基于C8051F020单片机的模糊PID温度测控系统设计

第7卷　第15期　2007年8月167121819(2007)1523934203　科　学　技　术　与　工　程Science Technol ogy and Engineering　Vol .7　No .15　Aug .2007　2007　Sci .Tech .Engng .基于模糊P I D 的通用中档单片机温度控制系统设计刘　军　李建伟　李慧琴(河南农业大学机电工程学院,郑州450002)摘　要　温度的控制有着十分广泛的应用,尝试设计一个具有普遍适用意义的中档单片机温度控制系统。

该系统采用模糊P I D 方法进行温度控制,采用C8051F020单片机作为控制核心。

该系统能克服普通的单片机P I D 温度控制系统的一些不足之处,达到较为理想的控制效果。

阐述了该系统的模糊P I D 控制原理,介绍了该系统的硬件结构,给出了该系统的程序框图。

关键词　模糊P I D 单片机 温度控制 系统设计中图法分类号　TP273.6; 文献标识码　A2006年10月13日收到 河南省科技攻关项目(0624260033)资助第一作者简介:刘　军(1952—),男,山东济宁人,河南农业大学机电工程学院教授,硕士研究生导师,研究方向:机电一体化技术、数控技术和CAPP 。

Email:liujunshd@sina .com 。

温度作为一个基本物理参量,在表征系统的内部状态方面有着重要的意义。

因此,温度控制在国民经济的各个部门中也有着十分广泛的应用。

在这些应用中,有些场合(比如烤烟)要求温度的变化要遵循一定的工艺曲线,这就要求相应的温度控制系统要能够实时获得温度信息并施行实时控制。

目前该领域得到了相当广泛的关注,成为单片机应用领域的研究热点之一[1,2]。

本文在借鉴现有各类单片机温度控制系统的基础上,尝试设计一个中档通用单片机温度控制系统,该系统采用基于模糊的P I D 方法作为控制算法,采用C8051F020单片机作为控制核心。

基于单片机C8051F的智能温控系统的设计与实现.txt“我羡慕内些老人羡慕他们手牵手一直走到最后。

━交话费的时候，才发现自己的话那么值钱。

·490·计算机测量与控制.2009.17(3)Computer Measurement & Control 控制技术中华测控网收稿日期:2008-07-27; 修回日期:2008-08-30。

基金项目:西北工业大学创新实验室资助项目(07031)作者简介:赵跃齐(1983-),在读研究生,主要从事计算机测控技术方向的研究。

马瑞卿(1963-),教授,博士,主要从事电机智能控制技术方向的研究。

文章编号:1671-4598(2009)03-0490-02 中图分类号:TP274·5文献标识码:A基于单片机C8051F的智能温控系统的设计与实现赵跃齐,马瑞卿,梁贵毅,曾重,梁波(西北工业大学自动化学院,陕西西安710072)摘要:随着自动化水平的不断提高,工业现场对温度的控制越来越高,设计了一种适用于现代工业现场的实时高精度温度监控系统;采用单片机C8051F020和PC机相结合,具有数据采集、数据显示、数据通信及数据存储等功能,通过RS485总线和上位机相连,上位机可以通过软件对系统进行设置和控制,系统同时通过液晶模块实时显示监测到的温度和万年历;试验证明,本系统具有一定的实时高精度性能,有着很强的推广价值。

关键词:单片机;智能温控;液晶模块;上位机Design and Realization of Intelligent Temperature Control SystemBased on C8051F MicrocontrollersZhao Yueqi, Ma Ruiqing, Liang Guiyi, Zeng Zhong, Liang Bo(Automation College, Northwestern Polytechnical University, Xi an 710072, China) Abstract:With the continuous improvement of automated level, the requirements for temperature control is more and more high in in-dustry scene. This article develops a temperature control system, which can suit to modern industry, use single chip computer C8051F020and personal computer together, have the functions of data acquisition, data display, data communication and data storage. implementedthrough RS485 connect to host conputer, the host computer can use software to control and setting the system , at the same time, the sys-tem can display the temperature and calendar by LCD module in time. The practical results has proved that this system has high precisionand worthy of using abroad.Key words:microcontrollers; intelligent temperature control; LCD module; host computer0 引言现代工业技术的自动化程度在不断提高。

