单片机温度控制系统范文
时间：2023-03-26 11:11:37
导语：如何才能写好一篇单片机温度控制系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
一、单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： ，式中：Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、AD590的电源电压范围为4V～30V；
4、输出电阻为710MW；
5、精度高。
AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器ADC0804，转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位CY位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
ORG 00H
START：ANL P1，#00H；显示00
JB
P3.4 ，$ ；T0=0？有键按下？
CALL DELAY1 ；消除抖动
JNB P3.4 ，$；T0=1？放下？
MOV R0 ，#00；计温指针初值
L1： MOV A ， R0 ；计温指针载入ACC
MOV P1 ， A ；输出至P1显示
MOV R5 ， #10 ；延时1秒
A1：MOV R6 ， #200
D1：MOV R7 ， #248 ；0.5毫秒
JNB P3.4 ，L2 ；第2次按下T0？
DJNZ R7，$
DJNZ R6，D1
DJNZ R5，A1
INC A
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L1
L2：CALL DELAY1 ；第2次按消除抖动
JB
P3.4 ，L3 ；放开了没？是则
；跳至L3停止
JMP L2
L3: MOV A ，R0
CALL CHANGE
MOV 31H ， A ；下限温度存入31H
JB P3.5 ，$ ；T1=0？有键按下？
CALL DELAY1
；消除抖动
JNB P3.5 ，$ ; ；T1=1？放开？
MOV R0 ，#00 ；计温指针初值
L4：MOV A ，RO ；计温指针载入ACC
MOV P1 ， A ；显示00
MOV R5 ，#10 ；延时1秒
A2：MOV R6 ，#200
D2：MOV R7 ，#248 ；0.5毫秒
JNB P3.5 ，L5 ；第二次按下T1？DJNZ R7 ，$
DJNZ R6 ，D2
DJNZ R5 ， A2
ADD A ， #01H
DA
A
MOV R0 ， A
JMP L4
L5:CALL DELAY1 ；第2次按消除抖动
JB
P3.5 ，L6 ；放开了？是则跳至L6
JMP L5
L6：MOV A， RO ；
CALL CHANGE
MOV 30H ，A ；上限温度存入30H
DELAY1：MOV R6 ，#60 ；30毫秒
D3：MOV R7 ， #248
DJNZ R7 ， $
DJNZ R6 ， D3
RET
CHANGE：MOV B ，#5
MUL AB
JNO
D4
SETB C
D4：RRC A
RET
MOV 32H ，#0FFH ；32H旧温度寄存
；器初值
AAA：MOVX @R0 ， A；使BUS为高阻抗
；并令ADC0804开始转换
WAIT：JB P2.0 ，ADC ；检测转换完成否
JMP WAIT
ADC：MOVX A ，@RO ；将转换好的值送入
；累加器
MOV 33H ，A ；将现在温度值存入33H
CLR C
；C=0
SUBB A ，32H
JC TDOWN ；C=0取入值较大，表示
；温度上升，C=1表示下降
TUP：MOV A， 33H ；将现在温度值存入A
CLR C
SUBB A ，30H ；与上限温度作比较
JC LOOP ；C=1时表示比上限小须
；加热，C=0表示比上限大，停止加热
SETB P2.1
JMP LOOP
TDOWN：MOV A ，33H ；将现在温度值存入A
CLR C
SUBB A ，31H ；与下限温度作比较
JNC LOOP ；C=1时表示比下限小，须
；加热，C=0表示比下限大
CLR P2.1 ；令P2.1动作
LOOP：MOV 32H ，33H
CLR A
MOV R4 ，#0FFH ；延时
DJNZ R4 ，$
JMP AAA
END
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：
篇2
关键词 单片机；温度控制系统；控制程序；联调
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-041-2
表征一个物体的冷热程度用温度来作为单位。在生产中最基本的物理量，也是生活中常见的物理量之一。总的来说，温度的测量与控制在各个领域中都有涉及，在国民经济中颇受到重视。因为，温度与自然界中的许多物理、化学过程都有紧密相关的联系。而且在很多生产过程中，温度的测量和控制如若不好，也都会直接影响安全生产、生产效率和产品质量等，还会造成能源的浪费和重大技术经济指标下降等损失。
1 硬件总体方案设计
如图1所示，是本文所研究的系统硬件部分结构框图，按照功能大致分为以下几个部分：测温部分、最小系统、控温部分以及电平转换和串口通讯部分。
为了使设计功耗更低、成本更低、性能更好，最终决定选用以下器件来搭建硬件平台。
1.1 单片机最小系统
单片机的最小系统其中包括：单片机芯片，复位电路、时钟电路。时钟电路的作用是，在单片机工作时提供所必须的时钟信号。STC89C52单片机的内部电路可以在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令来进行工作；单片机的初始化操作是复位操作，若想使单片机复位，只要给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平。
