单片机的温控仪设计(附件)
在人们的日常生活和工业生产的各个领域，对温度以及温度控制的要求都是非常高的，因此对温度控制仪的设计是非常重要的。本论文设计的是一个温度控制仪器，它的核心就是AT89C52单片机。温度传感器为Pt100，测温范围为0~100℃，系统中温度设定值的精度为±0.5℃。温度的设定值由3位的独立键盘电路进行设置，经单片机调用后送入4位7段数码管进行显示。温度的测量值由Pt100温度调理电路进行测量，温度传感器采集到的温度经调理电路转换为相应的电压信号送入12位的AD转换器TLC2543，转换后的数字量供单片机使用，最后由另一个4位7段数码管显示。本系统用的是模糊控制算法，温度的设定值与采集值之差为e温度误差变化率为ec，经量化子程序处理后得到误差语言变量E和误差变化率语言量EC，这两种变量可以由模糊控制表查到并得到控制量，然后发出信号对加热电路或者降温电路进行控制，从而达到温度控制的目的。关键词 AT89C52单片机，模糊控制算法，温控仪，Pt100温度传感器
目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究的背景与意义 1
1．2 国内外温控仪的发展现状 1
1．3 课题的设计内容及设计要求 2
1．4 课题设计中使用到的软件介绍 3
2 温控仪系统的硬件电路路设计 3
2．1 电路设计整体思路 3
2．2 基本硬件组成 4
3 模糊控制算法在温控仪中的应用 12
3．1 模糊控制的设计思路 12
3．2 模糊控制在单片机中实现 13
4 温控仪系统程序流程图 15
4．1 软件总体流程图 15
4．2 初始化过程 16
4．3 模数转换 17
4．4 显示子程序 18
4．5 键盘处理程序 19
4．6 量子化程序 20
4．7 其他模块 20
5 温控仪系统仿真与实物调试 22
5．1 软件调试 22
5．2 仿真环境简介 22
5．3 仿真过程及结果 23
5．4 PCB图 25 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5．5 实物调试过程 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A 电路原理图 32
附录B PCB图 33
附录 C 程序清单 34
1 绪论
1．1 课题研究的背景与意义
在人们日常生活的各个领域以及工业生产中，人们的的关注点集中于温度的测量及控制。温度是温度测试控制系统的控制对象，该系统在生活及工业领域广泛应用。比如说大棚温室、公共浴室、存储室等需要温控控制的场所。目前，由人工操作的温度控制系统存在很多的问题，随着温度控制系统的不断发展，该系统对温度的测量和控制更加精准并且无需人工查看可以及时对温度做出调整和监控来防止意外的出现。
对于温度的测量有多种方法，最主要的测温方法是接触式和非接触式两种，是根据是否与被测物接触来定义的。在温度的测量过程中会用到多种类型的传感器，主要有热电偶和热敏电阻。热电偶传感器的测温范围比较大，与其他传感器相比具有很多的优点，比如热电偶的鲁棒性、可靠性强、响应时间短，因此受到大众们的广泛青睐。但是热电偶也有自身的缺点，比如他的先行特性比较不好，信号电平也不高。另外一种热敏电阻的温度传感器他的体积较小，测量方法容易，重复性也非常高，因此被广大用户所使用，但是热敏电阻也纯在明显的缺点，热敏电阻式温度传感器测量到的温度要送入AD转换器进行模数转换，测量到的信号要经过转化电路的放大与处理，因此会造成测量精度的下降。由此可见，通过传统的温度控制技术很难达到对温度的精确控制，而智能控制系统中的模糊控制通过从实践的经验中总结的控制原则, 对温度进行控制并且在之前系统的非线性、时滞性和不确定性问题上得到了改善。由此可见，采用Pt100与AT89C52组成的系统，体积小，采用模糊控制又可达到高精度的目的，因此其有很高的应用前景。
1．2 国内外温控仪的发展现状
