单片机的反应釜温度控制设计(附件)【字数：10537】
摘 要我们平常的工业生产生活中，不可避免的需要检测温度，而一般的方法就是采用热电偶和热电阻等测量方法。但它的软硬件的设计都比较复杂。而且成本比较高。不利于推广与应用，但随着国家的经济的发展，科技实力正不断的增强。在工业生产中单片机以其价格低廉，功能强大而得到广泛应用。所以本次设计是以围绕单片机作为核心部件进行设计的，用单片机的原因是其功能强，而且设计相对不复杂。温度的控制与采集是工业生产中常见的，但随着传感器这方面取得快速的发展，使得在工业生产中温度的控制与采集更加的准确与高效。在这里，本设计采用了一种基于STC89C51单片机用来实现对温度的控制以及报警系统的硬件结构和用DS18B20实现对温度的采集，该系统设计电路原理简单，而且价格比较低廉，整个系统的抗干扰能力比较强。在工业生产生活中温度的采集与控制有着广阔的应用前景。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 PID参数整定一般方法 2
1.3国内外发展现状 3
第二章 系统总体设计要求及选择 4
2.1设计要求 4
2.2 传感器的选择 4
2.3 单片机的选择 4
第三章 系统的硬件设计 6
3.1系统总体概述 6
3.2最小系统模块 6
3.2.1 STC89C51单片机的介绍 6
3.2.2最小系统模块电路组成 8
3.3传感器模块 9
3.3.1 DS18B20介绍 9
3.3.2传感器模块原理图 10
3.4 显示模块 11
3.4.1 数码管简介 11
3.4.2 数码管显示模块原理图 11
3.4.3 按键模块原理图 12
3.4.4报警模块原理图 12
3.5系统整体设计图 13
第四章 软件设计 15
4.1 程序语言及开发环境 15
4.2 程序流程图设计 15
4.2.1 程序流程图设计 15
4.2.2 主程序流程图设计 17
4.3重要程序段 17
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五章 硬件组装与调试 19
5.1 元器件的选择 19
5.2 元件的焊接与组装 19
5.3 电路的调试 20
5.3.1 调试方法 20
5.3.2 调试步骤 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
附录B 26
第一章 绪论
1.1 概述
反应釜从广义上来讲是有物理或化学反应的容器，通过对容器结构设计与参数配置，来实现工艺要求。是对危险品加温加压的和搅拌的理想选择。不但解决机械密封与添加原料不方便问题同时也解决原料泄漏问题，是目前市场上比较常见的反应装置。
上世纪四十年代以前,反应釜的发展还处于幼芽阶段，更多是通过仪器设备来显示显示参数，工人仪表指根据仪表指示情况,根据经验与手工操作用来改变化学反应条件,不仅操作工人工作强度高,而且存在人为因素，控制精度不高,一旦发生人为的发生操作失误，极容易引发安全事故的发生。但是随着计算机的问世，单靠手工操作和经验主义的传统受到不小冲击，人们便对反应釜的自动控制领域的研究从1970年以来，西方国家在温控领域和参数值的整定取得很大成就，并立即投入市场，制造出大量的高质量的温控器及仪器仪表，并且向着智能化，无人化的方向发展，虽然温控技术在国外运用的已经很成熟，但在我国还处于起步阶段，与国外一些国家相比还有不小的差距。我国的一般产品还主要是以PID控制器为主，只适用于常规的简单的定常系统而对于复杂的时变系统却束手无策，但我国发展速度快，进入21世纪以后智能温度控制器正向着全方面，功能更强大，精度更高，可靠性更高的方向发展。
此外温度是工业生产生活中经常测量的被控参数，其重要性是不言而喻的。特别是在化工;冶金;石油;等重要的行业生产中更是重中之重。对于不同的行业；同一行业的不同生产部门、由于其工业产品的不同，因此所需温度也不同、精度要求也不同，所需时间也不同。因而，就注定对温度的采集与控制的方法也各不相同。但随着科技的发展，微机检测和控制技术也得快速发展。利用微机对温度进行测控的技术也越来越得到广泛的应用，并且越来越越受到市场的欢迎。