1.2 测温部分
本部分的温度测量采用的是DS18B20传感器，它有了很大的改进体现在以下方面：测量温度、转换时间、传输距离、分辨率等。它比传统的热敏电阻更能够直接地读出被测的温度值，通常能简单的来读取9到12位的温度值。并且是符合于实际要求。数据总线能控制DS18B20的温度变换功率，的同时还能向所挂接的DS18B20供电，因此省去了额外电源的部分。因此，对比来看，DS18B20所使用的系统结构更简单，可靠性更高。最终，DS18B20被广泛应用于温度采集与处理、数字温度计及各种温度控制系统，也在情理之中。
1.3 控制电路部分
该部分电热丝的加热，是通过单片机的P口输出的高低电平差来继而控制固态继电器的通断来实现的。例如，当P口输出低于电平时，加热电阻就会通电从而使周围的温度缓慢升高，那么DS18B20测得的温度值也会跟着升高；一旦当P口输出高电平时，加热电路就会立即断开，温度渐渐回落。
2 软件总体方案设计
温度的控制系统的主要功能，是要在通过系统的硬件电路确定之后再依赖于软件来实现的。软件主要流程是：完成温度数据的采集，通过串口通信把采集的数据传送给上位机，并接收上位机的命令以此来温度控制。
2.1 单片机最小系统设计
STC89C52单片机其片内含8kbytes的可反复写的FlashROM和128位bytes和RAM。是本系统的主控芯片，且由深圳宏晶公司销售。这款MCU，是由美国设计并生产的一种具有低电压、高性能的CMOS8位单片机。同时有2个16位定时计数器。
STC89C52单片机内部主要部件，都是由内部总线连接起来的，以此来构成一个完整的微型计算机。其中，各部件包括：寄存器、程序状态字PSW、制度存储器ROM、累加器ACC、地址指示器DPTR、随机存取存储器RAM、定时器/计数器、并行I/O接口P0-P3、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。
2.2 测温电路设计
DS18B20传感器是通过P1.0口与单片机相连以此来实现数据的传递的传感器。也是本文中测温电路主要介绍的，其具体硬件原理图如图2所示。
DS18B20芯片的供电方式有两种：寄生电源供电方式、外部电源供电方式。其中本文采用的是外部电源供电方式。
外部电源的供电方式介绍如下：由VDD引脚接入DS18B20工作电源，而且I/O线不需要强上拉，保证了转换精度，同时也不存在电源电流不足的问题。在理论上，总线上还能同时挂接任意多个DS18B20传感器，完整地组成多点测温系统。
需要特别注意的是：在外部供电的方式下，为了保证正常转换温度，避免读取的温度总是85℃这个情况的发生，所以DS18B20的GND引脚不能悬空。外部电源供电方式作为DS18B20的最佳工作方式。
它具有以下优点：可以突破开发出更多点的温度监控系统，除此之外，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路较为简单。在外接电源的方式下，即使电源电压VCC降到最低3V时，也依然能够保证温度量的精度，这样一来，就充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点。
3 控制部分子程序设计
本部分的主要功能就是接收上位机的命令，实现整体正常运行。
当接收的命令为“K”，相应的，对单片机P0.1就会输出低电平，继而固态继电器会呈现闭合状态，如此就能实现接通加热丝并使其对水进行加热的效果；
反之，若接收的命令为“G”，相应的P0.1口会输出高电平，加热丝会停止加热达到温度回落的目的。
4 系统联调
系统完整调试完毕后其温度控制结果也相应地，通过上位机显示出来，如图3所示。
参考文献
[1]夏大勇，周晓辉，赵增，陈博峰，虎恩典.MCS-51单片机温度控制系统[J].工业仪表与自动化装置，2007（01）：43-46.
[2]张菁.单片机温度控制系统方案的研究[J].上海交通大学学报，2007（01）：142-144，148.
篇3
【关键词】单片机;温度控制;运算放大
1.引言
在各种工业生产过程中，温度的测量与控制成为工业控制对象中一个重要的被测控参数。随着电子信息技术的发展，尤其是单片机测量控制技术的迅速发展和广泛应用，利用单片机对温度测控越来越显示出其优越性。单片机具有功能强、体积小、速度快、价格低等特点，广泛应用于各种工业测控系统中。本文介绍以MSP430系列单片机单片机为核心，实现对材料合成温度的测量与控制。
2.系统功能
由Ga-As系统相图得知，在GaAs材料合成过程中，要求温度与组分相匹配。GaAs的化学比不同，其熔点不同，随着砷的比例的增加，熔点升高。只有严格控制砷端和镓端的温度，才能保持整个合成过程为全热相合成。在镓端加热的同时，也加热砷端，使砷升华，砷蒸气扩散到液态镓中与镓化合生成砷化镓。随着Ga-As组分的变化，熔点不断上升。合成完成后砷端615℃，GaAs熔体为1238℃，达到Ga-As体系相平衡，化学比为1：1。合成的关键是砷端和镓端升温速度要相匹配，整个合成过程要求全液相不结晶。需要镓端升温速度为22.5℃/min，砷端升温速度为11.2℃/min，镓端和砷端温度比2：1，需70min完成合成。
3.系统总体设计
材料合成温度控制系统的核心是用单片机来进行数据处理和程序控制。除单片机单元外其他部分由镓端加热器、砷端加热器、热偶温度检测电路、数据放大电路、双路加热控制电路、温度LED显示电路、键盘输入、报警电路等模块构成。系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
