基于单片机恒温自动调节控制系统 恒温烤箱设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985任务书二级学院专业班级姓名学号校内指导老师毕业设计名称恒温烤箱校外指导老师毕业设计时间一、毕业设计目标与任务设计一个恒温自动调节控制系统，温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调节，以保持与设定的温度基本不变。利用单片机STC89C52RC实现温度的智能控制，使温度能够在60左右实现恒定温度调节，利用数字温度传感器读出温度，并在此基础上将温度调节到通过键盘设定的温度，并通过数码管显示实现时实当前温度。二、实施步骤和方法功能分析本设计的要求做一个设计一个恒温自动调节控制系统，使温度能够由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调节，以保持与设定的温度基本不变。恒温自动调节控制系统需要哪些功能呢所以下面进行我们的方案选择；方案选择1单片机选择本设计使用STC89C52R单片机作为此次设计的硬件核心。1、一位式的模拟控制方案此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所地结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定，受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，难以用数码管显示或者LCD液晶显示，难以用键盘设定，其方案一框图如图211所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985比较器温度预置信号放大继电器加热装置数据采集信号放大图211一位式模拟控制方案框图2、二位式的模拟控制方案此方案采用单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统通过温度传感器（ADC590）对环境温度进行检测，得到模拟的温度信号，在经过A/D转换成数字信号之后，则可用数码管来显示或者用LCD液晶显示温度的实际值，还能用键盘输入设定值，也可实现打印功能。本方案还可选用51单片机（内部含有4KB的EEPROM），不需要外扩展存储器可使系统整体结构较为简单。但是它是一种传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也比较麻烦，其方案二框图如图212所示。数据采集信号放大温度预置上限比较下限比较信号处理继电器加热装置图212二位式模拟控制方案框图3、PID算法控制方案此方案采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制作用，并且可方便实现液晶显示、键盘设定及利用PID算法来控制PWM波形的产生，进而控制电炉的加热来实现恒温控制，其所测结果精度也大大的得到了提高，在利用PID算法来控制PWM波形的产生，是有效的控制数字脉冲的输出宽度，使继电器得到有效和有序的逻辑控制，不会使继电器产生误动作。再加上单片机的软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。它可以通过用数字温度传感器采集到的实际温度直接进行LCD液晶显示，还能用键盘输入设定值，并且内部含有4KB的EEPROM,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单，其方案三框图如图213所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985键盘设定数据采集单片机STC89C52RC电源电路LCD液晶显示继电器加热装置图213方案三基于单片机控制的方框图数字PID调整复位电路光指示电路由于方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改比较麻烦，而方案三是采用单片机为控制核心的控制系统，利用PID控制原理和PWM技术实现对环境温度控制。基于这样的控制原理和PWM技术的优越性，在对温度控制的系统中，它可达到采用其他控制系统所达不到的控制效果，并且可方便实现LCD液晶实时显示、键盘设定、直接可以驱动继电器，其测量结果的准确性和精度是非常高的，故经过对三种方案的比较论证，本设计采用方案三，利用单片机按增量式的PID控制算法对采集的温度数据进行处理，得到控制量，利用增量式的PID控制算法来控制PWM波形的产生进行控制继电器，从而控制加热器的进行加热，实现对环境温度的恒温控制。3显示模块的选择本设计采用LED四位数码管静态扫描显示，LED数码管价格相对适中，对于显示数字最为合适，而且采用静态扫描法与单片机连接的时候，比较稳定且亮度较高，所以本设计采用的是LED四位数码管作为显示器件。4输入选择本设计的外部指令对单片机的输入一般是通过按键、键盘等输入器件来实现的。实施步骤；系统调试（一）硬件调试1、系统测试环境（1）环境温度28摄氏度；（2）测试仪器数字万用表；（3）数字温度计0100；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852、测试方法（1）打开控制电源，系统工程进入准备工作状态。（2）用温度计标定测温系统，分别使温度稳定在40、50、60、70、80、90，观察系统测量温度值与实际温度值，校准系统使测量误差在1以内。（3）动态测试设定温度为60，系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰能力。