基于單片機(jī)的釀酒槽的溫度檢測(cè)與控制

   

 [摘要] 課題針對(duì)溫度控制的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確溫度控制的意義，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件電路以AT89S52單片機(jī)為微處理器，詳細(xì)設(shè)計(jì)了溫度信號(hào)采樣電路，鍵盤(pán)及顯示電路，溫度控制電路，報(bào)警電路，時(shí)鐘信號(hào)電路。軟件部分主要對(duì)PID算法進(jìn)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(jì)由鍵盤(pán)電路輸入設(shè)定溫度信號(hào)給單片機(jī)，溫度信號(hào)采集電路采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入與反饋信號(hào)的偏差進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)給溫度控制電路，實(shí)現(xiàn)降溫。顯示電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時(shí)滯性、大慣性和時(shí)變性的特征，要實(shí)現(xiàn)溫度控制的快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
本課題針對(duì)溫度控制的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確溫度控制的意義，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件電路以AT89S52單片機(jī)為微處理器，詳細(xì)設(shè)計(jì)了溫度信號(hào)采樣電路，鍵盤(pán)及顯示電路，溫度控制電路，報(bào)警電路，時(shí)鐘信號(hào)電路。軟件部分主要對(duì)PID算法進(jìn)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(jì)由鍵盤(pán)電路輸入設(shè)定溫度信號(hào)給單片機(jī)，溫度信號(hào)采集電路采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入與反饋信號(hào)的偏差進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)給溫度控制電路，實(shí)現(xiàn)降溫。顯示電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
本系統(tǒng)PID參數(shù)整定在MATLAB軟件下SIMULINK環(huán)境中進(jìn)行了仿真，通過(guò)穩(wěn)定邊界法整定得到 、 、 參數(shù)，最終系統(tǒng)無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，調(diào)節(jié)時(shí)間為30s，無(wú)超調(diào)量，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，硬件要求不高，且能對(duì)溫度進(jìn)行時(shí)實(shí)顯示，具有控制過(guò)程的特殊性，本設(shè)計(jì)提出了一種基于PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制的溫度控制系統(tǒng)，主要是為了達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度控制速度快，準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。

[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(jī)實(shí)現(xiàn)釀酒槽的溫度控制系統(tǒng) 6
1.3 設(shè)計(jì)方案 8
第2章  釀酒槽溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10
2.1  AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介 10
2.2 溫度傳感器 12
2.3 鍵盤(pán)和顯示電路 13
2.3．1 行列式鍵盤(pán)的接口 13
2.3．2行列式鍵盤(pán)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(yǔ)言報(bào)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(jì) 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(jì)算程序 22
3.5系統(tǒng)相關(guān)軟件設(shè)計(jì) 28
3.5.1系統(tǒng)其它部件的軟件設(shè)計(jì)方案 28
3.5.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖 28
3.5.3主程序的設(shè)計(jì) 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(jì) 30
3.5.7鍵盤(pán)處理子程序流程圖 35
3.5.8鍵盤(pán)處理子程序設(shè)計(jì) 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(diǎn) 38
第5章 釀酒槽溫度控制的設(shè)計(jì)總結(jié) 40
5.設(shè)計(jì)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(xiàn) 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.