基于C8051F020单片机的加热炉温度测控系统的研发毕业设计（论文）基于C8051F020单片机的加热炉温度测控系统的研发系别自动化工程系专业名称测控技术与仪器班级学号5060824学生姓名李威指导教师金伟2010年06月15日基于C8051F020单片机的加热炉测控系统的研发摘要本课题对工业对象中主要的被控参数电阻炉炉温进行研究，设计了下位机硬件电路、软件程序和上位机软件程序。

硬件电路主要以C8051F020单片机为核心，并且由ADC0809、HD7279a和max232等芯片构成。

以C8051F020单片机为主体，构成一个能进行较复杂的数据处理和较复杂控制功能的智能控制器。

单片机根据输入的各种命令，进行智能计算得到控制值，输出脉冲触发信号，经过保护电路控制双向可控硅的导通角，从而控制电阻炉的加热时间。

软件程序采用两重中断嵌套方式，效率较高。

因为单片机内存有限提出了一种常规控制的方法，即调节K p、K i、K d三个参数，来实现控制。

电阻炉炉温的变化系统为二阶惯性纯滞后大惯性系统，最后分别利用PID算法及模糊控制通过MATLAB进行计算机温度控制仿真，得到了较理想的控制效果。

同时利用串口实现与PC机的通信，用vc编写上位机界面，PC机作为上位机进行较复杂算法的选择和控制。

关键词：单片机，温度控制，PID调节，matlab仿真The Research of C8051F020 SCM Based on The Heating FurnaceControl System DevelopmentAuthor：Li WeiTutor：Jin WeiAbstractThis subject mainly for industrial object of resistance furnace temperature control parameters were studied, and the design of hardware circuit and software program and PC software program. The hardware circuit consists mainly of C8051F020 SCM as the core and ADC0809 7279: max232, etc. To C8051F020 SCM chip as the main body, can form a complex data processing and complex function of intelligent controller. According to the input of various orders chip, intelligent calculated, the output pulse triggering signal components, after protecting circuit control bidirectional thyristor conduction angles, which controls the heating time resistance furnace. Software interrupt nested manner by two, higher efficiency. Because of limited memory chip is proposed, i.e. normal control method of K p mohan, adjust K i, three parameters K d, come to control. The resistance furnace temperature change system for second inertia pure inertial system, finally lag big respectively using PID algorithm and fuzzy control by MATLAB simulation of temperature control, computer got better control effect. While using the serial communication with the PC, written by vc computer interface, PC as PC for complex algorithm of choice and control.Keywords: SCM, temperature control, PID, matlab simulation目录1 绪论 (1)1.1研究背景和研究意义 (1)1.2所要解决的主要问题 (1)1.3研究方法和创新之处 (2)1.4电加热炉的国内外发展现状 (2)1.4.1 定值开关控温法 (3)1.4.2 PID线性控温法 (4)1.4.3 智能温度控制法 (4)1.5系统总体设计方案 (4)1.5.1 系统性能要求及特点 (5)1.5.2 系统硬件方案分析 (6)1.5.3 系统软件方案分析 (7)2 硬件设计 (8)2.1系统硬件总体结构 (8)2.2主控模块的器件选型及设计 (9)2.2.1 单片机的选用 (9)2.2.2 C8051F020片上系统单片机片内资源介绍 (10)2.2.3 系统实验板 (13)2.2.4 复位电路的可靠性设计 (14)2.2.5 晶振电路的设计 (15)2.2.6 串口驱动电路的设计 (16)2.2.7 A/D转换电路设计 (18)2.2.8 过零检测电路的设计 (19)2.2.9 PWM输出电路的设计 (20)2.2.10 键盘及显示电路的设计 (22)3 系统控制算法研究 (25)3.1加热炉的数学建模 (25)3.2PID控制原理 (26)3.2.1 数字PID控制算法 (27)3.2.2 增量式PID仿真结果 (28)3.3模糊自适应PID算法 (29)3.3.1 模糊自适应PID的特点 (29)3.3.2 模糊自适应PID的结构 (30)3.3.3 模糊自适应PID的控制结构原理 (31)3.4加热炉温度的模糊自适应PID控制器的设计 (31)3.4.1 温度值模糊自适应PID的模糊化 (31)3.4.2 模糊自适应PID的模糊规则及推理算法 (32)3.4.3 模糊自适应PID控制器的解模糊化 (33)4 炉温测控系统上位机软件实现技术 (36)4.1M ATLAB软件与VC软件通信的实现 (36)4.2可视化上位机监控界面的实现 (37)总结与展望 (38)5.1总结 (38)5.2展望 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (43)附录A：英文文献 (43)附录B：中文译文 (46)1 绪论1.1 研究背景和研究意义随着世界各国经济的快速发展，对能源的消耗与日俱增，怎样降低功耗提高经济效益，已经成为世界人们所关注的问题。

