基于單片機的釀酒槽的溫度檢測與控制

[摘要] 課題針對溫度控制的特點及實現(xiàn)準確溫度控制的意義，設(shè)計了一種基于單片機的控制系統(tǒng)。設(shè)計內(nèi)容包括硬件和軟件兩個部分。硬件電路以AT89S52單片機為微處理器，詳細設(shè)計了溫度信號采樣電路，鍵盤及顯示電路，溫度控制電路，報警電路，時鐘信號電路。軟件部分主要對PID算法進行了數(shù)學(xué)建模和編程。PID參數(shù)整定采用的是歸一參數(shù)整定法。本設(shè)計由鍵盤電路輸入設(shè)定溫度信號給單片機，溫度信號采集電路采集現(xiàn)場溫度信號給單片機，單片機根據(jù)輸入與反饋信號的偏差進行PID計算，輸出控制信號給溫度控制電路，實現(xiàn)降溫。顯示電路實現(xiàn)現(xiàn)場溫度的實時監(jiān)控。
工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時滯性、大慣性和時變性的特征，要實現(xiàn)溫度控制的快速性和準確性，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實意義。
本課題針對溫度控制的特點及實現(xiàn)準確溫度控制的意義，設(shè)計了一種基于單片機的控制系統(tǒng)。設(shè)計內(nèi)容包括硬件和軟件兩個部分。硬件電路以AT89S52單片機為微處理器，詳細設(shè)計了溫度信號采樣電路，鍵盤及顯示電路，溫度控制電路，報警電路，時鐘信號電路。軟件部分主要對PID算法進行了數(shù)學(xué)建模和編程。PID參數(shù)整定采用的是歸一參數(shù)整定法。本設(shè)計由鍵盤電路輸入設(shè)定溫度信號給單片機，溫度信號采集電路采集現(xiàn)場溫度信號給單片機，單片機根據(jù)輸入與反饋信號的偏差進行PID計算，輸出控制信號給溫度控制電路，實現(xiàn)降溫。顯示電路實現(xiàn)現(xiàn)場溫度的實時監(jiān)控。
本系統(tǒng)PID參數(shù)整定在MATLAB軟件下SIMULINK環(huán)境中進行了仿真，通過穩(wěn)定邊界法整定得到 、 、 參數(shù)，最終系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差，調(diào)節(jié)時間為30s，無超調(diào)量，各項指標均滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，硬件要求不高，且能對溫度進行時實顯示，具有控制過程的特殊性，本設(shè)計提出了一種基于PID算法來實現(xiàn)恒溫控制的溫度控制系統(tǒng)，主要是為了達到生產(chǎn)過程中對溫度控制速度快，準確性高等特點。

[關(guān)鍵詞]PID算法 溫度控制






目錄

ABSTRACT 3
第1章 緒論 4
1.2 方案的論證 6
1.2.1 方案一利用單片機實現(xiàn)釀酒槽的溫度控制系統(tǒng) 6
1.3 設(shè)計方案 8
第2章 釀酒槽溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 10
2.1 AT89S52單片機簡介 10
2.2 溫度傳感器 12
2.3 鍵盤和顯示電路 13
2.3．1 行列式鍵盤的接口 13
2.3．2行列式鍵盤的工作原理 14
2.3．3液晶顯示的接口 14
2.3．4液晶顯示的工作原理 14
2.4溫度控制電路 16
2.5語言報警電路 17
2.5．1 ISD2560工作模式 17
2.5．1 ISD2560的連接圖 17
第3章 釀酒槽溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 18
3.1 PID調(diào)節(jié)器控制原理 18
3.2 位置式PID算法 19
3.3 數(shù)字PID參數(shù)的整定 20
3.4 PID計算程序 22
3.5系統(tǒng)相關(guān)軟件設(shè)計 28
3.5.1系統(tǒng)其它部件的軟件設(shè)計方案 28
3.5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖 28
3.5.3主程序的設(shè)計 29
3.5.4 主程序的起始地址及初始化 29
3.5.5 lcd1602的顯示控制 29
3.5.6 DS18B20和lcd1602的子程序設(shè)計 30
3.5.7鍵盤處理子程序流程圖 35
3.5.8鍵盤處理子程序設(shè)計 36
第4章 釀酒槽溫度控制的系統(tǒng)調(diào)試 38
4 系統(tǒng)調(diào)試 38
4.2系統(tǒng)的軟件調(diào)試 38
4.3系統(tǒng)的軟件與硬件調(diào)試的特點 38
第5章 釀酒槽溫度控制的設(shè)計總結(jié) 40
5.設(shè)計總結(jié) 40
5.1 工作總結(jié) 40
5.2 工作展望 40
致謝 41
參考文獻 42





ABSTRACT

Industrial production is a one-way temperature control, delay, the inertia and time-varying characteristics, To achieve the rapid temperature control and accuracy, improving the quality of products is a very important practical significance.
The temperature control issues against the characteristics and achieve precise control of temperature, Based on the design of a PID temperature control system. Design elements include hardware and software in two parts. Hardware circuit to AT89S52 MCU for microprocessors, for the detailed design of the microcontroller to provide electricity supply circuit, Temperature signal sampling circuit, keyboard and display circuits, such as heating control circuit four circuit module. Software major part of the PID algorithm is a mathematical modeling and programming. PID tuning parameters are used to a fixed parameter. The circuit design of the keyboard input from the set temperature signal to the microcontroller, Temperature Signal Acquisition Circuit collect temperature signal to the microcontroller, According to SCM input and feedback signal, the error for PID, the output control signals to the heating control circuit, Heating and achieve stop. Show circuit scene of the real-time monitoring of temperature.
The system PID tuning parameters in MATLAB software under SIMULINK environment for the conduct of the simulation, By stabilizing the border will be the entire law, and parameters, the end system without steady-state error and adjust to the 30's, no overshoot, all targets were met design requirements.
The system is simple, and hardware, but also the real-time temperature, with the particularity of the control process, The design of a PID algorithm based on the temperature control to achieve the temperature control system, the main aim is to achieve the production process for the temperature control speed, high accuracy.