1、 扬州市职业大学电气与汽车工程学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 学 号： 教研室 : 电气教研室 专 业 : 电气自动化技术 题 目 : 基于 PID的恒温控制 指导者： 评阅者： 2016 年 5 月 扬州市职业大学电气与汽车工程学院 毕业设计（论文）评语 学生姓名： 班级、学号 ： 题 目： 基于 PID 的恒温控制 综合成绩： 指导者评语： 指导者 (签字 )： 2016年 月 日 毕业设计（论文）评语 评阅者评语： 评阅者 (签字 )： 年 月 日 答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会负责人 (签字 )： 2016 年 月 日 毕业设计说明书（论文）中文摘要 摘 要 温度参
2、数是在工业生产中最基础也是最关键的参数之一，也是人们生活中离不开的参数 ，随着现在科技的发展，各个工厂越来越重视及时的温度测量及反馈，这样便可以以及时的做出反应和警报，减少损失等。所以，研究温度测量以及控制变得尤为重要。 本次课题是将 AT89C52 作为主控件，运用的是 PID 控制的基本原理和 PID 控制的设计方案。采用的温度传感器是现在市面上使用率很高的 DS18B20。 DS18B20 测温，并将所测的数据发送给单片机，由单片机来处理。这边不但是能测量温度，还由单片机所处理的数据来控制温度， 本次设计的硬件采用主控元件，测温电路，控温电路，显示电路等等组成。而软件部分则采用的是显示
3、程序、信号处理程序、警戒警报程序，按键程序等等程序组成。 关键词：温度检测，温度控制， PID 算法 专科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 II 页 目 录 摘 要 . IV 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源 . 1 1.2 课题的意义 . 1 1.2.1 温控的发展与现状 . 1 1.3 课题的主要研究内容 . 2 2 硬件设计 . 3 2.1 控制模块设计 . 3 2.1.1 单片机的选择 . 3 2.1.2 引脚的功能 . 5 2.1.3 单片机电路设计 . 6 2.1.4 电源设计 . 7 2.2 温度采集模块设计 . 8 2.2.1 关于 DS18B20 的简介 . 8 2
4、.2.2 DS18B20 的结构组成 . 8 2.2.3 DS18B20 的供电方式 . 11 2.2.4 DS18B20 引脚功能介绍 . 11 2.3 控制模块设计 . 12 2.4 显示 按键模块设计 . 14 2.4.1 LCD1602 的各项参数 . 15 2.4.2 LCD1602 的特点 . 16 2.4.3 按键电路设计 . 16 2.5 报警模块的设计 . 17 3 软件设计 . 18 3.1 主程序的设计 . 18 3.2 DS18B20 读温程序设计 . 19 3.3 键盘扫描程序设计 . 20 3.4 报警程序设计 . 20 3.5 PID 控制的发展 . 21 3.5
5、.1 PID 控制算法 . 21 4 系统仿真 . 26 总结 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 附录 . 33 专科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 39 页 1 绪论 1.1 课题的来源 人们生活中的方方面面都是离不开温度的，而温度的测控也是和人们的生活紧密相连的。市面上现在常用到的基本都是热电偶以及热电阻。这样的感温原件由于其的工作方式导致其不是很灵活且准确度不是很高。而本次用到的 DS18B20，在与单片机相结合以后，不但能灵活方便的对温度进行检测控制，而且也大大了提升了精确度。单片机以它小巧的“身材”，简单方便的控制已经被越来越多的产品运用，越来越多的产品也已经离不
6、开了单片机。 1.2 课题的意义 在现如今，模拟式 的温度传感器已经不再流行，它们已经逐渐向数字式等形式方向发展。在以前，温度传感的运用不是太多，而且电路也比较简单。所以一般的使用热敏电阻等元器件来感温也不是太鸡肋，不过随着现在的发展，电路越来越复杂，所要求的精度也越来越高，一般感温元器件的运作方式不但感温不精准，而且也会使得电路设计变得复杂，所以这时候需要一个能替代它们来出色完成任务的传感器。 DS18B20 是现在运用的最多的一款测温元件，用它来作为检测元件，他可以通过单片机加 LCD 直接将它所测到的温度读显出来，这样大大的减少了很多步骤，而且它的测温范围广泛 ，一般是在负五十度到一百三