基于C8051F020单片机的实时测控装置设计
摘要：为了实现某型电子装备研制中对于时序控制和多路数据采集的实时性要求，设计了一种基于C8051F020单片机的实时测控装置。

采用多单片机系统实现了多路模数混合信号的实时采集，完成复杂的时序控制，准确地输出各种控制信号。

将采集的数据进行综合分析计算，利用硬件逻辑判决电路对单片机的计算结果和传感器的参考信号进行优先级判断，最终输出系统所需的触发信号。

该装置采用多个单片机和功能模块，构建了多数入多输出的数据采集和控制系统，利用RS 485协议实现多机串行通信，完成了系统预定功能。

 关键词：C8051F020;测控装置;数据采集;时序控制
 0 引言
 C8051Fxxx单片机是美国Silabs公司推出的完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。

在项目研制中采用
C8051F020单片机，对于熟悉掌握51单片机的技术人员来说，在硬件设计及软件编程上大大提高了研制效率和装备可维护性。

测控装置是某型电子装备的实时控制装置，是整个系统最重要的组成部分之一，是系统运行过程中的指挥控制中心。

该装置通过构建多单片机系统，实现了复杂时序的实时控制以及多路数据采集，可以提供系统正常工作所需的多路输出控制信号;通过硬件设计和软件编程实现了单片机与单片机、单片机与上位机之间的实时通信，各子系统之间的效据交换和复杂逻辑关系的处理，系统在规定时间可靠输出多路控制信号等功能。

 1 测控装置的硬件设计
 1.1 总体设计。

文献综述温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。

控制精度直接影响着产品质量的好坏。

实验室人员根据材料的烧成制度来调节电炉的输出电压以实现对电炉的温度控制。

一般的有两种方法:第一种就是手动调压法,第二种控制方法在主回路中采取双向可控硅装置,并结合一些简单的仪表,使得保温阶段能够自动,但这两种方法的升温过程都是依赖于试验者的调节,并不能精确的按照给定的升降温速度来调节。

本文提出的以参数自整定PID 控制为基础的温控系统简单、可靠,大大提高了控制质量及自动化水平,具有良好的经济效益。

电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过布置在炉内的电热元件将电能转化为热能,借助辐射与对流的传热方式加热工件。

通常可用以下模型定性描述()02τ-=+t KV X dtdX T 式中 X ——电炉内温升（指炉内温度与室温温差)K ——放大系数t ——加热时间T ——时间系数V ——控制电压τ0——纯滞后时间但在实际热力过程中，由于被加热金属的导热率、装入量以及加热温度等因素的不同，直接影响着 K 、T 、τ0等参数的变化，因此电炉本身具有很大的不确定性。

温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。

控制精度直接影响着产品质量的好坏。

根据不同的目的，将材料及其制件加热到适宜的温度。

在工业生产过程中，电炉随着负荷变化或干扰因素的影响，其对象特性或结构发生改变。

电炉温控具有升温单向性、大时滞和时变的特点，如升温靠电阻丝加热，降温依靠自然冷却，温度超调后调整慢，因此用传统的控制方法难以得到更好的控制效果。

另外对于 PID 控制，若条件稍有变化，则控制参数也需调整。

自适应控制运用现代控制理论在线辨识对象特征参数，实时改变其控制策略，使控制系统指标保持在最佳范围内。

但由于操作者经验不易精确描述，控制过程中各种信号量以及评价指标不易定量表示，而模糊理论正是解决这一问题的有效途径。

人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件操作用模糊集表示并把这些模糊控制规则及有关信息(如评价指标、初始 PID 参数等)作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况运用模糊推理，实现自动对 PID 参数的最佳调整。

