基于單片機(jī)的溫控器設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于單片機(jī)的溫控器設(shè)計(jì)

天津理工大學(xué)

課程設(shè)計(jì)報(bào)告

題目：基于單片機(jī)的溫控器設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名李天輝學(xué)號20231009屆2023班級電氣4班指導(dǎo)教師專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化

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說明

1.課程設(shè)計(jì)文本材料包括設(shè)計(jì)報(bào)告、任務(wù)書、指導(dǎo)書三部分，其中任務(wù)書、指導(dǎo)書由教師完成。按設(shè)計(jì)報(bào)告、任務(wù)書、指導(dǎo)書順序裝訂成冊。

2.學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書、指導(dǎo)書完成課程設(shè)計(jì)工作。3.設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容建議主要包括：概述、系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)內(nèi)容、小結(jié)和參考資料。

4.設(shè)計(jì)報(bào)告字?jǐn)?shù)應(yīng)在3000-4000字，采用電子繪圖、采用小四號宋體、1.25倍行距。

5.課程設(shè)計(jì)成績由平日表現(xiàn)（30%）、設(shè)計(jì)報(bào)告（30%）和提問成績（40%）組成。

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課程設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書

課程設(shè)計(jì)題目：Ⅰ.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作量）當(dāng)今社會，溫控器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電冰箱、空調(diào)和電熱毯等領(lǐng)域中。其優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，穩(wěn)定性好，速度快自動(dòng)化程度高，溫度和風(fēng)速全自動(dòng)控制，操作簡單可靠，對執(zhí)行器要求低，故障率低，效果好。目前國內(nèi)外生產(chǎn)廠家正在研究開發(fā)第三代智能型室溫空調(diào)溫控器，應(yīng)用新型控制模型和數(shù)控芯片實(shí)現(xiàn)智能控制?，F(xiàn)在已有國內(nèi)廠家生產(chǎn)出了智能型室溫空調(diào)溫控器，并已應(yīng)用于實(shí)際工程。本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，主要由溫度數(shù)據(jù)采集、溫度控制、按鍵和顯示、通訊等部分組成。溫度采集采用NTC或PTC熱敏電阻（或由電位器模擬）或集成溫度傳感器、集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的信號調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換器組成。溫控部分采用交流開關(guān)BT136通過改變導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)壓限流達(dá)到控制加熱絲溫度的目的。溫度控制算法采用PID控制，可以采用普通PID或模糊PID。對控制PID參數(shù)進(jìn)行整定，進(jìn)行MATLAB仿真，說明控制效果。進(jìn)行程序編制。設(shè)計(jì)通訊協(xié)議，并能夠通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)。2．課程設(shè)計(jì)的要求1、選擇相應(yīng)元器件設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)原理圖并繪制PCB幅員。2、進(jìn)行PID控制算法仿真，設(shè)計(jì)PID參數(shù)，或模糊PID規(guī)則。3、系統(tǒng)功能要求：a要能夠顯示實(shí)時(shí)溫度；b能夠進(jìn)行溫度設(shè)置；c能夠進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定；d能夠把數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)；e可以設(shè)定本機(jī)地址。F溫度控制范圍0~99.9度。4、編制程序并調(diào)試通過，并有程序流程圖。3

二、課程設(shè)計(jì)參考資料1單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)第三版馬忠梅等編著2趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.天津：天津大學(xué)出版社，2023.33何立民.單片機(jī)高級教程．第1版．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20234如何使用KEIL8051C編譯器(韓)金炯泰著金奎煥等譯(韓)金炯泰著5相關(guān)芯片數(shù)據(jù)手冊。Ⅱ.課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

一、課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟1、熟練把握常用EDA設(shè)計(jì)軟件，如protel等，進(jìn)行原理圖、PCB幅員設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)溫度控制電路。2、采用MATLAB軟件進(jìn)行PID控制參數(shù)的設(shè)計(jì)。3、根據(jù)功能要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，采用KEIL進(jìn)行程序調(diào)試。4

二、主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、解決思路1、溫度控制電路設(shè)計(jì)，可以采用無觸點(diǎn)交流開關(guān)BT136結(jié)合光藕MOC3062設(shè)計(jì)溫度控制電路，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離。2、與上位機(jī)通訊采用RS485，需要參與點(diǎn)評轉(zhuǎn)換芯片如MAX485。3、為了確保輸入信號不損毀芯片，信號調(diào)理電路需加嵌位電路。4、可以選用單片機(jī)開發(fā)板來進(jìn)行設(shè)計(jì)，但要滿足任務(wù)書要求。

三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排起迄日期

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工作內(nèi)容系統(tǒng)需求分析器件選型，硬件原理圖設(shè)計(jì)PID或模糊PID算法設(shè)計(jì)軟件編制調(diào)試撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告

目錄

一、二、三、四、五、六、七、八、引言5概述5系統(tǒng)工作原理5系統(tǒng)組成6系統(tǒng)硬件介紹16系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13總結(jié)18課程設(shè)計(jì)參考資料19

