恒温箱温度控制系统的设计
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从上世纪70年代开始，国外就已经开始研究温度控制系统了。到了80年代后期, 因为工业发展的需求，尤其是微电子、计算机技术的快速成熟，还有设计方法的发展等 一系列因素的推动下，国外的温度控制系统发展迅猛。智能化等在科技中也有较大的成就。当下，一些技术成熟的大国已经实现了白动化，可以生产出性能良好的商品。
4.4 PID程序设计26
4.5系统整体设计26
4.6模拟样机的软件设计27
4.7本章小结27
5恒温箱温度控制系统的建模与仿真28
5.1恒温箱温度控制系统的数学建模28
5.2控制系统的仿真28
5.2.1MATLAB的简介28
5.2.2Simuliiik的 简 介29
5.2.3PID控制及仿真29
5.3本章小结31
3.1.7核心控制器的选择13
3.2单片机电路的设计13
3.3显示电路的设计14
3.4按键电路的设计15
3.5报警电路的设计16
3.6稳压电路的设计16
3.7过零检测电路17
3.8加热器件驱动电路18
3.8.1光电辐合器介绍18
3.8.2可控硅介绍18
3.83可控硅驱动电路设计19
3.9热电偶信号处理电路20
STC12C5A60S2 miaocontroller is used as tlie core controller. The temperahire measurement is done by using PID control on the digital temperahire sensor. The amount of output is conti ol by using the trigger of SCR, where the temperahire control is acliieved. Tlie temperature can be a crusted manually witliin certain range and it can adjust automatically when the ambient temperature decreases・Hie combination of usage of PID and microcontroller can increase the accuracy of the conhol system and therefore reduce the enors.
在此次设计中，主要是设计一套能够精确控制温度的恒温箱温度控制系统。该系统 能够实时、fl动、准确的测量恒温箱内的温度，然后通过加热和降温将温度控制在设定 的误差范南内。恒温箱在各个领域里都有很重要的意义，但其控制系统乂较为复杂，基 本上不可能用数学的方法建立准确的模型。当前是用经典控制和智能控制两种控制算法 相结合的方式对温度进行高效的控制。
PID算法是经典的控制算法,在实际的控制中有看很高的地位。PID算法相对简单， 控制精度高。但是PID调节的参数无法适应系统很长时间，需要对参数不断的整定，以 达到更好的控制效果。该算法最重要的是怎样合理有效的整定其参数，针对这种情况我 们就要对其进行仿真建模，通过MATLAB找到更好的解决方法，以免浪费不必要的时 间，有效的提髙了设计效率，也使控制性能可以达到预期的效果。
在当今大环境下，市场与技术息息相关，同时技术在开发产品方面乂起着决定性的 作用。如今有关恒温箱温度控制的产品，成为大家研丸开发的热点。随着科技的口益发 展，单片机技术越來越成熟，覆盖范围也越來越广。并且以单片机为核心的控制系统可 以克服控制系统的容量滞后问题，这就让控制系统的精度得到了的改善。其良好的控制 效果也对安全高效的生产、环保事业、经济的稳步发展起到了十分显著的作用。因为温 度控制系统的普遍性，温度传感器的种类也在随着它的发展而不停的增加，以此來满足 越來越多元化的需求。
关键词：恒温箱；温度控制：MATLAB：PID
Abstract
Tliis paper is mainly to design a set of temperature control system that can control the temperature of incubators precisely. Tliis system is capable in automatically and accurately measuring the temperature inside the oven in real-time and control the temperature within tlie setting eiTor range by heating and cooling・Incubators have a veiy important significance in various fields. Due to its complication in the control system, basically it is impossible to mathematically establish a mode accurately. Tlie current used algorithm contiol metliod is the classical contiol method and intelligent control method. By combining these two algoritlims, an effective control on the temperahire is acliieved.