国外对温度控制技术的研究比较早，在20世纪70年代就研究出利用模拟式组合仪表采集信息的方法。到80年代，分布式控制系统诞生。目前，正开发和研制多因子综合控制系统。目前，温度控制技术已得到广泛的关注和研究，相信在不久的的将来，温控控制技术将会更加完善并且给人们的生产生活带来很大的帮助。跟国外的技术作对比，我国在20世纪80年代才开始对温度控制系统技术的研究。我们在温控方面的知识特别匮乏，经过研究人员的不断专研与学习之后初步建立了自己的温度控制系统的发展，并且正在项自动化跟无人化方面发展。虽然目前我国的温度控制技术跟国外相比有所欠缺，不过我相信我国的温控技术会越来越完善。
目前我国的温控技术也越来越完善 ，温控仪的发展主要有三个过程。第一代温控仪的控制方式主要是依赖开关进行控制的，当温度超过设定值之后就会对电源进行断电操作，当温度降到一定值之后就会进行通电操作。现在有些老的工业电炉中依然在使用该方法，因为存在很大的温度波动，所以很难达到准确的精度控制。第二代温控仪采用的是PID算法进行控制的，利用数学模型公示：U=Kpe+Kde+Ki∫edt，该公式中，e为误差、de为误差变化率、Kp为比例系数、Kd为微分系数 、Ki为积分系数、U为控制改变量。但是在实际的运用中，比例积分微分系数很难进行控制，所以会造成一定的误差。第三代温控仪技为自适应PID控制算法温控器，这里说的自适应就是指参数可以自己进行调节，虽然提高了精准度还是有很多不足。
通过吸取前面几代温控仪的不足，在现在的温控仪设计中我们加入了模糊控制的算法。所谓模糊控制就是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。因为在温度的控制过程中，温度的变化太快而且数据量很大，传统的控制方法很难达到精确的控制，因此运用模糊控制的思想可以达到精确控制的目的。
1．3 课题的设计内容及设计要求
在该设计中，温度的设定值由一个3位的独立式键盘进行设置，最后送入一个4位7段数码管显示。实际温度的测量值是由Pt100温度调理电路所检测到的，Pt100温度传感器由铂电阻组成其缺点是系统纯在非线性,为了解决温度测量系统中的非线性问题，我们在温度调理电路中加入了负反馈校正的环节。温度传感器采集到的温度经调理电路转换为相应的电压信号送入12位的AD转换器TLC2543，转换后的数字量供单片机使用，最后由另一个4位7段数码管显示。本系统用的是模糊控制算法，温度的设定值与采集值之差为e温度误差变化率为ec，经量化子程序处理后得到误差语言变量E和误差变化率语言量EC，这两种变量可以由模糊控制表查到并得到控制量，然后发出信号对加热电路或者降温电路进行控制，从而达到温度控制的目的。
目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究的背景与意义 1
1．2 国内外温控仪的发展现状 1
1．3 课题的设计内容及设计要求 2
1．4 课题设计中使用到的软件介绍 3
2 温控仪系统的硬件电路路设计 3
2．1 电路设计整体思路 3
2．2 基本硬件组成 4
3 模糊控制算法在温控仪中的应用 12
3．1 模糊控制的设计思路 12
3．2 模糊控制在单片机中实现 13
4 温控仪系统程序流程图 15
4．1 软件总体流程图 15
4．2 初始化过程 16
4．3 模数转换 17
4．4 显示子程序 18
4．5 键盘处理程序 19
4．6 量子化程序 20
4．7 其他模块 20
5 温控仪系统仿真与实物调试 22
5．1 软件调试 22
5．2 仿真环境简介 22
5．3 仿真过程及结果 23
5．4 PCB图 25 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5．5 实物调试过程 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A 电路原理图 32
附录B PCB图 33
附录 C 程序清单 34
1 绪论
1．1 课题研究的背景与意义
在人们日常生活的各个领域以及工业生产中，人们的的关注点集中于温度的测量及控制。温度是温度测试控制系统的控制对象，该系统在生活及工业领域广泛应用。比如说大棚温室、公共浴室、存储室等需要温控控制的场所。目前，由人工操作的温度控制系统存在很多的问题，随着温度控制系统的不断发展，该系统对温度的测量和控制更加精准并且无需人工查看可以及时对温度做出调整和监控来防止意外的出现。