随着经济的发展，人们的生活得到很大提高,利用单片机控制是人们的必然选择，它给我们带来的巨大好处也是显而易见的，但与此同时人们对其要求也越来越苛刻，这也促使着单片机的技术向着更深层次的发展，以便为人们生产生活提供更好的服务。
? PID控制就以系用的误差作为输入量通过比例；积分；微分得出输出量进行控制的，是现代工业生产中最常见的控制方式，其具有通俗易懂，鲁棒性强，抗干扰能力强，可靠性高特点。
通常PID控制规律为：
Kp=U(t)
图11 PID控制规律
PID控制组成部分如图12：
/
图12 PID控制组成图
1.2 PID参数整定一般方法
PID中如何确定参数是重中之重，而参数的确定需要根据生产需求确定PID中T,K值的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两种：
一是理论计算整定法。说白了就是通过建立数学模型，从而计算出参数值，此方法得出的结果只是理论值是否能用还需要实践检验。
二是工程整定方法，就是直接根据经验，直接应用于实践与实验当中，所调试后得到的值如果其效果最佳，那就是最优的系数值。在此方法中主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法三种。这三种都是通过多年实践经验得出的参数值，但这不是最优值，最优值是需要根据实际需求确定。现在最常见的确定参数值的方法是临界比例法。其参数的整定步骤如下：
(1)先尽量让系统工作在一个很短的周期内。
(2)使系统中仅有比例环节，在输入为阶跃响应条件下而此时系统出现临界震荡时；记录此时的比例系数与周期。
(3)通过相关的公式计算出其参数值。
PID参数的确定：一是靠多年的工作经验和根据工艺生产需求，二是根据借鉴测量值与设定值曲线，从而确定参数值。积分I；微分D，具体值可根据实际情况定，最后再确定P的值，因为P值最敏感，P值的选定直接影响最终结果。
然而我们可以根据被控参数来确定P，T，D的值
被控参数为温度时：P值一般取0.4左右，T值一般取400s左右，D一般取100s左右；被控参数为压力时：P一般取0.5左右，T一般取100s左右；被控参数为液位时：P一般取0.5左右，T一般取200s左右；被控参数为流量时：P一般取0.7左右T一般取30s左右；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 PID参数整定一般方法 2
1.3国内外发展现状 3
第二章 系统总体设计要求及选择 4
2.1设计要求 4
2.2 传感器的选择 4
2.3 单片机的选择 4
第三章 系统的硬件设计 6
3.1系统总体概述 6
3.2最小系统模块 6
3.2.1 STC89C51单片机的介绍 6
3.2.2最小系统模块电路组成 8
3.3传感器模块 9
3.3.1 DS18B20介绍 9
3.3.2传感器模块原理图 10
3.4 显示模块 11
3.4.1 数码管简介 11
3.4.2 数码管显示模块原理图 11
3.4.3 按键模块原理图 12
3.4.4报警模块原理图 12
3.5系统整体设计图 13
第四章 软件设计 15
4.1 程序语言及开发环境 15
4.2 程序流程图设计 15
4.2.1 程序流程图设计 15
4.2.2 主程序流程图设计 17
4.3重要程序段 17
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五章 硬件组装与调试 19
5.1 元器件的选择 19
5.2 元件的焊接与组装 19
5.3 电路的调试 20
5.3.1 调试方法 20
5.3.2 调试步骤 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
附录B 26
第一章 绪论
1.1 概述