在日常生活中，可以用来保存食物；在工业中，可以保存工业原料以及对一些产品 的测试，其控制效果的好坏会对产品有直接的影响；在农牧业中，可以育苗，可以饲养 生物；在科研机构可以培养细胞；在生物研究中，可以为无菌试验创造有利的条件：某 些离端电子设备的正常运行需要一定的温度环境。这些都是恒温箱在各个领域里发挥的 作用。由此可见，恒温箱有着举足轻重的地位。
6总结32
6.1结论32
6.2心得体会32
谢辞33
参考文献34
附录一 模拟样机程序35
附录二 元器件清单38
附录三 模拟样机的温度控制系统的PCB图39
引言
恒温箱的应用非常广泛。其工作就是保持温度的恒定，从琐碎的口常生活到精准的 科学研丸：从能源、化工到医用、军事；从工业生产到农牧业的需要。可见，恒温箱无 处不在。
3.9.1热电偶的基本工作原理20
3.9.2MAX6675的介绍20
3.9.3热电偶信号处理电路的设计21
3.10模拟样机硬件的制作22
3.11本章小结22
4温度控制系统的软件设计23
4.1检测模块设计23
4.1.1按键模块程序设计23
4.1.2温度检测程序设计24
4.2控制模块程序设计24
4.3显示模块程序设计25
本设计的内容是恒温箱温度控制系统，温度是控制目标。无论在生活中还是匸业中, 温度控制系统都被广阔采用，例如在发酵箱、匸业产品检测、无菌实验环境都需要温度 控制。所以本次毕业设计的目的是设计一种恒温箱温度控制系统，在价格较低的前提下, 争取实现控制精度高，实时性好等功能。
1.2国内外研究现状
随着科学技术的不断发展，恒温箱温度控制被广泛应用到各个领域，获得了社会各 界的认可。在不同的情况下，由于被控对象的差异、期祟效果、经济等因素，需要根据 实际状况设计系统的结构和功能，使系统达到最优控制。其中，恒温箱温度控制系统在 工、商业中是一个重要的研究对象。
2.4.1PID调节器的特点8
2.4.2PID调节器参数的整定8
2.5本章小结9
3恒温箱温度控制系统的硬件电路的设计10
3.1元器件的选择10
3.1.1温度传感器的选择10
3.1.2电线的选择10
3.1.3显示器的选择11
3.1.4稳压器的选择11
3.1.5按键的选择12
3.1.6加热负萩控制器件的选择12
PID is a classical algoritlun and control algoritluns. It has a veiy liigli status in the actual control system. Tlie PID algoritlun is relatively simple and has liigli precision of control. But in order to achieve a better control effect, The PID parameters need a constant tuning and they are unable to adapt in the system for a longer time. Tlierefore is it important for finding a reasonable and effective timing for the parameters in wliich we have to modeling and stimulation. Ill order to find a better solution without wasting much time. MATLAB is used and tliis has effectively improve the design efficiency and the control perfonnance achieved the desired results.
在当今社会，由于科技快速进步，国家经济水半的高速发展，以及大众对恒温箱的 需求的增长，所以就对恒温箱提出了更高的耍求。不仅要控制的精度越來越高，还要经 济实惠，更希望恒温箱有一个温度控制的范围，可以让用户白己设置自己所需温度，以 满足不同用户的不同需求。
一般的温度控制方法都是设定一个数值为温度的临界点，超过误差允许的范畴则要 进行温度调控。本方法容易操作，价格适中，但结果不理想，控温精度不高，需要较长 的时间才可以到达稳定点。因此，它只适用于对精度要求不高地方。
2.1.1恒温箱溫度控制系统设计的研究内容4
2.1.2恒温箱温度控制系统设计的基本要求4
2.2恒温箱温度控制系统的基本工作原理4
23控制方案的选择5
2.3.1比例控制（P）5
2.3.2比例积分控制（PI）6
2.3.3比例微分控制（PD）6
2.3.4比例积Biblioteka 微分控制（PIO）72.4 PID的特点与参数的整定8
我们采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器，温度测星采用数字温度传感器, 使用PID控制，输出控制用最的调节用的是可控硅触发端的通断，从而实现对温度的控 制。温度在一定范雨内可以由人工调节，并能在环境温度降低时实现自动调整。这样将PID和单片机结合使用，可以将整个控制系统的精度提高，将误差减小。
Key words: Incubators; Temperahire control; MATLAB; PID control
摘要I
AbstractII
引言1
1绪论2
1.1课题背景，目的和意义2
1.2国内外研究现状2
13发展方向3
1.4本章小结3
2恒温箱温度控制系统的总体设计4
2.1恒温箱温度控制系统设计的研究内容与基本要求4
PID控制器原理相对容易一些，且适应性好，鲁棒性强。因为其P、I、D各自独立， 研究工作者可以根据口己的需求來进行组合，整定PID的参数乂相对简单。因此在众多 领域里都有广泛的应用。
1
11课题背景，目的和意义