基于单片机模糊PID控制算法实验设计基于单片机的模糊PID控制算法是一种将模糊逻辑和PID控制相结合的控制方法。

模糊PID控制算法在许多工程和科学领域中具有广泛的应用，用于控制各种物理系统，例如机械系统、电子系统和化学系统等。

本文将介绍基于单片机的模糊PID控制算法的实验设计。

一、实验目的本实验旨在通过使用单片机实现模糊PID控制算法，控制一个虚拟物理系统的运动。

通过这个实验，我们可以了解模糊PID控制算法的原理和实现过程，并通过实验结果对其性能进行评估。

二、实验原理模糊PID控制算法是将模糊逻辑和传统的PID控制算法相结合而得到的一种控制方法。

PID控制算法是一种反馈控制方法，它通过测量和计算系统的误差，调整输出控制量，使得系统的运行状态能够接近期望状态。

模糊PID控制算法的原理是，在PID控制算法的基础上，使用模糊逻辑来处理模糊因素，使得控制系统能够对模糊因素有更好的适应性和鲁棒性。

模糊逻辑是对不确定性和模糊性进行建模和处理的一种方法，它能够通过模糊集合和模糊规则来描述和处理模糊因素。

在模糊PID控制算法中，首先使用一组模糊集合来表示误差和变化率的程度，然后建立一组模糊规则，通过模糊推理得到模糊控制量，最后将模糊控制量经过模糊解模糊化得到实际控制量。

这样，通过模糊逻辑的处理，能够使得控制系统对于模糊因素有更好的适应性和鲁棒性。

三、实验步骤1.设计一个虚拟物理系统，可以使用一个电机控制器和一个电机模拟器来模拟物理系统的运动。

2.根据虚拟物理系统的特性，确定控制系统的输入和输出变量，例如位置和速度。

3.设计一组模糊集合来表示位置和速度的程度，例如“远”、“近”、“大”、“小”等。

4.建立一组模糊规则，通过模糊推理得到模糊控制量。

5.设计一个PID控制算法，用于计算系统的误差和调整输出控制量。

6.将模糊控制量和PID控制量相结合，得到最终的实际控制量。

7.使用单片机编程语言，例如C语言，实现上述的模糊PID控制算法。

基于单片机的模糊PID温度控制系统设计【摘要】设计以模糊PID控制算法为基础，AT89C51单片机为主体的温度控制系统，形成一个较复杂的数据处理和具有高可靠性和灵活性的系统。

单片机在各种指令输入的基础上，根据模糊PID算法得到控制值，输出触发信号，并经过光电藕合器MOC3061和双向可控硅BTA12驱动加热器，从而调节温度。

【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显示模块等八大部分。

（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。

基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计温度控制系统在多种类型的生产设备上都有应用，并且系统运行效果直接决定着生产设备的运行稳定性与安全性，因此有必要优化和改良温度控制系统设计，提高系统运行效果。

基于此，本文介绍了一种基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计，从硬件设计和软件设计两方面入手，对温度控制系统设计进行了全面分析和介绍。

标签：模糊PID;单片机;温度控制系统;硬件;软件引言：模糊PID是一种现行控制，其核心基础为PDI算法，将误差e和误差变化率ec作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，从而通过查询模糊矩阵表去调整参数，以此满足不同时刻e和ec对PID控制的参数自整定要求。

基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计可以实现对温度的弹性控制，境地温度信号延迟以及滞后，进而使得温度控制系统模型更加稳定，提高温度控制系统的控制效果。

一、温度控制系统硬件设计（一）系统硬件电路设计基于模糊PID和单片机的温度控制系统设计基于传统的温度控制系统，系统硬件电路大体一致，可以分为八个部分，分别为单片机控制模块、温度检测模块、电源稳压模块、温度设定模块、过零检测模块、驱动控制模块、温度蜂鸣报警模块以及温度LED现实模块。