反应釜从广义上来讲是有物理或化学反应的容器，通过对容器结构设计与参数配置，来实现工艺要求。是对危险品加温加压的和搅拌的理想选择。不但解决机械密封与添加原料不方便问题同时也解决原料泄漏问题，是目前市场上比较常见的反应装置。
上世纪四十年代以前,反应釜的发展还处于幼芽阶段，更多是通过仪器设备来显示显示参数，工人仪表指根据仪表指示情况,根据经验与手工操作用来改变化学反应条件,不仅操作工人工作强度高,而且存在人为因素，控制精度不高,一旦发生人为的发生操作失误，极容易引发安全事故的发生。但是随着计算机的问世，单靠手工操作和经验主义的传统受到不小冲击，人们便对反应釜的自动控制领域的研究从1970年以来，西方国家在温控领域和参数值的整定取得很大成就，并立即投入市场，制造出大量的高质量的温控器及仪器仪表，并且向着智能化，无人化的方向发展，虽然温控技术在国外运用的已经很成熟，但在我国还处于起步阶段，与国外一些国家相比还有不小的差距。我国的一般产品还主要是以PID控制器为主，只适用于常规的简单的定常系统而对于复杂的时变系统却束手无策，但我国发展速度快，进入21世纪以后智能温度控制器正向着全方面，功能更强大，精度更高，可靠性更高的方向发展。
此外温度是工业生产生活中经常测量的被控参数，其重要性是不言而喻的。特别是在化工;冶金;石油;等重要的行业生产中更是重中之重。对于不同的行业；同一行业的不同生产部门、由于其工业产品的不同，因此所需温度也不同、精度要求也不同，所需时间也不同。因而，就注定对温度的采集与控制的方法也各不相同。但随着科技的发展，微机检测和控制技术也得快速发展。利用微机对温度进行测控的技术也越来越得到广泛的应用，并且越来越越受到市场的欢迎。
随着经济的发展，人们的生活得到很大提高,利用单片机控制是人们的必然选择，它给我们带来的巨大好处也是显而易见的，但与此同时人们对其要求也越来越苛刻，这也促使着单片机的技术向着更深层次的发展，以便为人们生产生活提供更好的服务。
? PID控制就以系用的误差作为输入量通过比例；积分；微分得出输出量进行控制的，是现代工业生产中最常见的控制方式，其具有通俗易懂，鲁棒性强，抗干扰能力强，可靠性高特点。
通常PID控制规律为：
Kp=U(t)
图11 PID控制规律
PID控制组成部分如图12：
/
图12 PID控制组成图
1.2 PID参数整定一般方法
PID中如何确定参数是重中之重，而参数的确定需要根据生产需求确定PID中T,K值的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两种：
一是理论计算整定法。说白了就是通过建立数学模型，从而计算出参数值，此方法得出的结果只是理论值是否能用还需要实践检验。
二是工程整定方法，就是直接根据经验，直接应用于实践与实验当中，所调试后得到的值如果其效果最佳，那就是最优的系数值。在此方法中主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法三种。这三种都是通过多年实践经验得出的参数值，但这不是最优值，最优值是需要根据实际需求确定。现在最常见的确定参数值的方法是临界比例法。其参数的整定步骤如下：
(1)先尽量让系统工作在一个很短的周期内。
(2)使系统中仅有比例环节，在输入为阶跃响应条件下而此时系统出现临界震荡时；记录此时的比例系数与周期。
(3)通过相关的公式计算出其参数值。
PID参数的确定：一是靠多年的工作经验和根据工艺生产需求，二是根据借鉴测量值与设定值曲线，从而确定参数值。积分I；微分D，具体值可根据实际情况定，最后再确定P的值，因为P值最敏感，P值的选定直接影响最终结果。
然而我们可以根据被控参数来确定P，T，D的值
被控参数为温度时：P值一般取0.4左右，T值一般取400s左右，D一般取100s左右；被控参数为压力时：P一般取0.5左右，T一般取100s左右；被控参数为液位时：P一般取0.5左右，T一般取200s左右；被控参数为流量时：P一般取0.7左右T一般取30s左右；
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