7、十度之间，且精度很高，分辨率最大可以达到 0.0595 度。已经能满足绝大多数非特殊工作环境的需求。 1.2.1 温控的发展与现状 经过这些年的发展，温测方面的技术得到了快速的发展，尤其是理论部分，已经趋向于成熟，但在实际测量方面还是有着各种问题需要去解决去改进，如如何能在短时间内甚至实时的将所测的温度采样反馈，以及如何保证传输的正确。 温测温控技术一般是由两方面组成。测量与控制。 在测量反面，发展最早的是接触式的测量方式，它有着简单的结构，可靠的测量以及专科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 39 页 其成本低受到很多设计 者的喜爱。它能够较为准确的将测量的真实温度反馈。不过，由于其自身
8、的物理原因，它不能快速的测量短时间内的温度变化，且不适合具有强腐蚀的工作环境下使用以及温度超高的环境下使用。对于运动中的物体也难以进行温度的测量。 此外还有一种测温方式。它采用非接触式的测温方式，它通过测量物体的能量反馈来进行测量，这样的测量方式极大的解决了接触式遇到的问题，且测温响应快。不过相对而言，非接触式的缺点便是无法达到接触式的测量精准。而且其结构复杂，成本高等。所以，在实际运用时，需先考虑设计的需求再去选择测温的方式。 控制方 面：现在在工业中使用的温控技术一般有定值开关温控、 PID 控温、智能温度控制等等控温方法。不同的场合结合所需求达到的精度以及质量，可以选择合适的温控方法 1
9、.3 课题的主要研究内容 1,、整体设计 总体设计的主要内容有：利用单片机作为系统的主控制器，利用 DS18B20 作为温度传感器，将信号送入单片机进行处理，经过 PID 算法后，单片机的输出用来控制加热棒的输出功率，从而实现对温度的控制 。 2、整体设计的基本要求 整体布局的要求有如下几点： 一、要在温度控制系统上进行全局的思考。 二、对每个部分的作用以及工作原理进行分析解释 三、在做硬件设计时，要做到有理有据，有计算有分析。而且元器件的各个型号等都需要明确的标出 四、软件设计可使用 C语言或者汇编语言 专科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 39 页 2 硬件设计 硬件设计基本由以下部
10、分组成，如图 2-1便是五个部分的关系图 图 2.1 硬件框图 键盘输入温度显示：按键显示模块 DS18B20 温度传感器：温度采集模块 单片机：控制模块。温度控制模块 蜂鸣警报：报警 模块 2.1 控制模块设计 市面上有很多类型的单片机，各有所长也各有所短，在对比了各个单片机以后，选择了 AT89C52 单片机。 2.1.1 单片机的选择 最为常用的单片机有 51,52 等等单片机系列 AT89C51 的 主要特性： 寿命长， 4K 字节存储器 工作在 0HZ 到 24HZ 之间 专科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 39 页 具有程序保密锁定功能 一百二十八八的 ROM I/0 口线
11、三十二条 拥有两个定时器 拥有两个计数器 拥有六个中断源 可使用串行通道 低功耗 自带时钟电路 AT89C52 的特性 可以与 51兼容 寿命长，自带 8K 存储器 一千次擦写 工作电压可以在 4V 到 5.5V 之间 工作在 0HZ 到 33HZ 之间 具有加密功能 二百六八的 RAM 八个中断源 低功耗 可以在断电以后中断可唤醒 自带定时器 灵活编程等 本次采用的是 AT89C52 单片机 所选单片机的简单介绍 AT89C52是一个低电压 ,高性能 CMOS 8位单片机 ,片内含 8k bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器 (RAM
12、),器件采用 ATMEL 公司的高密专科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 39 页 度、非易失性存储技术生产 ,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 单片机有如下的特点： （ 1） 、相比而言，可靠性更高 （ 2） 、抗外界干扰能力强 （ 3） 、可控性强 （ 4） 、相比其他的芯片而言具有极高的性价比 （ 5） 、低电压 （ 6） 、扩展多 2.1.2 引脚的功能 AT89C51 的引脚图见 2-2 图 2-2 AT89C52 引脚图 vcc 为电源端 提供 5v 电压 Vss 为接地端 XTAL2 振荡器的输出端 XTAL1 振荡器的输入端 控制引脚 RST ： 复位 高电平时动作，且需两个机械周期的高电平才会触发动作 ALE/PROG：地址锁存允许信号端。如果单片机是处于正常情况下的话，则 ALE 会