合成炉由高温端（Ga端）和低温端（As端）两部分构成。加热由氧化铝螺纹管缠绕两组电热丝制成。镓和砷分别放在石英反应管的高温端和低温端并密封。
4.主控制单元设计
系统由单片机完成对双路电阻炉温度信号的读取，数据运算处理，给出加热控制指令，温度显示及报警等功能。本设计采用MSP430F2232单片机。该单片机是一款超低功耗高性能新型单片机，电源电压采取1.8-3.6V低电压供电。内核是16位处理器处理功能强。内部集成模拟/数字、数字/模拟转换器、比较器。如本系统中由热电偶传感器得到的电压信号，放大后不需要模拟/数字转换，便可直接送单片机处理。大大简化了电路的设计。片内集成Flash ROM及ROM，可不扩展外存储器。由于内部集成了大量的各种功能模块，只要配置少量的基本的复位电路、时钟电路、电源电路等器件，就可满足要求，实现对温度的检测和控制功能。丰富的片上外设，使系统整体结构更为简单实用，同时也降低了系统的成本。
5.温度检测及信号放大
温度检测是将变化的温度值转化为变化的电压信号进行测量。根据温度变化的范围及控温的精度来选用检测元件。合成最高温度1238℃，这样高的温度测量，需要选用耐高温的温度传感器。热电偶传感器电路简单、测量范围广，在高温中保持较高的精度。本设计选用铂铑―铂热电偶，该热电偶测温上限为1300℃可长期工作，最高可达1600℃。热电动势与温度为单值线性关系，测量精度高，稳定。输出电压信号为mV级，满足合成工艺要求。
由于热电偶温度传感器得到的电信号幅度较低，温度在0-1238℃范围内，铂铑―铂热电偶输出的电压在0-13mV范围，此信号不能直接送给单片机处理，需要放大100-200倍，才能达到要求。本设计采用低漂移高精度运算放大器 OP07将温度电压信号进行放大后送单片机处理。由于MSP430F2232单片机内部集成了模/数转换器，可直接进行数据处理。具体放大电路如图2所示。OP07是一种低噪声、低功耗运算放大器，具有非常低的输入失调电压，所以不需要额外设计的调零措施，同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特性，使OP07特别适用于高增益的放大传感器弱信号。
图2 放大电路
6.控制执行电路设计
单片机根据合成温度上升速率的要求和对温度检测的数据进行运算，分别由I/O端口输出镓端和砷端电热丝加热控制信号。单片机I/O口驱动能力有限，不足以直接驱动大功率加热设备。双向可控硅可作为功率驱动器件，其具有双向导通，能在大电流场合使用，且可做无触点开关。本设计采用光耦合双向可控硅驱动器作为输出控制接口，单片机发出的触发信号，经光电耦合器加到双向可控硅的控制极。电路设计如图3所示。为防止大功率设备开关过程产生强电磁干扰，用光耦合器进行隔离，并驱动双向可控硅。R9为触发限流电阻，R10为双向可控硅门极电阻，防止误触发，提高抗干扰能力。当单片机输出高电平时，光耦导通，触发双向可控硅导通，交流接通使加热器电路闭合，开始加热。反之，当单片机输出低电平时，光耦不导通，双向可控硅截止，断开交流通路，停止加热。改变导通的时间即可改变加热功率，达到调节温度的目的。
图3 控制执行电路
7.显示电路及看门狗
系统中加热器的工作状态，温度值需要实时显示。通常一个数码管就要站用CPU的8个I/O端口，本系统显示温度值等需要多个数码管，CPU不可能提供那么多的I/O端口。本设计采用74HC595驱动多只数码管，74HC595是一个串入/8位并行输出驱动器。带锁存器、移位寄存器，可直接驱动发光二极管。具有拉电流和灌电流驱动能力。故可驱动共阳数码管，也可驱动共阴极数码管。通过Q7引脚进行级联。实现多位数码管连接，完成多位温度值的显示。
由于单片机温度控制系统长期工作于有干扰环境中，尤其是加热器交流系统的反复通断会产生大量电磁干扰，容易使单片机程序失控。因此，系统必须采取有力的抗干扰措施，以保证系统稳定运行。本系统采用IMP706看门狗电路设计，单片机定时喂狗，WDI接单片机一个I/O接口，检测单片机状态，当单片机受干扰失控时，IMP706的脚输出一个低电平，送单片机脚，使单片机复位，重新进入正常运行状态。使系统具有良好的抗干扰能力，大大提高了系统的稳定性。
8.小结
材料合成温度控制系统，采用MSP430高性能单片机进行温度数据采集、数据运算处理、输出控制，实现了对镓端和砷端温度的测量、控制和显示等功能。完成了镓端和砷端升温速率的控制及匹配。使整个合成过程为全液相不结晶，满足了工艺的要求。系统温度检测准确，温度控制灵活，电路结构优化，运行稳定，投入到材料合成温度控制作业中，收到了良好的效果。
参考文献
[1]谢楷.MSP430系列单片机系统工程设计与实践[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
篇4
【关键词】模糊PID；AT89C51单片机；温度控制
1 模糊PID控制参数整定原理
模糊控制的概念首先由美国加利福尼亚大学著名教授查德（L.A.Zadeh）首先提出的。它是以模糊语言变量、模糊逻辑推理、和模糊集理论为基础的一种控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，再将推理后得到的输出量加到执行器上[1-2]。
模糊PID控制是在一般PID控制系统基础上，加上一个环节，利用模糊控制规则对PID参数进行修正的一种自适应控制系统，误差E和误差变化Ec作为系统的输入，可以满足不同时刻的E和Ec对于参数要求。
模糊PID控制器是在常规PID的基础上，应用模糊集合理论建立参数KP、KI、KD与误差变化间的二元连续函数关系为：
根据不同的E和Ec进行在线自整定参数KP、KI、KD的控制器。模糊PID控制原理如图1所示[3]：