需要根据温度控制系统实际应用需求以及所要达到的控制效果进行合理设计，构建一个完整且运行高效的系统硬件电路[1]。

温度控制系统硬件连接方式如图1所示。

（二）温度传感器选择基于PID和单片机的温度控制系统设计主要设备包括传感器、控制仪表、单片机等。

其中，在选择温度控制系统传感器的时候，要选择结构加单、可好性高的新型智能温度传感器，例如美国DALLAS半导体公司研发并推出的单总线器件DS18B20传感器，具有“一线总线”以及经济适用等特点，可以更加容易组建傳感器网络。

该传感器的温度控制范围在-55℃到125摄氏度之间，在-10℃到85℃区间范围内可以达到±0.5℃的测量精度。

智能型温度传感器采用了符号扩展的16位数字量方式，实现了串行输出，温度控制系统的抗干扰性得到了极大提升，可以适用于多种恶劣操作环境。

基于Ｃ８０５１Ｆ单片机的温度测控系统设计作者：向俐霞来源：《中国新技术新产品》2009年第13期摘要：文中介绍用C8051F020单片机实现的多路温度实时检测控制系统，系统充分利用C8051F020各种内部资源，使得整个系统设计简单，易于实现，应用领域广泛。

关键词：C8051F单片机；温度测控；反馈控制1 系统架构设计整个系统由温度传感器（Pt100铂电阻）、滤波放大电路（LM324）、C8051F020单片机、LED显示电路、接口电路和计算机等部分组成。

系统的整体框图如图1所示。

2 硬件设计传感器的选择。

传感器选择铂热电阻，铂热电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠，所以在温度采集中广泛应用，按IEC标准，铂热电阻的使用温度范围是-200~+850℃[1]。

本系统采用目前在工业中广泛应用的Pt100铂电阻传感器，在实际测量中，只要测得热电阻的阻值R，就能在分度表上查出对应的温度值。

滤波放大电路。

根据系统的要求，利用温度传感器采集得到在不同温度时传感器的输出值，先经过滤波电路进行滤波，再经过运算放大器放大后送入单片机，在单片机内进行A/D 变换。

本系统放大电路分两级放大，第一级放大倍数固定，第二级放大通过调整R5和R6的比例产生不同的放大倍数，两级放大器可组合出多种放大倍率，以满足不同传感器的要求。

放大电路用低功耗四芯运算放大器LM324芯片来实现，LM324每块芯片含有四个独立的高增益、内部频率补偿运算放大器，具有公共的工作电压输入端和接地端。

该芯片的工作电压宽（3V~32V），精度高，线形好。

每块芯片可完成两路温度信号的放大。

滤波放大电路见图2。

A/D转换。

由于本系统采用的是自带A/D的C8051F单片机，它具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核，片内自带有一个12位ADC，一个8位ADC，并且每一个ADC都对应有多个输入通道、输入多路选择开关和可编程增益放大器。

本系统选用C8051F020完成模拟开关、A/D转换和微控制器的作用。

本文介绍一种新型的虚拟仪器测试系统，它由数据采集子系统和数据通讯、处理分析子系统两部分组成。

其结构原理如图１所示。

数据采集子系统以Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机为核心，此单片机功能全面、强大，可实现对目标信号精确采集、数字滤波和通过串口ＲＳ－２３２Ｃ高速向上位机传输采集的数据数据通讯、处理分析子系统采用ＶＢ６．０编写通讯模块，用ＭＡＴＬＡＢ７．０完成数据的转换处理、分析、显示和存储。

两子系统通过ＲＳ－２３２Ｃ串口进行高速数据通讯，插拔便捷。

该虚拟仪器测试系统打破了ＬａｂＶＩＥＷ等软件平台对虚拟仪器开发的束缚。

１虚拟仪器测试系统数据采集子系统１．１数据采集子系统的硬件硬件主要由高速、高性能Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机、Ａ／Ｄ转换接口电路、人机接口电路、串口通讯电路、电源电路、系统复位电路、Ａ／Ｄ转换电压基准电路、外部时钟电路、ＪＴＡＧ接口电路等组成。

