DataI/O15BLK背光源负极8D1DataI/O16BLA背光源正极（1）基本操作时序读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：D0~D7状态字写指令：输入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：无读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H输出：D0~D7=数据写数据：输入：RS=H，RW=L，D0~D7=数据，E=高脉冲输出：无（2）状态字阐明表5状态字阐明表STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0D7D6D5D4D3D2D1D0STA0-6当前数据地址指针竖直STA7读写操作使能1：禁止0：容许3.4.2SMC1602A操作指令对SMC1602A显示字符控制，通过访问SMC1602A内部RAM地址实现，SMC1602A内部控制器具备80*8位（80字节）RAM缓冲区，RAM地址与字符位置之间相应关系如图3-11所示：图3-11RAM地址映射图SMC1602A指令控制分为初始化设立、数据控制和初始化过程（复位过程）。（1）初始化设立表6显示模式指令表指令码功能00111000设立16*2显示，5*7点阵，8位数据接口00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不闪烁000001NSN=1当读或写一种字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一种字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一种字符，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光标不移动而屏幕移动效果。S=0当写一种字符，整屏显示不移动（2）数据控制控制器内部设有一种数据地址指针，顾客可通过它们来访问内部所有80字节RAM。表7数据指针设立指令码功能80H+地址码（0-27H，40H-67H）设立数据地址指针01H显示清屏：1.数据指针清零2.所有显示清零02H显示回车：1.数据指针清零（3）初始化过程（复位过程）延时15ms写指令38H(不检测忙信号)延时5ms写指令38H(不检测忙信号)延时5ms写指令38H(不检测忙信号)(后来每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号)写指令38H：显示模式设立写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设立写指令0CH：显示开及光标设立3.4.3SMC1602A和单片机接口电路详细电路图如图3-12所示图3-12液晶显示电路图SMC1602AD3—D7管脚和单片机PC0—PC3相连，采用4位数据传送方式。RS、E两控制端口和单片PC4、PC5连接。3.5键盘设立电路键盘作用是对单片机输入数据，设计中规定能是温度进行“+”，“-”，及温度值设定，按键接口是与单片机PD口PD0--PD3相接，每个按键完毕不同功能，功能实现由软件来控制实现，分别为1号键为温度设定/拟定设定键；2号为显示设定温度；3号键为设定温度上升；4号键为设定温度下降功能实现。接线如图3-13图3-13键盘电路图4个按键分别连接到单片机PD0--PD3，另一端都接地，通过查询方式拟定与否有按键按下，并拟定键值。按键必要加上正上拉电阻来保证按键可靠性，当没有按键按下时保证PD0--PD3为高电平。3.6控制执行电路控制电路分为两个某些，原理图3-14所示。在初始加热阶段，交流接触器闭合，全功率加热，在中期温度调节过程中，交流接触器断开，由可控硅触发电路控制一路加热器低功率加热。可控硅触发可控硅触发交流接触器两道开关加热电阻图3-14控制电路原理图3.6.1交流接触器工作原理交流接触器是广泛用作电力开断和控制电路。它运用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点普通只有常开接点，而辅助接点常有两对具备常开和常闭功能接点，小型接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器接点，由银钨合金制成，具备良好导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器重要有四某些构成(1)电磁系统,涉及吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统,涉及三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动；3)灭弧装置,普通容量较大交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。