模糊PID参数整定就是寻找PID的三个参数和e、ec之间的关系，整个的系统在运行中不断检测和ec，然后再根据一定的原理对PID的三个参数进行调节，从而满足不同的e和ec对于控制参数的不同要求，从而得到良好的控制性能。
2 系统硬件电路的组成
模糊PID温度控制系统主要包括单片机控制模块，电源稳压模块，温度检测模块，过零检测模块，温度设定模块，温度蜂鸣报警模块，驱动控制模块，温度LED显示模块等部分。
（1）单片机控制模块：它是系统的核心模块，用来控制其他各个模块的工作情况。
（2）电源稳压模块：对输入的220V交流电压进行变压、整流和稳压，保证系统的稳定运行。
（3）温度检测模块：用来采集控制对象的温度，并输入到单片机中。
（4）过零检测模块：检测电源电压波形的过零点。
（5）温度设定模块：用来设定所需求的温度。
（6）温度蜂鸣报警模块：当温度高于上限或者低于下限时，该模块启动，以实现更好的人机交流。
（7）驱动控制模块：分为两个部分；加热装置与散热装置。
（8）温度LED显示模块：显示当前设定的温度值。
2.1 单片机的选择
选用AT89C51单片机，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM―Flash Programmable and Erasable Read Only Memory），片内256字节的数据存储器空间，可以寻址64KB的程序存储器空间的低电压、高性能的CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器允许反复擦除1000次，采用ATMEL的高密度且非易失存储器制造工艺制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相互兼容。由于将多功能的8位CPU和闪烁存储器组合在一个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效的微控制器，采用PDIP40封装。
2.2 电源稳压电路
电源电路由变压器和整流稳压电路组成，变压器将220V交流电压转换成8V的低压交流电压；整流电路将8V低压交流电压变为全波直流脉动电压。整流部分经过二极管与滤波电路连接，二极管的作用是隔离脉动直流电压和滤波后的平滑直流电压。滤波后所得的直流电压用过三端稳压器7805后，得到5V稳压直流电压，连接到单片机的VCC，并用于有关电路的电源[4]。
2.3 过零检测电路
过零检测电路用于检测电源电压波形的过零点，产生脉冲。整流部分产生的全波脉动直流电压送到过零检测电路，形成与电压过零点同步的正脉冲同步信号，送到单片机的中断输入端。
为了准确跟踪过零点，过零脉冲的宽度要尽可能的小，这样对晶闸管的移相控制越准确，但这个宽度要大于单片机所要求的宽度，一般可选择0.1ms～1ms，并连接到单片机的INT0上。
2.4 传感器的选择
选用DS18B20传感器，DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一款数字化的单总线器件，属于新一代改进型智能温度传感器。使用DS1SB20可以使系统结构变得更简单，可靠性更高。同时它的“一线总线”独特而又经济的特点，可使用户可轻松地组建传感器网络，对测量系统的构建引入了全新的设计概念。其测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～85℃范围内，精度为土0.5℃。现场温度直接用“一线总线”的数字方式进行传输，使用符号扩展的16位数字量的方式串行输出，提高了系统的抗干扰性。所以数字化的单总线器件DS18B20适用于恶劣环境的现场温度测量，比如设备或过程控制、环境控制、测温类消费电子产品等等。它在测温精度、传输距离、转换时间、分辨率等方面较DS1820都有了很大的改进，给用户带来了更方便和令人满意的效果。被广泛应用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器仪表、测控系统和大型设备中[5]。
2.5 驱动控制模块
本控制系统采用通断控制，通过改变给定的控制周期内加热器导通和关断的时间，达到调节温度的目的。系统控制电路主要由双向可控硅输出型的光电藕合器MOC3061和双向可控硅BTA12组成，当单片机的P2.5口输出低电平时，同时向驱动器7407输出低电平，MOC3061的输人端有电流输人，输出端的双向可控硅从而导通，触发外部的双向可控硅BTA12导通，加热器通电加热；当P2.5端输出为高电平时，MOC3061输出端的双向可控硅关断，外部的双向可控硅BTA12同时也关断，加热器断电。
3 主程序
主程序是上电后系统初始化和整个系统软件框架的构成，其中系统初始化主要包括了单片机的初始化和串口的初始化等。然后等待设定温度，如果设定好了温度，然后确定该系统的运行键是否被按下，如果系统运行，就依次调用各个相关的模块的程序，循环一直到系统停止运行。主程序模块的程序流程图如图2所示：
4 结论
本文主要基于模糊PID控制原理，以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，设计出系统的硬件电路和软件流程；构建了一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的系统，解决了温控系统中受到大惯性和干扰的影响，既有了模糊控制的灵活性，又同时具有PID控制精度高的特点。
【参考文献】
[1]欧阳磊.基于自整定PID控制器的温度控制系统研究[D].安徽：安徽理工大学，2009.
[2]李畅，等.AOD炉铁水碳含量在线检测与控制[J].吉林：长春工业大学学报：自然科学版，2010.
[3]陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，2002：1-26.