对于温度的测量有多种方法，最主要的测温方法是接触式和非接触式两种，是根据是否与被测物接触来定义的。在温度的测量过程中会用到多种类型的传感器，主要有热电偶和热敏电阻。热电偶传感器的测温范围比较大，与其他传感器相比具有很多的优点，比如热电偶的鲁棒性、可靠性强、响应时间短，因此受到大众们的广泛青睐。但是热电偶也有自身的缺点，比如他的先行特性比较不好，信号电平也不高。另外一种热敏电阻的温度传感器他的体积较小，测量方法容易，重复性也非常高，因此被广大用户所使用，但是热敏电阻也纯在明显的缺点，热敏电阻式温度传感器测量到的温度要送入AD转换器进行模数转换，测量到的信号要经过转化电路的放大与处理，因此会造成测量精度的下降。由此可见，通过传统的温度控制技术很难达到对温度的精确控制，而智能控制系统中的模糊控制通过从实践的经验中总结的控制原则, 对温度进行控制并且在之前系统的非线性、时滞性和不确定性问题上得到了改善。由此可见，采用Pt100与AT89C52组成的系统，体积小，采用模糊控制又可达到高精度的目的，因此其有很高的应用前景。
1．2 国内外温控仪的发展现状
国外对温度控制技术的研究比较早，在20世纪70年代就研究出利用模拟式组合仪表采集信息的方法。到80年代，分布式控制系统诞生。目前，正开发和研制多因子综合控制系统。目前，温度控制技术已得到广泛的关注和研究，相信在不久的的将来，温控控制技术将会更加完善并且给人们的生产生活带来很大的帮助。跟国外的技术作对比，我国在20世纪80年代才开始对温度控制系统技术的研究。我们在温控方面的知识特别匮乏，经过研究人员的不断专研与学习之后初步建立了自己的温度控制系统的发展，并且正在项自动化跟无人化方面发展。虽然目前我国的温度控制技术跟国外相比有所欠缺，不过我相信我国的温控技术会越来越完善。
目前我国的温控技术也越来越完善 ，温控仪的发展主要有三个过程。第一代温控仪的控制方式主要是依赖开关进行控制的，当温度超过设定值之后就会对电源进行断电操作，当温度降到一定值之后就会进行通电操作。现在有些老的工业电炉中依然在使用该方法，因为存在很大的温度波动，所以很难达到准确的精度控制。第二代温控仪采用的是PID算法进行控制的，利用数学模型公示：U=Kpe+Kde+Ki∫edt，该公式中，e为误差、de为误差变化率、Kp为比例系数、Kd为微分系数 、Ki为积分系数、U为控制改变量。但是在实际的运用中，比例积分微分系数很难进行控制，所以会造成一定的误差。第三代温控仪技为自适应PID控制算法温控器，这里说的自适应就是指参数可以自己进行调节，虽然提高了精准度还是有很多不足。
通过吸取前面几代温控仪的不足，在现在的温控仪设计中我们加入了模糊控制的算法。所谓模糊控制就是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。因为在温度的控制过程中，温度的变化太快而且数据量很大，传统的控制方法很难达到精确的控制，因此运用模糊控制的思想可以达到精确控制的目的。
1．3 课题的设计内容及设计要求
在该设计中，温度的设定值由一个3位的独立式键盘进行设置，最后送入一个4位7段数码管显示。实际温度的测量值是由Pt100温度调理电路所检测到的，Pt100温度传感器由铂电阻组成其缺点是系统纯在非线性,为了解决温度测量系统中的非线性问题，我们在温度调理电路中加入了负反馈校正的环节。温度传感器采集到的温度经调理电路转换为相应的电压信号送入12位的AD转换器TLC2543，转换后的数字量供单片机使用，最后由另一个4位7段数码管显示。本系统用的是模糊控制算法，温度的设定值与采集值之差为e温度误差变化率为ec，经量化子程序处理后得到误差语言变量E和误差变化率语言量EC，这两种变量可以由模糊控制表查到并得到控制量，然后发出信号对加热电路或者降温电路进行控制，从而达到温度控制的目的。
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