交流接触器工作原理：当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动,因而动铁芯带动三条动触片同步运营,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失，动铁芯联动某些依托弹簧反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。3.6.2可控硅触发电路调功控温可控硅调功控温具备不冲击电网，对用电设备不产生干扰等长处，是一种应用广泛控温方式。所谓调功控温就是在给定周期内控制可控硅导通时间，从而变化加热功率，来实现温度调节。设采用(控制)周期为T,在T周期内工频交流电半周波数为N，如全导通时额定加热功率为P,,则实际平均加热功率与T周期内实际导通半周波数n成正比，即过零触发调功器构成：当前，采用可控硅进行功率调节触发方式有两种:过零触发、移相触发。移相触发方式调功事实上是控制可控硅导通角，达到调节功率目，此方式易导致电磁干扰且电路复杂。据文献专门简介：:采用移相触发可控硅交流调功装置，往往在可控硅导通瞬间使电网电压浮现畸变，当控制角为90°时，产生二次谐波电流为基波电流50%，五次谐波也可达基波1/6。这些谐波分量引起电网电压波形畸变，功率因数下降，给其他用电设备和通讯系统工作带来不良影响。为此，人们研究了各种避免电压瞬时大幅度下降和抑制高次谐波办法，过零触发方式较好地解决了此类问题，它可把可控硅导通起始点限制在电源电压过零点，从而大大减少了谐波分量。然而，老式可控硅过零触发调功器由同步脉冲产生电路、检零电路、隔离电路构成，构造复杂，减少了可靠性，并且采用分立元件，器件离散性和温漂严重影响调功器控制精度及使用寿命。实现可控硅调功控温需解决3个技术核心:（3）获取工频交流电源过零触发脉冲，作为触发双向可控硅同步脉冲;（2）将控制算法得到控制量变为可控硅在周期内导通时间;（1）隔离工频交流电源强电对单片机系统和控制电路弱电干扰。光隔离/光耦合过零双向可控硅驱动器MOC3041新型器件MOC3041使用使调功器电路变得非常简洁，它集光电隔离、过零检测功能于一身，具备体积小、功耗低、抗干扰能力强、无噪声等长处。图3-15为其构成可控硅基本驱动电路。图3-15可控硅触发电路本设计中采用固定周期控制方式，设定控制周期T为1秒（100个电网周波）。设P为电阻炉全导通时功率，n为导通周期数，为电阻炉平均输出功率，则当U（K）不等于0，经转换N也不为0，在外部中断0服务程序中将PB1为“1”，使MOC30411、2引脚导通，由于这时正好是电压这零点，由此使MOC3041自带过零检测器有效，使MOC30414、6端导通，此时CON为“1”，发光二极管LED亮灯，从而使晶闸管导通。而每中断一次，即每通过一种周波N减1，直减到N为0，则将PB1置0，此时CON为“0”，发光二极管LED熄灭，从而使晶闸管截止。当U（K）为100时，控制周期中100个周波全导通。单片机控制口输出触发信号使晶闸管导通，此时，流经晶闸管电流是完整正弦电流，避免电网波形畸变。图中关于兀件功能如下:Rs，Cs为吸取电路用。由于负载若为感性，并接在功率可控硅阳极和阴极之间，起保护作，可控硅通、断时会产生较大反电动势，也许引起可控硅损坏从而保护可控硅，在有关电路上并联吸取电路后，就能削弱高瞬时电压。普通Cs，Rs取值靠经验拟定，暂无一套完整计算办法。经验公式如下：R4是晶闸管门极电阻，防止误触发，提高抗干扰能力，普通取值双向可控硅TLC3361如图3-16所示图3-16双向可控硅双向可控硅具备两个方向轮流导通、关断特性。双向可控硅实质上是两个反并联单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN构导致、有三个电极半导体器件。由于主电极构造是对称（都从N层引出），因此它电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，而是把与控制极相近叫做第一电极A1，另一种叫做第二电极A2。双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同触发电压，就可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约1V。双向可控硅一旦导通，虽然失去触发电压，也能继续保持导通状态。只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，不大于维持电流或A1、A2间当电压极性变化且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。第二某些是由交流接触器LC1D0910和上述电路配合完毕，由可控硅触发电路来控制交流接触器通断从而来控制整个电路通断。3.7时钟电路Atmega8片内具有4种频率(1/2/4/8M)RC振荡源，可直接作为系统工作时钟使用。同步片内还设有一种由反向放大器所构成OSC(Oscillator)振荡电路，外围引脚XTAL1和XTAL2分别为OSC振荡电路输入端和输出端，用于外接石英品体等，构成高精度或其他标称频率系统时钟系统。