篇5
关键词:PID算法;温度控制;89C52单片机;参数整定
中图分类号:TP368.1 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)21-216-03
Temperature Control System Based on PID and 89C52
ZHANG Yanyan
(Anhui Vocational College of Electronics & Information Technology,Bengbu,233000,China)
Abstract:The temperature control system is used widly in industry.But now the temperature control system is imperfect in industry.The system based on single chip computer has powerful function and easy to use,it can realize accurate control.PID-algorithm can realize fuzzy control.The system basd on PID-algorithm can be tested again and again.So the temperatuer system based on PID control and 89C52 single chip computer is very precise and steady.The theory,design and experiments show that the system can be used widely.
Keywords:PID-algorithm; temperature control;89C52SCM;parameter tuning
0 引 言
温控技术无论是在工业生产,还是日常生活中都起着非常重要的作用。在冶金、石油、化工、电力和现代农业等行业,温度是极为重要而又普遍的热工参数之一,在普通家庭里热水器、电饭煲、电烤箱等依赖于温控技术的家电设备也是必不可少。可以说温度控制技术无处不在\。
常规的温度控制方法以设定温度为临界点,超出设定允许范围即进行温度调控:低于设定值就加热,反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低,但控制效果不理想,控制温度精度不高、容易引起震荡,达到稳定点的时间也长,因此,只能用在精度要求不高的场合。而采用PID算法进行温度控制[6],它具有控制精度高,能够克服容量滞后的特点,特别适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。
单片机作为控制系统中必不可少的部分,在各个领域得到了广泛的应用,用单片机进行实时系统数据处理和控制,保证系统工作在最佳状态,提高系统的控制精度,有利于提高系统的工作效率[7]。
本系统采用单片机编程[8]实现PID算法进行温度控制。
1 PID控制的原理和特点[9]
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型,控制理论的其他技术也难以采用,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定时,应用PID控制技术最为方便。
PID控制器的参数整定[9]是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。
PID一般算式及模拟控制规律如式(1)所示:
u(t)=KCe(t)+1TI∫t0e(t)dt+TDde(t)dt
(1)
式中:u(t)为控制器的输出;e(t)为偏差,即设定值与反馈值之差;KC为控制器的放大系数,即比例增益;TI为控制器的积分常数;TD为控制器的微分时间常数。PID算法的原理即调节KC,TI,TD三个参数使系统达到稳定。
由于计算机控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此在计算机控制系统中,必须首先对式(1)进行离散化处理,用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程,此时积分项和微分项可用求和及增量式表示:
de(t)dtE(K)-E(K-1)Δt=E(K)-E(K-1)T
(2)
∫n0e(t)dt=∑nj=0E(j)Δt=T∑nj=0E(j)
(3)
将式(2)和式(3)代入式(1),则可得到离散的PID表达式:
P(K)=KP{E(K)+TTI∑kj=0E(j)+
TDT[E(K)-E(K-1)]}
(4)
式中:Δt=T为采样周期,必须使T足够小,才能保证系统有一定的精度(采样定理);E(K)为第K次采样时的偏差值;E(K-1)为第K-1次采样时的偏差值;P(K)为第K次采样是调节器的输出。
2 系统的硬件构成
本系统由传感器A/D采样输入、单片机控制、人机交互、控制信号输出四部分组成,其中温度传感部分由测试采样电路实现,人机交互由矩阵键盘和LCD液晶屏[7]构成,PID控制算法由89C52单片机实现,控制信号输出部分则由功率放大和开关控制电路组成[8]。系统框图如图1所示。
图1 温控系统框图
3 主程序流程
软件程序是本控制系统的核心,它包括从温度采样到信号输出的整个流程控制,其示意图如图2所示。
图2 控制系统流程图
程序功能主要由以下的几部分组成:
(1) 初始化:设定各参数的初始值,设定各中断及定时器。
(2) 接收/发射:此部分程序主要完成数据的控制及显示,主要通过89C52单片机的全双工串行口完成和键盘部分的双向通信。
(3) PC机通信:此部分完成与微机控制接口RS 232的连接及通信的控制。
(4) 数值转换子程序:由于主程序中用到了很多的数值转换及数值的运算(如十进制转换成十六进制、双字节与单字节的除法运算等),为了程序调用的方便,特将其编写成子程序的形式。
(5) PID算法。
4 实验测试
系统的性能与稳定度需要通过具体实验测试完成[10]。
现用1 kW的电炉将电热杯中的1 L清水进行加热。
观测设定值和实测值之间的误差(当水温达到稳定时的值),计算绝对误差和相对误差,见表1。
表1 误差分析表
序号设定温度 /℃实测温度 /℃绝对误差 /℃相对误差 /%
135.335.300
240.240.1-0.10.24
345.045.30.30.66
460.060.50.50.83
574.073.4-0.40.60
681.081.20.20.25
设定温度为50 ℃,每隔30 s记录实测温度,如表2所示。
表2 温度稳定度关系表(设定温度50 ℃)
测量时间 /min实测温度 /℃测量时间 /min实测温度 /℃
0.535.54.051.1
1.037.04.550.6
1.540.35.049.8
2.043.55.550.5
2.548.16.050.2
3.550.36.550.1
从表2中的数据可知,系统运行5 min时基本达到稳定。
5 结 语
由实验结果可以看出,系统的误差基本稳定在±0.3 ℃,可见系统的精度很好。此外,系统运行5 min时温度基本达到稳定,稳定所需时间较短。可以看出,基于PID算法的单片机温度控制系统具有较高的精确度和稳定性,在温度调节阶段平衡温度时间较短。因此本系统可以应用于各种对精度要求较高的温度控制场合。
参考文献
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[7]张德友,赵志英,涂时亮.单片微型机原理应用与实践[M].上海:复旦大学出版社,2003.
