恒温电热杯温度控制器设计

计算机控制技术

课程设计

成绩评定表

设计课题恒温电热杯的温度控制器设计

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设计时间： 2

指导教师意见：

成绩:

签名：年月日

计算机控制技术课程设计

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计算机控制技术课程设计任务书

学生姓名专业班级学号

题目恒温电热杯的温度控制器设计

课题性质工程设计课题来源自拟指导教师臧海河

主要内容（参数）利用89C51设计PLD系列恒温控制系统，实现以下功能：

1．用电热器加热水壶中的水，用单片机检测水壶内温度，是温度恒定于某一值；

2．温度控制静态误差<1℃；

3．用1602显示水的温度；

4．由键盘输入设定温度；

任务要求（进度）

第1天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。

第2天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

第3天：软件设计。

第4-5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、语言流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于6000字。

主要参考资料[1] 何立民.单片机高级教程及应用设计.北京：北京航天航空大学出版社，2000

[2] 朱定华.单片机原理与接口技术.电子工业出版社,2006

[3] 马建伟，李银伢.PID控制设计理论与方法.科学出版社，2008

[4] 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2003.12

审查意见

系（教研室）主任签字：年月日

目录

1前言 (3)

2 总体方案设计 (4)

2.1系统方案 (4)

2.2总体方案原理的理论分析 (5)

3 硬件电路设计 (6)

3.1 AT89S52单片机 (6)

3.2温度传感器 (7)

3.3 电源电路 (9)

3.4 加热控制电路 (10)

3.5液晶显示模块 (10)

3.6键盘和DS18B20模块 (11)

4软件设计说明 (11)

5总结 (12)

参考文献 (12)

附录13 1 前言

一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构加在被控系统上，控制系统的被控量经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器和执行机构都不一样。比如压力控制系统要采用压力传感器，而温度控制系统要采用温度传感器。 PID 控制技术在现在最为成熟，控制结构简单，参数容易调整，不必求出被控对象的数学模型就可以调节，所以在恒温控制系统中通常采用 PID 算法。PID 是比例（proportional）、积分（intergal）和微分derivative三者的缩写。PID 调、kd微分系数的选择非常重节器的三个基本参数 kp比例系数、ki（积分系数）要，它将直接影响一个控制系统的准确性。传统的 PID 控制电路结构复杂，需配合相应的可控硅控制电路来完成功率的调控。针对它具有器件多、生产成本高、电路调试复杂的缺点，本恒温自动控制系统的设计中应用AT89S52 的单片机进行数字 PID 运算，能充分发挥软件系统的灵活性，在必要时针对 PID 算法进行修正，使其更加完善，固态继电器的功率调节电路，极大地简化了执行电路，与单片机的接口也变得十分的方便。同时，只需要更换不同输出功率的固态继电器，就可满足不同功率加热系统的需要。由于设计的系统对温度动、静态指标要求要求不高，且允许有一定的温度偏差和允许调节的时间较长时，最流行控制方法还是继电接触器控制系统。因此本设计采用继电接触器控制系统。整个设计系统电路简单、调试方便、实际应用可达到理想的精度。

2 总体方案设计

2.1系统方案

(1) 温度传感器的选取

采用 DS18B20 温度传感器。DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 TO－92 小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃可编程为 9 位～12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625℃，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。(2) 键盘显示

控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。单片机 AT89C52 与 4X4 矩阵组成控制和扫描系

统，并用 89C52的 P1 口对键盘进行扫描，并用总线的方式在 P0 口接 1602 液晶来显示水温和设定值，这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体积小，价格便宜的特点。

（3）控制电路部分

采用 AT89C52 单片机，其内部有 4KB 单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的 I/O 口也足够本次设计的要求。

2.2总体方案原理的理论分析

（1）系统模块

DS18B20 模块，1602 液晶显示模块，继电器模块，键盘输入模块和声光报警模块，DS18B20 可以被编程，所以箭头是双向的，CPU（89C52）首先写入命令给 DS18B20，然后 DS18B20 开始转换数据，转换后通 89C 52 来处理数据。数据处理后的结果就显示到 1602 液晶上。系统结构框图如图2.1所示。

AT89C52 DS18B20模块

键盘输入

1602模块

声光报警器模块继电器模块

OUTPUT

热得快

INPUT

图2.1系统结构框图

(2)系统模块总关系

本系统的执行方法是循环查询执行的，键盘扫描也是用循环查询的办法，由于本系统对实时性要求不是很高，所以没有用到中断方式来处理。系统总流程图如下图2.2所示。