设定温度为90系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰动能力。（4）检验系统的显示、恒温控制、设定等功能。3、继电器测试（1）测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为“0”；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。（2）测线圈电阻可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。（3）测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，当继电器一闭合导通时，立即记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。（4）测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当继电器一进入断开状态时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。（二）软硬调试通过对系统的硬件、软件调试，基本上达到了该控制系统原设定的要求，数字温度传感器读温度并进行数码管显示。能够在10分钟之内通过控制继电器的通断进行加热达到预定温度值。当温度差大于5时，通过PID调整控制数字脉冲的宽度使继电器产生有效的动作，进行220V交流电加热以达到预定温度，如果温度差小于5时，则进行PID调整加热达到原预定温度。实验数字如表511所示、如表512所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985表511实验数字水量/L设置温度/实际温度/误差/使用时间/S2303040453240405051262505040418826060303255270704043372808020238629090505445表512实验数字水量/L设置温度/实际温度/误差/使用时间/S33030505753404040414835050404207360605052733707030334638080303405390904044731元件选择与测试在挑选元器件时，在没有符合要求值的元器件时，找相似的代替，并且测试该元器件的可行性。在选择好元器件后，测试各元器件的正常值。2仿真对程序进行仿真测试，检测有无语法逻辑错误，可对程序中的初值（变量）进行修改，来检测程序的错误。3制作PCB板将原理图导入到PCB，通过热转印机转印到覆铜板上，进行腐蚀后插接元器件。4系统调试对成品板进行全方面的检测，对程序进行测试，以及包括对各个引脚的通断，有无虚焊进行检测。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985实施方法1上网参考医用计时器相关文献2确定原理图的可行性3仿真与制作PCB板4系统调试四、各阶段时间安排，应完成的工作量序号各阶段工作内容起讫日期备注1设计前准备，确定原理图和元器件201612201712进行仿真测试20171201723硬件设计20172201734软件设计20173201745系统调试20174201756产品包装20175五、成果材料1样机一套2设计方案一份六、参考资料1孟庆昌等C语言程序设计北京人民邮电出版社，2003年；2姚富安电子电路设计实践M济南山东科学技术出版社，2001年3康华光电子技术基础（第四版）M北京高等教育出版社，1998年；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985指导老师签名年月日买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709858设计方案二级学院专业班级姓名学号校内指导老师毕业设计名称恒温烤箱校外指导老师1、选题依据（含意义、价值）温度是工业上常见的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品加工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成AD转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行AD转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机通过数字温度传感器检测外部温度对水箱进行恒温控制的设计，通过控制继电器的通断，进而控制电炉的加热来实现恒温控制。因此，本系统采用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和AD转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。在日常生活中，也经常用到电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等需要进行温度检测与控制的家用电器。