[8]吴金.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.
[9]曾光奇.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.
篇6
关键词：温度控制 AT89C51单片机 水位控制
中图分类号：TU119+.23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0025-01
1 系统方案的比较与论证
该系统根据要求可分为温度控制系统和水位控制系统。为了可靠性，分别采用不同的控制芯片和控制方法，两个系统完全独立。
1.1 温度系统部分
（1）温度测量部分。
方案一：采用温度传感器铂电阻Pt10000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，但是组成电路复杂，价格较高，因而放弃。
方案二：该设计要求测量水温满足40℃～90℃的测试范围，最小区分度为1℃，标准温差Q1℃，从测温范围和精准度看，热敏电阻完全能满足要求，并且价格不高，性价比较好，设计又简单，因此采用此方案。
（2）控制芯片介绍。
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128byt的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
（3）温度系统工作原理。
当水的温度变化时，传感器热敏电阻的阻值会产生相应的变化。热敏电阻和电容器是决定单稳态震荡电路震荡周期的关键部件。只要单片机对震荡周期准确计算，查表可求得对应水温。
温度的设定是由三个按钮实现的。按设定键，可以开始设定温度值，按增加键或减少键，进行调整设定值。
1.2 水位系统部分
（1）水位检测部分。
水位检测采用最简单的方法：利用自来水是导体的原理。首先在盛水容器里放置一根带电导线，盛水容器的不同高度位置在放置测量导线。当水位达到那些测量导线位置，相应的导线通电；反之，无电。
（2）水位控制原理。
根据要求当水位低于设定水位时，由单片机经过比较后发出控制信号，通过三极管控制继电器的开关，由继电器控制电磁阀开启，向容器内注水，防止干烧，完成功能。
2 硬件系统
水位控制单片机输出驱动电路如图1所示。
3 系统软件设计
3.1 温度系统（见图2）
3.2 水位系统（见图3）
4 结论
此电路分高压部分与低压部分，应分别调试。我们设计的系统经过细心的设计和耐心的调试，可以完全实现控制要求。由单片机发出的控制信号能够通过电磁阀实现设计的要求：当水位低于设定水位时，自动补水，防止烧干而损坏电热管。
参考文献
[1] 潘晓贝，郭志冬.基于单片机的水温水位控制器的设计[J].三门峡职业技术学院学报，2010（6）.
篇7
关键词 单片机；温度采集；设计
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0028-01
在实际的工程系统应用中，有很多需要将环境或者室内的温度实时的显示出来，而且很多地方对温度有特定的要求，因此一个价格低廉、准确度高的数字温度采集和检测装置至关
重要。
1 单片机温度采集系统的硬件设计
系统一共分为5个部分：主控电路、温度采集电路、显示电路、报警电路、按键输入控制电路。
1）主控电路。AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程FLASH存储器。它是Atmel公司使用高密度非易失性存储技术制造，是80c51单片机的升级版，新增ISP下载功能，多一个定时器T2，中断多2个，RAM和ROM都有所增加，在掉电和指针方面都有所改进。与80c51单片机指令和引脚完全兼容。性能比51要好，而且价格与51相当。加上复位电路和晶振电路组成单片机最小系统，用作本系统的主控电路。电路中晶振的2个管脚分别连接单片机的XTAL1和XTAL2，复位电路连到RST管脚。电路图如图1所示。
图1 主控电路
2）温度采集电路。本系统的温度采集电路的核心元器件是数字温度计DS18B20。DS18B20是达拉斯公司生产的一款可编程分辨率的单总线数字温度计。该器件的特点是连接简单，只通过一个单线接口发送或者接收信息，因此DS18B20只需要一根连接线就可以完成它与单片机的连接。方便简单。另外DS18B20的测温范围是―55到+125摄氏度。完全可以满足一般性的应用。DS18B20可以直接将模拟温度信号直接转换为数字信号送到中央处理器当中，中间不需要AD转换器件，方便快捷，降低成本，减少电路复杂性。得到广泛应用。电路图如图2所示。
图2 温度采集电路
3）显示电路。本系统的显示电路采用的是4位一体数码管，精确到小数点后一位，当然我们也可以将数码管换成1602或者12864液晶，原理是一样的，在显示电路中4位一体数码管段选连接排阻和单片机的P0口相连，位选通过4个PNP三极管与单片机P2^0、P2^1、P2^2、P2^3四个PO口相连。
4）报警电路。报警电路采用我们常用的蜂鸣器就可达到效果，这部分电路的主要作用是在需要设定温度临界值的应用当中，如果温度超过临界值那么蜂鸣器会自动报警。报警电路中蜂鸣器的一端接电源，另一端通过一个PNP三极管和单片机的P2^4口相连。
5）键盘输入控制电路。这部分电路主要是用来设置温度的临界值，一共采用了4个独立按键K1、K2、K3、K4，长按K1键进入温度设置界面，K2是移位按键，按一下闪烁的光标会左移一位，这时候对应的数字就可以更改和设置了，K3和K4是加减按键，当光标移动到相应位置时，按K3和K4可以实现数字的加和减，温度设置好之后按K1键返回温度显示状态。电路中4个按键分别和单片机的P3^4、P3^5、P3^6、P3^7四个接口相连。另一端接地。电路如图3所示。
图3 键盘控制输入电路
2 单片机温度采集系统的软件设计
本系统软件设计采用C语言编程，整个程序实现模块化，包括以下子程序：初始化子程序、按键子程序、显示子程序、温度采集子程序、报警子程序。主程序主要完成子程序和子函数的调用，实现温度的显示和处理。程序流程为：
开始初始化临界值设定读取DS18B20数据数据显示与临界值比较（如果高于临界值则进入报警；低于临界值无响应）返回。
3 结束语
DS18B20精度很高，可以达到0.1摄氏度以内，比较大的测温范围也完全可以达到一般应用场合的要求，因此此系统应用还是比较广泛的，另外此系统可以进行扩展，增加更多的模块控制，比如可以增加温度调节功能，当温度带到一定数值时由单片机的一个管脚输出信号控制外部温度控制电路，从而达到调节和控制温度的作用，本系统功能齐全，运行可靠，完全可以实现各种场合对于温度采集和调控的要求。
参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及系统[M].北京：清华大学出版社，2002：28-38.
