基于单片机的温度控制系统毕业设计(2)

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前 言

在现代化的工业生产中，温度是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。虽然温度控制系统的制作方案有很多，但是经过对比各个方案的优劣，还是采用单片机更好，因为采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

单片机体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛的应用。在我国，近几年单片机的应用研究发展进展很快，特别是在工业控制、智能化仪表、产品自动化、分布式控制系统中都已取得了一些可喜的成果。现在，一个学习和应用单片机的热潮正在一些工厂、企业、科研单位、高等院校中兴起。

本设计使用单片机8031作为核心进行控制。加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400～1000℃。静态控制精度为2.43℃。算法采用目前工业生产过程控制系统中应用最广泛的PID算法，并利用测量误差改变调节器步长的方法实现PID参数的自动整定，在温度曲线控制中取得了非常满意的效果。

本设计说明书共有六章。第一章温度控制系统方面简介。第二章单片机的选型介绍主芯片的选择。第三章介绍主芯片端口的扩张芯片8155。第四章主要对模数转换芯片ADC0809的介绍。第五章是对温度检测和变送器的设计。第六章 是对温度控制电路的设计。第七章是软件设计，包括主程序，子程序，滤波程序，等程序的设计。

希望本设计说明书能给大家带来帮助。

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第一章 单片机温度控制系统方案简介

单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此， 温度是工业对象中一个主要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等；由于工业不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温原件和测温方法也不同；产品工业不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。本系统所使用的加热炉为电加热路，炉丝功率为2kw，系统要求炉膛恒温，误差为±VC，超调量可能小，温度上升较快且有良好的稳定性。

单片机温度控制系统是以MS—51单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为：系统采用单闭环形式，其基本控制原理为：将温度设定值（即输入控制量）和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控制对象上，电炉因此达到一定的温度。其控制电路如图1.1所示。

给定值 8031控制电路 驱动电路 晶闸管主电路 输出温度 被控对象 采样电路 图1.1 控制电路的设计

系统控制主电路是由8031及其外围芯片，及一些辅助的部分构成的。其系统设计原理图如1.2所示。

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8031 2764 过零信号发生器 74Ls373 温控电路 8155 AD0809 传感检测电路 键盘与显示 电炉

1.2 系统设计原理图

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第二章 单片机的选型

单片微机是单片微型计算机SCMC(single chip micro computer)的译名简称，在国内也常简称为“单片机”。它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等等。

单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。由于单片机扩展了各种控制功能，如A/D、PWM、计数器的捕获/比较逻辑、高速I/O口、WDT等，以突破了微型计算机传统的内容，所以，更准确的反映其本质的叫法应是微控制器。

它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，因此如果能利用微型计算机进行温度的测量和控制，将会大大提高温度测控的可靠性和灵活性。单片微型计算机（简称单片机）是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。与PC机用于控制系统相比，其具有明显的性能价格比。

2.1 单片机

在本设计中，从经济上以及性能上考虑，我选用8031作为CPU。8031是MCS—51系列单片机的一种型号，MCS—51单片机的类型有：8051、8031、8751等。8051内部有4K ROM，8751内部有4K EPROM，8031片内无ROM；除此之外三者内部结构引脚完全相同。

2.1 MCS—51单片机内部结构与功能

8051单片机内部结构见图2.1。含CPU、震荡器和时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口（P0、P1、P2、P3）、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。

图2.1 单片机功能方框图

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2.2 MCS—51输入/输出端口的结构与功能

MSC—51单片机有4个I/O端口，共32根I/O线，4个端口都是准双向口。每个口都包含一个锁存器，即专用寄存器P0～P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我们把4个端口和其中的锁存器都统称P0～P3。

在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，者4个口的每一位均可作为双向的I/O口使用。

P0口：可作为一般的I/O口使用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。

P1口：每一位均可独立作为I/O口。

P2口：作为一般I/O口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为高8位地址线。

P3口：双功能口。作为第一功能使用时同P1口，每一位均可独立作为I/O口。另外，每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。

2.3 MCS—51单片机的引脚及其功能

MCS—51单片机采用40引脚的双例直插封装形式，如图2.2所示。

2.2 CS-51引脚图

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