随着社会不断发展，科技快速进步，以及恒温箱在诸多领域的应用，智能控制与经 典控制相结合的控制方式已然成为温度控制系统的主流方向。温度在诸多领域里都是极 为重要的参数，但对其实现高精度的控制是有一定难度的，但温度乂是一个和生活密不 可分的实际问题。鉴于这是实际状况，所以设计恒温箱温度控制系统是有广阔的前景和 实际意义。
本次毕业设计中，该系统的作用就是实现对温度的控制与监测。我们的核心控制器 是单片机。用单片机进行PR计算，可以最大程度的展示软件的灵活性、且容易操作， 可以让系统变得更稳定一些。
单片机是每个控制系统中不能缺少的重要组成部分，己广泛地应用于各个领域。能 及时的处理数据，可以使系统在最佳状态下工作，并使控制精度整体提高。乂因为单片 机有功能强大，反应灵敏，尺寸小，能耗低，性价比高等优点，因此其市场占有率在II益增加。
4.4 PID程序设计26
4.5系统整体设计26
4.6模拟样机的软件设计27
4.7本章小结27
5恒温箱温度控制系统的建模与仿真28
5.1恒温箱温度控制系统的数学建模28
5.2控制系统的仿真28
5.2.1MATLAB的简介28
5.2.2Simuliiik的 简 介29
5.2.3PID控制及仿真29
5.3本章小结31
3.1.7核心控制器的选择13
3.2单片机电路的设计13
3.3显示电路的设计14
3.4按键电路的设计15
3.5报警电路的设计16
3.6稳压电路的设计16
3.7过零检测电路17
3.8加热器件驱动电路18
3.8.1光电辐合器介绍18
3.8.2可控硅介绍18
3.83可控硅驱动电路设计19
3.9热电偶信号处理电路20
STC12C5A60S2 miaocontroller is used as tlie core controller. The temperahire measurement is done by using PID control on the digital temperahire sensor. The amount of output is conti ol by using the trigger of SCR, where the temperahire control is acliieved. Tlie temperature can be a crusted manually witliin certain range and it can adjust automatically when the ambient temperature decreases・Hie combination of usage of PID and microcontroller can increase the accuracy of the conhol system and therefore reduce the enors.
在此次设计中，主要是设计一套能够精确控制温度的恒温箱温度控制系统。该系统 能够实时、fl动、准确的测量恒温箱内的温度，然后通过加热和降温将温度控制在设定 的误差范南内。恒温箱在各个领域里都有很重要的意义，但其控制系统乂较为复杂，基 本上不可能用数学的方法建立准确的模型。当前是用经典控制和智能控制两种控制算法 相结合的方式对温度进行高效的控制。
PID算法是经典的控制算法,在实际的控制中有看很高的地位。PID算法相对简单， 控制精度高。但是PID调节的参数无法适应系统很长时间，需要对参数不断的整定，以 达到更好的控制效果。该算法最重要的是怎样合理有效的整定其参数，针对这种情况我 们就要对其进行仿真建模，通过MATLAB找到更好的解决方法，以免浪费不必要的时 间，有效的提髙了设计效率，也使控制性能可以达到预期的效果。
在当今大环境下，市场与技术息息相关，同时技术在开发产品方面乂起着决定性的 作用。如今有关恒温箱温度控制的产品，成为大家研丸开发的热点。随着科技的口益发 展，单片机技术越來越成熟，覆盖范围也越來越广。并且以单片机为核心的控制系统可 以克服控制系统的容量滞后问题，这就让控制系统的精度得到了的改善。其良好的控制 效果也对安全高效的生产、环保事业、经济的稳步发展起到了十分显著的作用。因为温 度控制系统的普遍性，温度传感器的种类也在随着它的发展而不停的增加，以此來满足 越來越多元化的需求。
关键词：恒温箱；温度控制：MATLAB：PID
Abstract
Tliis paper is mainly to design a set of temperature control system that can control the temperature of incubators precisely. Tliis system is capable in automatically and accurately measuring the temperature inside the oven in real-time and control the temperature within tlie setting eiTor range by heating and cooling・Incubators have a veiy important significance in various fields. Due to its complication in the control system, basically it is impossible to mathematically establish a mode accurately. Tlie current used algorithm contiol metliod is the classical contiol method and intelligent control method. By combining these two algoritlims, an effective control on the temperahire is acliieved.