[2]楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[3]方庆山，汪玉.基于STC89C52单片机的静脉输液监控系
统[J].
篇8
摘要：单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的在全社会大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文用80C51单片机自制了一个温度控制系统，重点介绍了该系统的硬件结构及编程方法。
关键词：单片机、温度传感器、模/数转换器
一、单片机温度控制系统的组成及工作原理
在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。
二、温度检测的设计
系统测温采用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即：，式中：Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃；
3、AD590的电源电压范围为4V～30V；
4、输出电阻为710MW；
5、精度高。
AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器ADC0804，转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位CY位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。
三、具体电路连接如图所示
四、软件编程
单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。
五、结语：
本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。
参考文献：
篇9
【摘要】数字PID；自动温度控制系统；设计；实现
中图分类号：S624.4+4文献标识码： A
前言
文章对温度控制的目的和数字式定时温控系统进行了简单介绍，对数字PID自动温度控制系统的设计进行了阐述，并结合自身实践经验和相关理论知识，对数字PID自动温度控制系统的硬件电路部分进行了探讨。
二、温度控制的目的分析 随着社会的快速发展，科技的加速进步，测温仪器在各个领域应用越来越广泛，自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求，所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛，各种能够应用于不同领域的智能温度控制器随着产生。 不仅在日常的生产和生活中广泛应用到温度控制，现在的很多电子产品单片机中也用到了温度控制和温度检测。这就使单片机温度控制系统越来越广泛应用于电子产品之中。针对这个问题，该系统的设计是为了实现一种很可以连续进行高精度调节温度的温度控制系统，它功能强大，应用广泛，便于携带，小巧美观，是一款急廉价又实用的温度控制系统。该设计对单片机的温度进行实时控制和监测，这样就实现了单片机温度控制系统的基本温度控制功能。
三、数字式定时温控系统 本文研制的数字式定时温控系统主要完成数据采集,温度、定时的显示,温度控制,温度定时的设定以及报警等功能。核心控制器由单片机完成,采用数字PID控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小,温度控制精度高,速度快的电热膜,由单片机输出通断率控制信号进行控制。
四、系统设计该系统由主控制器、测温电路、显示电路和键盘电路组成。该系统主控制器采用单片机AT89S51，温度传感器为DS18B20，用LCD 128X64液晶显示屏实时显示当前温度及控制温度。键盘电路采用3*4矩阵键盘来设定需要温度。AT89S51的P0.0～P0.4通过上拉电阻分别连接LCD 128X64液晶显示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0～P1.7连接LCD 128X64液晶显示屏的DB0～DB7，P2.0～P2.7接键盘电路。1.AT89S51单片机本系统选择ATMEL生产的AT89S51单片机，其特性如下：（1）4KB可编程程序存储器（ROM）；128B内部数据存储器（RAM）；32条双向输入输出线（I/O）；1000次以上的循环写/擦；（2）有ISP在线编程功能，在改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要4～5V即可；（3）内部集成看门狗计时器，不再需要外接看门狗计时器单元电路；（4）电源范围宽达4～5.5V，其工作性能更为稳定。2. DS18B20数字温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的一种改进型智能数字温度传感器。其主要特点如下：（1）适应电压范围较宽，3.0～5.5V，两种供电方式，寄生电源方式下由数据线供给；（2）1—wire单总线数据通信方式，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，通过一根端口线与CPU通信；（3）温度测量范围为—55℃～+125℃，可编程为9～12位的A/D转换精度。3.JDL12864图形点阵液晶显示器JDL12864主要由行/列驱动器及128*64的全点阵液晶显示器组成，可以显示8*4个（16*16点阵）汉字。其主要特点如下：（1）电源：VDD，+5V。模块内自带—10V负压，用于作LCD的驱动电压；（2）内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字（简繁体可选），128个16×8点阵字符；（3）与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出和8条控制线；（4）工作温度为—10℃～+50℃。存储温度为—20℃～+70℃；其硬件连线如图2。4.软件设计DS18B20的单总线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。