采用单片机实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标2、毕业设计内容基于使用51单片机控制，实现温度的一个恒温控制三、毕业设计技术方案、路线技术方案1元件选择与测试本设计选择，STC89C52RC单片机2仿真通过在PROTEUS78绘制仿真图，如图所示，将电路的按键模块，驱动模块，显示模块，以及蜂鸣报警模块绘制后，将程序导入到单片机，开始仿真测试3系统调试第一步眼睛目测买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709859第二步万用表检测第三步上电检测第四步使用示波器检测软/硬件具体调试步骤及方法附文档3毕业设计作品毕业设计路线1上网参考恒温自动调节控制系统相关文献2确定原理图的可行性3仿真与制作PCB板4系统调试四、实施步骤及进度安排起止时间阶段性任务20161220171设计前准备，确定原理图和元器件2017120172进行仿真测试2017220173硬件设计2017320174软件设计2017420175系统调试20175产品包装五、预期效果（1）可以对温度进行自由设定，但必须在0100内，设定时可以实时显示出设定的温度值。（2）加热由发热器来实现，如果温度不在60时，根据设定的温度值与实际检测的温度值之差来采取不同的加热方式。（3）能够保持实时显示温度，显示位数2位，分别为十位、个位。（4）元器件摆放紧凑规范，无过多的跳线，合理使用外接线，将必要的开关、按键、接口及显示数码管外接到包装盒。（5）外包装简洁明了，操作界面标示有各个按键功能介绍。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098510六、参考文献1李全利单片机原理及应用技术（第3版）北京高等教育出版社，2008年；2候玉宝51系列单片机设计与仿真北京电子工业出版社，2008年；3孟庆昌等C语言程序设计北京人民邮电出版社，2003年；4姚富安电子电路设计实践M济南山东科学技术出版社，2001年；5汪孝国，王婉丽高精度PID温度控制器J电子与自动化，2000年；6催东剑多点恒温自动控制系统设计J电工技术，2003年；7康华光电子技术基础（第四版）M北京高等教育出版社，1998年；8耿长清单片机应用技术M北京化学工业出版社，2002年；9陈富安单片机与可编程应用技术M北京电子工业出版社，2003年；七、指导老师意见指导老师签名年月日买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098511成果报告书二级学院专业班级姓名学号校内指导老师毕业设计名称恒温烤箱校外指导老师一、主要成果简介此次设计的恒温控制电路主要用于家庭取暖器，恒温烤箱，热水器等等当上电复位后电阻丝先处于停止加热状态，但也可以直接启动运行。运行过程中，系统不断检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热；当温度下降到下限（比预定值低5）时再启动加热。这样不断地重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。运行过程中也可以随时改变设定温度，温度设定好后随即生效，系统按新的设定温度运行。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098512二、毕业设计的收获经过几个月的毕业设计终于可以画上一个句号了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过乐趣尽在其中。通过自己动手实现了恒温水箱的温度控制系统的设计，其功能基本符合设计要求。虽然已经完成了此次毕业设计，但是我要感谢在整个毕业设计过程中帮助过我的老师，同学。首先我要衷心地感谢我的指导老师魏新桂，他治学严谨，学识渊博，品德高尚，平易近人，在我学习与设计期间不仅传授我做学问的正确态度，还传授我做人的准则，这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，我无不得到她的悉心指导和帮助，在她的帮助下我的毕业设计进展顺利。我想借此机会向魏新桂老师和其他帮助过我的老师表示衷心的感谢，同时也向这三年来帮助过、关心过我的老师、同学们表示衷心感谢回顾毕业设计期间的日日夜夜，自己为有机会摆脱生活的烦恼与浮躁，静心钻研，潜心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要向关心和支持我学习的所有领导、同学和朋友们表示真挚的谢意感谢他们对我的关心和支持同窗之谊和手足之情，我将终生难忘。师生之情，血浓于水的感情将陪伴我度过一生，这将是我前进、成长的阶梯。今天的努力必定换来明天的丰收，在未来的学习和研究过程中，我将以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学和朋友。再一次向所有帮助过我的人们表示最诚挚的谢意，谢谢你们三、作品（产品）特点及创新性说明本次设计的新型PID调节恒温温度，是基于单片机为控制中心的恒温系统，利用温度传感变送器，将采样到的温度信号输入到单片机中，再由单片机作为核心控制器，根据测量温度与设定温度的差值和增量式的PID算法生成控制信号，控制继电器的通电与断电。整个系统结构紧凑、所用芯片少、控制精度高、响应速度快，体积小，成本低。系统在硬件上采用以单片机为中心的结构，充分利用单片机片上及扩展的硬件资源，在满足技术要求的前提下最大限度地减小硬件系统的体积，并具备一定的扩展升级能力。在键盘、显示电路上都采用了串行方式，从而减小了单片机口线的使用，也使使用口线小的单片机成为可能，减小了成本开支。主电源电路采用流行的开关稳压电源，经济实惠，性能稳定。在软件上，本系统实现了传感器自动识别、故障自动诊断、PID控制参数自整定以及自动调整等高级功能，极大地方便了用户使用，为了全面达到技术要求，设计过程中对软硬件作了大量优化设计。实际应用表明，经过标定的新型PID恒温控制器的控温准确性、重复性以及可靠性均达到了设计指标。并且在此次设计中基于PID算法的温度控制系统采用了经典的增量式PID算法，从某个角度上说这种算法优于传统的控制算法，具有更稳定、控制精度更高等优点，而在控制量的输出上采用了数字式的PWM变换，免去了D/A转换器，减小了成本，且简单易行。