１）Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机。

是完全集成的混合信号片上系统ＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍｏｎｃｈｉｐ）级ＭＣＵ芯片，是具有与ＭＣＳ－５１内核及指令集完全兼容的高速、流水线结构单片机。

机器周期由标准的１２个系统时钟周期降为１个系统时钟周期，峰值性能可达２５ＭＩＰＳ。

除了具有标准８０５１的数字外设部件之外，片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，两个全双工增强型串行通讯接口（ＵＡＲＴ），真正１２位、１００Ｋｓｐｓ逐次逼近型（ＳＡＲ）８通道ＡＤＣ，完全能够满足高速、高精度、多通道的数据采集、数字滤波、数据传输的需求。

片内还集成了一个ＪＴＡＧ协议为基础的调试电路，配置的ＪＴＡＧ接口完全符合ＩＥＥＥ１１４９．１标准。

通过ＪＴＡＧ接口可实现对Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机闪存的读写操作，以及全速、非侵入式在系统调试。

２）Ａ／Ｄ转换接口电路。

Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机的ＡＤＣ０子系统各通道输入应为小于等于基准电压（ＶＲＥＦ）的电压信号，而传感器信号多为微弱电流信号，所以要根据信号采集传感器的特点，在通道接口设计传感器信号处理电路，电压转换电路和便插式接口。

・测试与控制・０引言温度测量与控制在国民经济的各个部门有着十分广泛的应用，在这些应用中，有些场合对温度的控制要求较低，只需要进行简单的开关量控制即可，对此，目前已有非常成熟的温控元件；而有些场合则要求温度的变化要遵循一定的工艺曲线，这就要求相应的温度测量与控制系统要能够实时获得温度信息并施行实时控制，由于目前该类系统大多存在一些这样那样的问题，因而得到了相当广泛的关注，成为单片机应用领域的研究热点之一［１，２］。

本文在借鉴现有各类单片机温度控制系统的基础上，尝试设计一个中档通用单片机温度测控系统，该系统采用Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机作为核心，具体控制采用基于模糊的ＰＩＤ方式。

１系统的硬件构成［３，４］Ｃ８０５１Ｆ系列单片机是集成的混合信号系统芯片ＳｏＣ单片机，是真正能独立工作的ＳｏＣ，ＣＰＵ有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。

Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机作为本系统的控制核心。

系统硬件结构如图１所示。

由于Ｃ８０５１Ｆ０２０具有内置的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器，并能满足温度测控的实际需要，所以系统中没有使用外接的Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ器件。

前置电路主要用来对来自温度传感器的微弱电信号实现放大、滤波等信号预处理。

输出控制电路主要实现对单片机输出的模拟控制信号的放大、隔离以及和执行元件的匹配等功能。

执行元件主要实现将以电能为主要形式的能量转换为以机械能为主要形式的能量，实现具体的控制动作，根据所控制的具体系统不同可以选用不同的类型。

ＰＤＩＵＳＢＤ１１为ＵＳＢ接口芯片，其与Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机的ＳＭＢｕｓ配合实现ＵＳＢ接口功能。

通过该接口，系统可以和游盘进行数据和信息的交互，具体可实现温度数据的保存、导出和控制参数的调整等功能。

为了较好的实现人机交互，系统引入了键盘、液晶显示器、微型打印机、蜂鸣器和指示灯等器件。

键盘为专门设计，具有６个功能键和数字键０～９、负号和小数点键，通过键盘，用户可以实现对数据的编辑和对参数的设置等功能。

摘要温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。

控制精度直接影响着产品质量的好坏。

本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。

因此本文将模糊控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统。

本文以模糊自整定 PID 控制算法为基础，设计以8031单片机为主体的控制系统控制电炉,构成一个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。

单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。

本文提出的基于模糊的自整定 PID 控制算法的控制系统具有真正的智能化和灵活性，有自动检测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能，对提高电炉温度的控制精度具有较好的意义。