五、硬件电路设计 硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、键盘显示电路等功能电路组成。 1.主控单元 AT89S52单片机为主控制单元。AT89S52单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P1．0口输出。最后将P1．0口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PWM脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。AT89S52单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度LED用于显示设定温度或实测温度。 2.温度采集 温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3构成。LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。 测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成0-5V的标准信号。本系统选用DWB型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。 电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。这种信号在进行A/D转换时，对转换速度要求不高。因此为了减低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的A/D芯片ADC0808，ADC0808是一种逐次逼近式8路模拟输入、8为数字输出地A/D转换器件，转换时间为100us，完全满足系统设计的要求。经过ADC0808转换所得到的实测炉温数据直接送入AT89S52单片机中进行数据处理。
3.恒温控制算法
对于简单系统,可以采用理论计算的方法确定这些参数,但是稍微复杂一些的系统,采用理论计算的方法就困难了。因此几乎都是用工程的方法对参数进行整定。调节器参数的整定是一项繁琐而又费时的工作,因此,近年来国内外在数字PID调节器参数的工程整定方面做了大量的研究工作,归一参数的整定法是一种简易的整定法。 根据大量实际经验的总结,人为设定约束条件,以减少独立变量的个数,例如取: TD≈0.125TS TI≈0.5TS(7) T≈0.1TS 式中:TS是纯比例控制式的临界振荡周期。 将式(7)代入式 (6)中,可得数字PID控制器的差分方程为: Δuk=KP(2.45ek+3.5ek-1+1.25ek-2) (8) 对比式(6)和式(8)可知,对4个参数的整定简化成了对一个参数KP的整定,使问题明显地简化了。 采样周期T的取值,从数字PID控制器对连续PID控制器的模拟精度考虑,采样周期越小越好,但采样周期小,控制器占用计算机的时间就长,增加了系统的成本。因此采样周期的选择应综合考虑各方面因素,选取最优值。 在恒温控制系统中,控制输出为定时器T2初值n(0≤n≤65 536),误差为温度设定值Tset与DS18B20检测值之差Tread。因为电阻丝的功率是有限的,初始温度低于温度设定值Tset较大时,可以不用数字PID控制。可以根据电阻丝的功率设定一个误差值emax,当e>emax时,一直加热,输出n=0;当e
六、结语 数字PID在控制算法结合单片机在自动温度控制方面有较好的作用的，但是其中还存在一些问题的，需要我们投入更多的精力和研究才行。
参考文献[1]李铁.基于单片机的温度控制系统的设计[J].微型机与应用，2010，29（24）：29—30.
篇10
【关键词】AT89S52单片机；模糊PID；温度控制
我国是目前世界上最大的太阳能热水器生产和销售国，年产量几乎达到了世界各国总产量之和。但是由于生产和控制技术落后，很多太阳能控制器只具有温度和液位显示功能，而且精度还不高，误差达到10%以上。随着电子和信息技术的发展，太阳能热水器的温度控制的精度要求越来越高。其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、功能强、成本低、易操作而得到广泛应用。[1]本文介绍了一种以AT89S52单片机为核心的控制系统实现对太阳能层压机温度进行智能控制。该控制系统通过数字PID算法求出控制量，经脉冲调制传给功率控制器，最终实现水温控制。
1.系统结构设计
其中，AT89S52单片机作为控制核心，根据温度传感器从层压机热水器中测量的温度数据，以及人机交互界面设定的水温数值，结合PID控制算法产生相应的控制信号，传送给继电器电路以控制加热设备的工作强度和时长，使热水器的水温不断逼近目标数值。
2.系统电路实现
根据层压机水温控制系统结构可以看出该系统的硬件模块主要包括温度测量模块、继电器驱动模块、单片机控制模块、温度显示模块、人机交互的串口通信模块以及电源模块。
2.1 温度测量模块
温度测量与采集由主控电路AT89S52单片机和传感器电路镍铬－镍硅型热电偶组成的电路实现。镍铬－镍硅型热电偶又称0.75级K型热电偶，它一般情况下与电子调节器、记录仪表、显示仪表配套使用，可以直接测量从-200℃~1200℃范围的固体、液体和气体介质的表面温度。
2.2 单片机控制模块
2.3 继电器驱动模块
AT89S52是一个弱电器件，一般工作在5V[2]，不能直接用于驱动加热设备，因此采用继电器作为二者之间的负载，实现单片机对加热设备的加热控制。驱动控制电路如图2所示。
在图2中，Moc3041是光藕，用它来驱动双向可控硅BTA16，控制双向可控硅的通断。BTA16是通用电子器件，工作电流为16A，耐压400V、600V不等。由于加热执行器是电阻线圈，属于感性负载，所以在开关器件上并上RC电路，作为保护电路并起加速导通关断作用。R2、R3用于补偿双向可控硅，用R4限流保护MOC3041。JP1接控制端，VCC为+5VDC；JP2接220VAC，负载（LOAD）接在火线端（HEATPower）或零线端（NEUTRAL）均可。当单片机的P1.6引脚置1时，MOC3061内部发光管截止，其内部双向晶闸管关断，外部大功率晶闸管控制极G没有触发电流，T1不导通，加热器RL断电。反之，当P1.6引脚置0时，MOC3061内部发光管导通，加热器开始加热。[3]
2.4 其他模块
4.结束语
通过理论分析与实验证明，基于AT89S52单片机的模糊增量式PID算法设计的太阳能层压机水温控制系统能够获得较好的温度调节和控制效果，在实际生产和生活中具有一定的应用价值。
参考文献
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