在程序的编写过程中特别注意了人机的交互性及各种功能的实现，如键盘控制管理程序和增量买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098513式PID运算程序都是经过深思熟虑而精心设计，使系统的操作界面更容易让人理解，同时使用键盘输入控制温度，虽然一定程度上增加了程序的复杂性，但同时也使系统的温度更容易设定。另外，加了EPROM使系统能够在掉电重启动后继续完成加热。四、问题与展望当然,系统同时也存在几处缺点，在选择增量式PID算法时用了速度相对较慢的单片机，而没有采用速度更快的工控机，一定程度上降低了采样频率。采用了STC89C52RC，一方面系统更紧凑但同时系统的可扩展性有所降低。另外采用了经典的增量式PID控制算法，虽然算法简单，但如果采用更先进的算法，如模糊PID，则控制精度会更高。展望希望在以后的学习生活中，能更多的提高动手和团队协作能力，多思考多提高发现问题的能力，学会总结问题，解决问题。多从实际中发现问题，提高自身知识水平。学生签名年月日买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098514设计作品目录1设计功能32设计方案33硬件设计431CPU主控模块设计4311、STC89C52RC单片机简介4312、晶振电路与复位电路的设计532主电源电路设计533温度采集模块设计6331、DS18B20的特点6332、DS18B20与单片机的接口电路634继电器模块及工作指示模块设计7341、继电器模块7342硬件系统原理图7343硬件系统PCB图835程序模块9351、主程序9352、温度传感器驱动子程序9353、键盘扫描处理程序11354、温度检测与控制子程序1236工作原理1337成品图片134软件设计1441工作流程1442建立数学模型145系统调试1551硬件调试方案15511硬件调试15买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851552软件调试方案16521软硬调试1653调试结果166小结177参考文献18买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985161设计功能设计任务利用单片机STC89C52RC实现温度的智能控制，使温度能够在60左右实现恒定温度调节，利用数字温度传感器读出温度，并在此基础上将温度调节到通过键盘设定的温度，并通过数码管显示实现时实当前温度。设计目标完成毕业设计，按要求达到预期效果。2设计方案此方案采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制作用，并且可方便实现液晶显示、键盘设定及利用PID算法来控制PWM波形的产生，进而控制电炉的加热来实现恒温控制，其所测结果精度也大大的得到了提高，在利用PID算法来控制PWM波形的产生，是有效的控制数字脉冲的输出宽度，使继电器得到有效和有序的逻辑控制，不会使继电器产生误动作。再加上单片机的软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。它可以通过用数字温度传感器采集到的实际温度直接进行LCD液晶显示，还能用键盘输入设定值，并且内部含有4KB的EEPROM,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单测试内容（1）预置时显示设定温度，达到定温度时显示实时温度，精确到05。（2）恒温箱温度可预置，在误差范围内恒温控制，温度控制误差1。（3）恒温板由小太阳加热环加热。（4）升降温度可以通过键盘控制（5）启动后有运行指示，温度低于预置温度时进行220V全加热。（6）有较强的抗干扰性能，对升降温过程的线性没有要求。3硬件设计31CPU主控模块设计311、STC89C52RC单片机简介STC89C52RC是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。STC89C52RC是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C52RC是一种高效微控制器，STC89C52RC单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C52其引脚图如下买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098517312、晶振电路与复位电路的设计单片机内部带有时钟电路，只需要在片外通过XTAL1、XTAL2引脚接入定时控制单元（晶体振荡和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。复位电路采用按键电平复位，它通过复位端经电阻与5V电源实现，只要能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期就可实现复位，其电路如图311所示。复位电路晶振电路图311复位电路和晶振电路图装图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851832主电源电路设计本系统采用双电源输出，分别是5V、12V输出。5V是系统供电电源，12V是继电器工作供电电源。本装置的直流稳压电源采用通常的桥式全波整流、电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件进行设计，并且所有的集成稳压芯片均装有充分裕量的散热片。