文档介绍：摘要:在现代工业生产和日常生活当中,对温度的检测、实现自动恒温控制有着非常重要实际意义和广泛的应用,例如大型火力发电站锅炉的温度控制、石油炼油厂油温的控制等。为了加深对自动控制理论知识和计算机控制理论的理解,以计算机控制课程设计为契机,设计了一个温度控制系统,该系统主要有温度传感器DS18B20、加热杯、LM1602液晶、STC89C52单片机、按键等部分组成,控制算法为二维PID算法。恒温温度可以自行设定,经过测试,恒温温度为70℃时,%,稳态误差为-℃;恒温温度为90℃时,%,稳态误差为+℃,取得了较好的恒温效果。
关键词:DS18B20,MC14433芯片,STC89C52单片机,LM1602液晶。
1、选题背景
在工农业生产和日常生活中,对温度的检测与控制始终有着非常重要的实际意义和广泛的实际应用。一般的温度控制系统其主要构成部分有以下几部分:被控对象、温度信号采集与转换模块、显示模块、执行模块、自动控制模块、按键等。:
被控对象
(水温)
温度信号采集
与转换
自动控制模块
执行器
(电炉)
驱动模块
(晶闸管)
显示模块
(LM1602液晶)
按键
(参数设定)
温度检测装备的组成结构
在此,我选择了《温度测量及其恒温控制》作为计算机控制课程设计课题。在该控制系统中,控制算法不但结合经典的PID控制算法的优势;还增加了死区控制,平均滤波、限幅消抖、抗积分饱和等措施抑制非正常情况的发生;此外,控制算法还采用了二维PID算法的优点,加快了系统的动态响应速度。经过实际测试,采取的措施能够很好地抑制非正常情况的发生,系统的响应速度、稳态误差、超调量都取得了较为满意的结果。
2、方案设计及其论证
温度信号的采集及AD转换
在温度控制系统中,一般温度检测与转换转换有以下两种方案:

采用模拟类温度传感器,比如LM45、AD590、铂电阻等。增加适当的放大电路和AD转换电路以后,就可以将温度信号送入单片机。然而,这种设计需要用到A/D转换电路,且温度传感器的接线较为麻烦,制作成本较高。故不采用此方案。
方案二
采用数字类温度传感器,比如DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器,直接将温度信号转换为数字量,可编程的分辨率为9~12位,采用独特的单总线接口,只需要一条总线就可以实现与单片机通信,简化了硬件电路设计,降低了设计成本,故采用此方案。
控制模块

采用快速单片机,比如STC12C5A32S2、ATmega16、W77E58等。以ATmega16为例,ATmega16单片机是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz,在相同晶振频率的情况下,速度比普通快8~12倍。从性能上来说,该单片机是一款功能非常强大的单片机,然而其价格较高(15元/片),采用该单片机会使设计成本增加;另外、该控制系统并不需要太快的速度,故否定此方案。
方案二
采用普通单片机STC89C52。STC89C52单片机片内有8KB的EPROM和256B的RAM,程序通过串口下载,十分方便。在晶振频率为12MHz的情况下,单指令仅需1us,完全能满足系统设计要求。另外,该单片机价格便宜,,故采用此方案。
显示模块

采用7段式数码管。目前,市场上有大量的七段式LED数码管,价格也较为便宜,,;不过采用数码管作为显示时,需要增加驱动电路,驱动电路的成本在8元左右,另外,数码管只能显示一些简单字符以及数字,而在本设计中,需要显示大量信息,比如:实时温度、PID参数、设定温度等,采用数码管会大大增加程序的复杂度,并且还会对单片机的功能提出更高要求,其性价比较低。故不采用此方案。
方案二
采用LM1602液晶显示。LM1602液晶的市场价格在15元左右,可以与单片机直接连接,不需要增加额外的驱动电路,它可以显示所有的ASCII字符。另外可以同时显示32个字符,电路设计简单、功耗较低、性价比高、软件复杂度低。故采用此方案。
驱动模块
方案一
采用固态继电器。固态继电器有三部分组成:输入电路,隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别,输入电路可分为直流输入电路,交流输入电路和交直流输入电路三种。固态继电器可以与逻辑电路兼容,耐振耐机械冲击,安装位置无限制,具有良好的防潮防霉防腐蚀性能,在防爆和防止臭氧污染方面的性能也