系统时钟为控制器提供时钟脉冲，是控制器心脏。系统时钟频率是单片机重要性能指标之一。系统时钟频率越高，单片机执行节拍就越快，解决速度也越快。Atmega8最高工作频率为16M(16MIPS)，在8位单片机中算是佼佼者。但并不是系统时钟频率越快就越好，由于当时钟频率越高时，其耗电量也越大，也容易受到十扰(或十扰别人)。因而，在详细设计时，应依照实际产品需要，尽量采用较低系统时钟频率，这样不但能减少了功耗，同步也提高了系统可靠性和稳定性。图3-17时钟电路本设计采用了外接石英品体作为振荡谐振回路，因而可以提供比较灵活频率和稳定精准振荡。如图3-17，在XTAL1和XTAL2引脚上加上由石英晶体和电容构成谐振回路，与内部振荡电路配合就能产生系统需要时钟信号。3.8复位电路在单片机实际应用系统中，除单片机自身需要复位外，外部扩展I/O接口电路也要复位，因而需要一种系统同步复位信号，即单片机复位后，CPU开始工作时，外部电路一定也要复位好，以保证CPU有效对外部电路进行初始化编程。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路电容充电来实现。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键脉冲复位是运用RC微分电路产生正脉冲来实现；按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现。本系统使用按键电平复位，其电路如图3-18,所示。图3-18复位电路3.9过限报警电路在控制系统中，温度超过警戒值或设定值时，由单片机PD6端口输出通过三极管驱动蜂鸣器，发出声音信号用于报警，引起注意，如图3-19所示为它电路原理图。图3-19过限报警电路4.软件设计4.1主程序设计本系统是一种控制电阻炉温系统，在系统对电阻炉进行温度检测和控制之前，必要先对系统进行初始化，并进行某些初步操作，这某些工作就是在主程序里面完毕。下图4-1是其流程图上电复位上电复位初始化清数据区等待中断开中断置初值有键按下？YN送显示图4-1初始化流程框图系统测温，调温，显示，PID控制都在中断中设计，当检测到温度有变化时或有按键按下时，打开中断，进行温度控制，同步送显示。4.1.1按键程序流程图键盘解决子程序完毕功能：当有满足中断条件时进入中断服务状态，即键盘解决。此中断重要完毕键盘扫描，按键判断及4个按键各个功能解决子程序：分别为1号键为温度设定/拟定设定键；2号为显示设定温度；3号键为设定温度上升；4号键为设定温度下降功能实现。流程图如下初始化初始化调键盘扫描消抖再调扫描有键按下吗？建立无效标志判断键值拟定键解决返回NY图4-2按键流程框图若1键被按下，则KEY_PIN将为0x01，若2键被按下，则KEY_PIN将为0x02，若3键被按下，则KEY_PIN将为0x04，若4键被按下，则KEY_PIN将为0x08。若有按键被按下，KEY_PIN将不为0，可运用“if(key_flag!=0)”来判断与否有按键被按下。4.2PID控制算法4.2.1PID控制原理PID控制是比例、积分、微分控制简称。在生产过程自动控制发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强基本控制方式。随着科学发展，特别是电子计算机诞生和发展，涌现出许多先进控制办法，然而直到当前，PID控制仍是最广泛应用控制方式之一。图4-3PID控制系统原理框图常规PID控制系统原理框图如图4-3所示。系统由PID控制器和被控对象构成。PID控制器是一种线性控制器，它依照给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)，从而针对控制偏差进行比例、积分、微分调节一种办法，其持续形式为或写成传递函数形式：上式中:比例系数；积分时间常数;微分时间常数;可见，温度PID调节器有三个可设定参数，即比例放大系数、积分时间常数、微分时间常数。对一种控制系统而言，合理地设立这三个参数，可获得较好控制效果。

在使用PID控制器中，放大比例系数可变化系统响应速度，比例系数选取必要恰当，增大比例系数Kp，可减少系统稳态误差和动态偏差，但调节过程会趋于振荡，减小比例系数Kp，可减少系统调节过程振荡，但又增长了稳态误差和动态偏差。积分环节能消除被调良偏差，但调节时间变长，积分速度Ki同样要选取恰当，在同样偏差状况下，增大积分速度Ki值，调节器动作速度加快，减小动态偏差，相反，减小积分速度Ki值，会增长系统动态误差，减少振荡。因而，由于积分作用易导致系统调节过程振荡，只有在控制对象和系统惯性和滞后都很小时才干使用积分调节器。在实际工业控制中，积分环节普通和其她环节配合使用，才干获得较好效果。在PID中，微分环节作用是对系统输出和偏差变化有一定预见作用，微分调节器输出与被调量偏差变化速度成正比，在调节过程开始阶段，被调量离给定值小，但变化速度较大，如果采用比例环节、积分环节调节，其调节作用都很弱，而采用微分作用，其效果却很强，它使调节器产生一种很大位移，微分作用品有超前特性，能限制控制偏差进一步增大，可有效地减小动态偏差。