系统的供电电源电路如图321所示。33温度采集模块设计331、DS18B20的特点（1）单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围3055V。（4）测温范围55125。固有测温分辨率为05。（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在惟一的三线上，多点测温。（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热烧毁，不能正常工作。332、DS18B20与单片机的接口电路DS18B20的引脚图及单片机的接口电路如图331所示。图321主电源电路买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851934继电器模块及工作指示模块设计341、继电器模块继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器电路342硬件系统原理图图331DS18B20电路买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098520343硬件系统PCB图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852135程序模块351、主程序主程序完成系统的初始化，调用温度模块程序,对其预置值及其合法性进行检查，预置温度的显示,调用键盘扫描模块等。若正常执行完三个子程序，则返回初始化进入到其它的状态，主程序的流程图见图431所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098522图431主程序流程图352、温度传感器驱动子程序根据DS18B20的通讯协议，单片机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤每次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后再发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求单片机将数据线下拉500US，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660US左右，再发出60240US的存在低脉冲，CPU收到此信号表示复位成功。本系统对DS18B20进行的操作主要包括两个子过程（1）读取DS18B20的序列号。主机首先发一复位脉冲，等收到返回的存在脉冲后，发出搜索器件的序列号命令，读取DS18B20的序列号；（2）启动DS18B20作温度转换并读取温度值。主机在收到返回的存在脉冲后，发出跳过器件的序列号命令，跟着发出温度转换命令，再次复位并收到返回的存在脉冲后，发送DS18B20的序列号，读出数据，程序流程如图432所示。发送读暂存器命令读取温度值读取48位ID号启动温度转换开始返回初始化图432温度传感器驱动子程序流程图开中断调用温度传感器数据采集子程序调用键盘扫描处理子程序调用显示子程序关中断开始初始化买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523353、键盘扫描处理程序键盘模块的处理是通过对按键进行操作的。具体流程图433所示。按键扫描开始有相关功能按键按下设置相关标志位返回主程序否是图433键盘扫描处理流程图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098524调用按键设定温度值并进行开始加热检测实际温度与设定温度相等否全加热YPID调整加热N每隔2秒检测1次相差5否NY图354温度检测与控制流程图读18B20,调显示子程序初始化开始354、温度检测与控制子程序读取18B20的实时数据与设定值的比较，开始进行加热，在加热的过程中需要进行每2秒一次的跟踪检测，并把检测到的实时数据与设定值比较，根据比较结果进行不同方式的加热，其具体流程如图434所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852536工作原理此方案采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制作用，并且可方便实现液晶显示、键盘设定及利用PID算法来控制PWM波形的产生，进而控制电炉的加热来实现恒温控制，其所测结果精度也大大的得到了提高，在利用PID算法来控制PWM波形的产生，是有效的控制数字脉冲的输出宽度，使继电器得到有效和有序的逻辑控制，不会使继电器产生误动作。再加上单片机的软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。它可以通过用数字温度传感器采集到的实际温度直接进行LCD液晶显示，还能用键盘输入设定值，并且内部含有4KB的EEPROM,不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单37成品图片买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985264软件设计41工作流程此次设计的恒温控制电路主要用于家庭取暖器，恒温烤箱，热水器等等当上电复位后电阻丝先处于停止加热状态，但也可以直接启动运行。运行过程中，系统不断检测当前温度，并送往显示器显示，达到预定值后停止加热；当温度下降到下限（比预定值低5）时再启动加热。这样不断地重复上述过程，使温度保持在预定温度范围之内。