在日常生活中，可以用来保存食物；在工业中，可以保存工业原料以及对一些产品 的测试，其控制效果的好坏会对产品有直接的影响；在农牧业中，可以育苗，可以饲养 生物；在科研机构可以培养细胞；在生物研究中，可以为无菌试验创造有利的条件：某 些离端电子设备的正常运行需要一定的温度环境。这些都是恒温箱在各个领域里发挥的 作用。由此可见，恒温箱有着举足轻重的地位。
6总结32
6.1结论32
6.2心得体会32
谢辞33
参考文献34
附录一 模拟样机程序35
附录二 元器件清单38
附录三 模拟样机的温度控制系统的PCB图39
引言
恒温箱的应用非常广泛。其工作就是保持温度的恒定，从琐碎的口常生活到精准的 科学研丸：从能源、化工到医用、军事；从工业生产到农牧业的需要。可见，恒温箱无 处不在。
3.9.1热电偶的基本工作原理20
3.9.2MAX6675的介绍20
3.9.3热电偶信号处理电路的设计21
3.10模拟样机硬件的制作22
3.11本章小结22
4温度控制系统的软件设计23
4.1检测模块设计23
4.1.1按键模块程序设计23
4.1.2温度检测程序设计24
4.2控制模块程序设计24
4.3显示模块程序设计25
本设计的内容是恒温箱温度控制系统，温度是控制目标。无论在生活中还是匸业中, 温度控制系统都被广阔采用，例如在发酵箱、匸业产品检测、无菌实验环境都需要温度 控制。所以本次毕业设计的目的是设计一种恒温箱温度控制系统，在价格较低的前提下, 争取实现控制精度高，实时性好等功能。
1.2国内外研究现状
随着科学技术的不断发展，恒温箱温度控制被广泛应用到各个领域，获得了社会各 界的认可。在不同的情况下，由于被控对象的差异、期祟效果、经济等因素，需要根据 实际状况设计系统的结构和功能，使系统达到最优控制。其中，恒温箱温度控制系统在 工、商业中是一个重要的研究对象。
2.4.1PID调节器的特点8
2.4.2PID调节器参数的整定8
2.5本章小结9
3恒温箱温度控制系统的硬件电路的设计10
3.1元器件的选择10
3.1.1温度传感器的选择10
3.1.2电线的选择10
3.1.3显示器的选择11
3.1.4稳压器的选择11
3.1.5按键的选择12
3.1.6加热负萩控制器件的选择12
PID is a classical algoritlun and control algoritluns. It has a veiy liigli status in the actual control system. Tlie PID algoritlun is relatively simple and has liigli precision of control. But in order to achieve a better control effect, The PID parameters need a constant tuning and they are unable to adapt in the system for a longer time. Tlierefore is it important for finding a reasonable and effective timing for the parameters in wliich we have to modeling and stimulation. Ill order to find a better solution without wasting much time. MATLAB is used and tliis has effectively improve the design efficiency and the control perfonnance achieved the desired results.
在当今社会，由于科技快速进步，国家经济水半的高速发展，以及大众对恒温箱的 需求的增长，所以就对恒温箱提出了更高的耍求。不仅要控制的精度越來越高，还要经 济实惠，更希望恒温箱有一个温度控制的范围，可以让用户白己设置自己所需温度，以 满足不同用户的不同需求。
一般的温度控制方法都是设定一个数值为温度的临界点，超过误差允许的范畴则要 进行温度调控。本方法容易操作，价格适中，但结果不理想，控温精度不高，需要较长 的时间才可以到达稳定点。因此，它只适用于对精度要求不高地方。
2.1.1恒温箱溫度控制系统设计的研究内容4
2.1.2恒温箱温度控制系统设计的基本要求4
2.2恒温箱温度控制系统的基本工作原理4
23控制方案的选择5
2.3.1比例控制（P）5
2.3.2比例积分控制（PI）6
2.3.3比例微分控制（PD）6
2.3.4比例积Biblioteka 微分控制（PIO）72.4 PID的特点与参数的整定8
我们采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器，温度测星采用数字温度传感器, 使用PID控制，输出控制用最的调节用的是可控硅触发端的通断，从而实现对温度的控 制。温度在一定范雨内可以由人工调节，并能在环境温度降低时实现自动调整。这样将PID和单片机结合使用，可以将整个控制系统的精度提高，将误差减小。
Key words: Incubators; Temperahire control; MATLAB; PID control
摘要I
AbstractII
引言1
1绪论2
1.1课题背景，目的和意义2
1.2国内外研究现状2
13发展方向3
1.4本章小结3
2恒温箱温度控制系统的总体设计4
2.1恒温箱温度控制系统设计的研究内容与基本要求4
PID控制器原理相对容易一些，且适应性好，鲁棒性强。因为其P、I、D各自独立， 研究工作者可以根据口己的需求來进行组合，整定PID的参数乂相对简单。因此在众多 领域里都有广泛的应用。
1
11课题背景，目的和意义
随着社会不断发展，科技快速进步，以及恒温箱在诸多领域的应用，智能控制与经 典控制相结合的控制方式已然成为温度控制系统的主流方向。温度在诸多领域里都是极 为重要的参数，但对其实现高精度的控制是有一定难度的，但温度乂是一个和生活密不 可分的实际问题。鉴于这是实际状况，所以设计恒温箱温度控制系统是有广阔的前景和 实际意义。
本次毕业设计中，该系统的作用就是实现对温度的控制与监测。我们的核心控制器 是单片机。用单片机进行PR计算，可以最大程度的展示软件的灵活性、且容易操作， 可以让系统变得更稳定一些。
单片机是每个控制系统中不能缺少的重要组成部分，己广泛地应用于各个领域。能 及时的处理数据，可以使系统在最佳状态下工作，并使控制精度整体提高。乂因为单片 机有功能强大，反应灵敏，尺寸小，能耗低，性价比高等优点，因此其市场占有率在II益增加。