比例控制是一种最简朴控制方式。其控制器输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。在积分控制中，控制器输出与输入误差信号积提成正比。对于一种自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差，简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)。为了消除稳态误差，在控制器中必要引入积分项。随着时间增长，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间增长而加大，在一定范畴内，它推动控制器输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。在微分控制中，控制器输出与输入误差信号微分(即误差变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差调节过程中也许会浮现振荡。其因素是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节。解决办法是使抑制误差作用变化“超前”,即在误差接近零时，抑制误差作用就应当是零。这就是说，在控制器中仅引入比例项往往是不够，比例项作用仅是放大误差幅值，而当前需要增长是微分项，它能预测误差变化趋势，这样，具备比例和微分控制器，就可以提前使抑制误差控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量严重超调。因此对于有较大惯性或滞后被控对象，比例微分控制器能改进系统在调节过程中动态特性。上面阐述可知：在PID调节器中,比例调节作用是可使调节过程趋于稳定，但会产生稳态误差;积分作用可消除被调量稳态误差，但也许会使系统振荡甚至使系统不稳定；微分作用能有效减小动态偏差。在实际使用中,在满足生产过程需要前提下,应尽量选取简朴调节器,这样,既节约投资,又便于维护。虽然PID调节器在大多数场合,只要参数选取恰当,都能获得较好控制效果。由于比例、积分、微分构成PID控制器算法简朴、鲁棒性强，因而被广泛应用十化工、冶金、机械、热工和轻工等工业过程控制系统中。PID控制具备如下长处:1、原理简朴，使用以便PID控制是由P，I，D三个环节不同组合而成。其基本构成原理比较简朴，参数物理意义也比较明确。2、适应性强可以广泛用十化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等各生产部门。按采用PID控制进行工业生产调节器早已产品化。在详细实现上它们经历了机械式、液动式、气动式、电子式等发展阶段，但始终没有脱离PID控制范畴。虽然当前最新式过程控制计算机，其基本控制功能也依然是PID控制。3、鲁棒性强由十这些长处，在控制理论和技术飞速发展今天，工业过程控制领域仍有近90%回路在应用PID控制方略。例如，大到转炉炼钢过程中诸如氧气流量、氧气压力、氧枪冷却水流量控制;小到家用空调机、电冰箱温度自动调节等等都离不开PID身影。4.2.2PID控制及其算法采用比例、积分、微分(PID)调节器，可有效改进系统动态性能，其控制规律为:（1）单片机是一种采样控制，它只能依照采样时刻误差值计算控制变量，不能自接计算公式中积分项和微分项，采用数值计算法逼近后，PID调节规律可以通过数伯公式计算:(2)如果采样获得足够小，这种逼近可相称精确，被控过程与持续过程十分接近。咱们变换式(2)得:把，代入上式得:在自由升温段，但愿升温越快越好，因而，自由升温段控制方程为：U(n)=1(T≤0.8T0)(在实际程序中，U(n)=1表达全导通时数)。而由于在本次电路设计中在一开始自由升温过程中采用是交流接触器全功率加热，晶闸管触发电路相称于短路，故不需要PID控制。在温度恒定阶段，交流接触器断开，由晶闸管触发电路来进行PID控制电路以此稳定温度到达设定值。PID控制算法差分方程形式由上算得为：其中，KP是比例系数，KI是积分系数，，KD为微分系数，。4.2.3PID参数整定表8PID整定参数表性能指标参数阶跃响应曲线δ%Tp（秒）Ts（秒）KpKiKd2004060图4-447012510004060图4-5811315020040300图4-6325030020020060图4-7060100图4-4图4-5图4-6图4-7通过仿真多组数据，最后得出值为：KP=200，KI=200，KD=60。整个差分方程都是执行整数运算，U(n)，计算开始时U(n-1)=0,e(n-1)=0,e(n-2)=0。每次采样计算一次e(n)、U(n)，并将e(n)、U(n)保存起来，变成e(n－1)、e(n-2)、U(n－1)，供下一次采样时刻使用。控制时，一方面取给定值，再对电炉温度进行采样，把采样成果和给定值进行比较而产生偏差e(n)，通过上式进行计算，求出即时控制量U(n)并存入内存中。在INT0中断服务程序中对U(n)进行操作，以控制晶闸管导通时间，达到控制输出功率目。4.2.4PID软件设计流程图详细PID