运行过程中也可以随时改变设定温度，温度设定好后随即生效，系统按新的设定温度运行。42建立数学模型控制算法即控制器的操作方式，是控制器对过程变量的实测值与设定值之间的误差信号的响应。温度控制在工业领域应用非常广泛，由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。因此长期以来国内外科技工作者对温度控制器进行了广泛深入的研究，产生了大批温度控制器，如性能成熟应用广泛的PID调节器、智能控制PID调节器、自适应控制等。此处主要对一些控制器特性进行分析以便选择适合的控制方法应用于改造。再加上PID控制具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后纯滞后”与“二阶滞后纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。其调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、）。它的控制框图如图421所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098527图421PID控制框图5系统调试51硬件调试方案在制作之前，将元器件妥善保管好，制作时对于一些元器件的焊接要多注意，因为在焊接的过程中有些地方难免会出现虚焊和断点的情况，所以本课题的硬件调试，使用了我们平时课上最常用的测试设备进行检查，比如万用表、示波器等，用来检查潜在的故障问题。第一步用眼睛目测。检查焊接在外部的各种元器件和电路的连接点是否有断接和虚焊等。第二步用万用表检测。在没有通电之前可以用万用表进行反复检测之前在目测中，还存在有疑问的地方，然后再检查自动板上电源线和地线之间有没有存在短路虚焊或者断接的现象。第三步上电检测。给做好的自动板通电，然后对照原理图检查各个元器件的电源脚是否符合要求的值。第四步使用示波器检测。假如单片机不工作或者是不正常工作的话，则很有可能是元器件的问题，因此首先各个元器件必须要正常工作，有些元器件虽然工作了，但还是会存在着一些值的误差或者是信号的干扰，因此这时候就要用到示波器来检测各个元器件的波形，来确定元器件是否是正常的工作状态。完成以上调试后，假如还存在其他的问题，我们可以使用去元件的办法，也就是换新的元器件，对照电路图一个模块一个模块的调试下去，这样做的目的是找到存在故障的元件。511硬件调试1、系统测试环境（1）环境温度28摄氏度；（2）测试仪器数字万用表；（3）数字温度计0100；2、测试方法（1）打开控制电源，系统工程进入准备工作状态。（2）用温度计标定测温系统，分别使温度稳定在40、50、60、70、80、90，观察系统测量温度值与实际温度值，校准系统使测量误差在1以内。（3）动态测试设定温度为60，系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098528调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰能力。设定温度为90系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰动能力。（4）检验系统的显示、恒温控制、设定等功能。3、继电器测试（1）测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为“0”；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。（2）测线圈电阻可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。（3）测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，当继电器一闭合导通时，立即记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。（4）测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当继电器一进入断开状态时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。52软件调试方案本选题的软件调试中，首先通过对程序的编写、运行，以及仿真来发现程序中存在的一些错误，例如程序的语法错误和程序的逻辑错误，然后再进行剔除和改正。其次，还可以使用编程软件，修改程序中的设定值来进行检查，这样做的目的是尽可能的减少在程序设计过程中存在的差错。521软硬调试通过对系统的硬件、软件调试，基本上达到了该控制系统原设定的要求，数字温度传感器读温度并进行数码管显示。能够在10分钟之内通过控制继电器的通断进行加热达到预定温度值。当温度差大于5时，通过PID调整控制数字脉冲的宽度使继电器产生有效的动作，进行220V交流电加热以达到预定温度，如果温度差小于5时，则进行PID调整加热达到原预定温度。实验数字如表511所示、如表512所示。表511实验数字水量/L设置温度/实际温度/误差/使用时间/S2303040453买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098529240405051262505040418826060303255270704043372808020238629090505445表512实验数字水量/L设置温度/实际温度/误差/使用时间/S330305057534040404148350504042073606050527337070303346380803034053909040447353调试结果对软/硬件