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引言

在科技飛速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到迅猛推廣,而單片機(jī)由于具有集成度高，體積小，功耗低，處理能力強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，易于推廣使用的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和家庭生活中。溫度控制系統(tǒng)則是單片機(jī)在家庭生活中的一個(gè)典型的應(yīng)用。

溫度控制器是一種溫度控制裝置，它根據(jù)用戶所需溫度與設(shè)定溫度之差值來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到用戶所需溫度的目的。

各種溫控家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高越來越普及，只有一個(gè)簡單、穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)才能更好的適應(yīng)市場需求，更好的滿足人民的意愿

一、概述

該溫度控制系統(tǒng)是以8051單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。在硬件電路方面，主要分成了幾個(gè)模塊，即溫度數(shù)據(jù)采集、溫度檢測電路模塊，ADC0809電信號的處理模塊，加熱控制電路模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，電壓輸入模塊，LED顯示模塊，鍵盤輸入模塊和溫度控制輸出模塊，并在protel99SE上進(jìn)行電原理圖繪制及雙層印制電路板設(shè)計(jì)。

溫度采集采用集成溫度傳感器、集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的信號調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換器組成。溫控部分采用交流開關(guān)BT136通過改變導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)壓限流達(dá)到控制加熱絲溫度的目的。

溫度控制算法采用PID控制，采用普通PID或模糊PID。對控制PID參數(shù)進(jìn)行整定，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行仿真，說明控制效果。進(jìn)行程序編制。設(shè)計(jì)通訊協(xié)議，并能夠通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)。

二、系統(tǒng)工作原理

溫度控制系統(tǒng)如下圖所示，溫度由熱電偶檢測，經(jīng)變送器變換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號送入A/D轉(zhuǎn)換器，使之變成數(shù)字量，送入單片機(jī)，經(jīng)數(shù)字濾波后作為本次采樣值；控制程序依照設(shè)定好的算法，將設(shè)定值和采樣值進(jìn)行比較運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果送到觸發(fā)電路控制交流開關(guān)BT136通過改變導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)壓限流達(dá)到控制加

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熱絲溫度的目的，實(shí)現(xiàn)溫度恒定控制。另外，本系統(tǒng)還支持溫度的設(shè)定和顯示，當(dāng)控制系統(tǒng)的溫度過高或者過低時(shí)，可以觸發(fā)聲光報(bào)警信號，提醒工作人員注意。

三、系統(tǒng)組成

溫度控制器主要由單片機(jī)，時(shí)序電路，溫度采樣電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，溫度顯示電路，溫度輸入電路，驅(qū)動(dòng)電路等組成.流程圖如下：

時(shí)鐘8051A/D轉(zhuǎn)換電路按鍵電路溫度采樣電路數(shù)碼管數(shù)碼管8段譯碼8段譯碼驅(qū)動(dòng)電路

圖1溫度控制系統(tǒng)框圖

四、系統(tǒng)硬件介紹

4.1、8051單片機(jī)介紹

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8051單片機(jī)由具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷控制和系統(tǒng)時(shí)鐘電路等幾大單元以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三大總線組成。

8051屬于8位單片機(jī)，片內(nèi)4KB的ROM，128B的片內(nèi)RAM?？蓪ぶ吠獠康?4KB的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，16位的地址總線，5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級，32根I/O線，1個(gè)全雙工異步串行口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。

8051的復(fù)位方式有上電復(fù)位、手動(dòng)開關(guān)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位3種，其中上電復(fù)位電路是利用電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。其時(shí)鐘產(chǎn)生方式分為內(nèi)部振蕩方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部振蕩方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的反向放大器構(gòu)成振蕩電路。8051單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。

1、電源:（1）VCC-芯片電源，接+5V；（2）VSS-接地端；

2、時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

3、控制線:控制線共有4根：（1）ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址。PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

（2）PSEN:片外程序存儲器選通信號。

（3）RST/VPD:復(fù)位/備用電源。RST功能：復(fù)位信號輸入端。VPD功能：在Vcc掉電狀況下，接備用電源。

（4）EA/Vpp:片外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

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4、I/O線

80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有其次功能，用于特別信號輸入輸出和控制信號。

8051單片機(jī)由具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷控制和系統(tǒng)時(shí)鐘電路等幾大單元以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三大總線組成。

8051屬于8位單片機(jī)，片內(nèi)4KB的ROM，128B的片內(nèi)RAM?？蓪ぶ吠獠康?4KB的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，16位的地址總線，5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級，32根I/O線，1個(gè)全雙工異步串行口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

4.2A/D轉(zhuǎn)換電路4.2.1ADC0801介紹

ADC0801是8位全MOS中速A/D轉(zhuǎn)換器、它是逐次迫近式A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直接口接。其主要引腳功能如下：

（1）RD，WR：讀選通信號和選通信號（低電平有效）。（2）CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，上升有效。（3）DB0—DB7是輸入信號。

（4）CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端協(xié)同可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。

（5）C