关键词：电炉；单片机；模糊 PID。

AbstractTemperature in heat treatment craft is very important. Control precision effect directly the quality of the product. The electric stove is a kind pure great inertia system, and the traditional heat control system is based on some certain model, so is hard to satisfy the technological requirement.This paper will adopt fuzzy control algorithm to build a intelligent fuzzy control system.In this paper, we use fuzzy self-regulated PID algorithmt to design a electric stove control system depending on mainly 8031 chip and build a intelligent controller which can process complicated data and realize complicated control functiong, meanwhile is alao regarded as an independent SCM control system which has higher flexibility and dependability. The SCM accords to all kinds input orders to carry out intelligent algorithm in order to get control value, then to feed out the pulse signal to trigger circuit and drive the two-way silicon in order to heat the stove.The control system based fuzzy self-regulated PID algorithm has real intelligence and flexibility. The functions include automatic detection, real-time data gather and precess and displaying the control output and so on, which do well in improving the control precision. Keyword：Electric stove；SCM；Fuzzy PID.目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 控制器发展现状 (1)1.2.1 PID 控制器的发展现状 (1)1.2.2 模糊 PID 控制 (2)1.2.3 模糊自整定 PID 控制 (2)1.3 电炉采用模糊自整定 PID 控制的可行性 (2)第2章模糊自整定 PID 控制器的设计 (4)2.1 模糊推理机的设计 (4)2.1.1 模糊推理机的结构 (4)2.1.2 模糊推理机的设计 (4)2.1.2.1 精确量的模糊化 (5)2.1.2.2 建立模糊控制规则和模糊关系 (5)2.1.2.3 输出信息的模糊决策 (6)2.2 模糊自整定 PID 控制器 (6)2.2.1 PID 参数对 PID 控制性能的影响 (6)2.2.2 模糊自整定 PID 控制器 (7)2.3 模糊自整定 PID 控制器性能的研究 (8)2.3.1 Matlab 仿真结构图 (8)2.3.2 惯性时间常数的影响 (9)2.4 仿真结果分析 (10)第3章系统硬件和电路设计 (11)3.1引言 (11)3.2 系统的总体结构 (11)3.3 温度检测电路 (12)3.3.1 温度传感器 (12)3.3.2 测量放大器的组成 (12)3.3.3 热电偶冷端温度补偿方法 (13)3.4 多路开关的选择 (13)3.5 A/D转换器的选择及连接 (14)3.6 单片机系统的扩展 (15)3.6.1 系统扩展概述 (15)3.6.2 常用扩展器件简介 (16)3.7 存储器的扩展 (17)3.7.1 程序存储器的扩展 (17)3.7.1.1只读存储器简介 (17)3.7.1.2 EPROM2764简介 (17)3.7.2 数据存储器的扩展 (18)3.7.2.1数据存储器概述 (18)3.7.2.2静态RAM6264简介 (19)3.7.2.3数据存储器扩展举例 (19)3.8 单片机I/O口的扩展（8155扩展芯片） (20)3.8.1 8155的结构和引脚 (20)3.8.2 8155的控制字的及其工作方式 (21)3.8.3 8155与8031的连接 (22)3.9 看门狗、报警、复位和时钟电路的设计 (23)3.9.1看门狗电路的设计 (23)3.9.2报警电路的设计 (23)3.9.3复位电路的设计 (24)3.9.4 时钟电路的设计 (25)3.10 键盘与显示电路的设计 (25)3.10.1 LED数码显示器的接口电路 (25)3.10.2键盘接口电路 (26)3.11 DAC7521数模转换接口 (27)3.12 隔离放大器的设计 (28)3.13 可控硅调功控温 (29)3.13.1过零触发调功器的组成 (29)3.13.2主要电路介绍 (30)3.14 单片机开关稳压电源设计 (31)第4章系统软件设计 (32)4.1 主要程序的框图 (32)4.1.1主程序框图 (32)4.1.2键盘中断服务子程序 (33)4.1.3恒温及升温测控子程序 (34)4.1.4降温测控子程序 (35)4.2 模糊自整定 PID 控制算法 (36)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (42)第1章 绪论1.1 引言电炉是热处理生产中应用最广的加热设备，通过布置在炉内的电热元件将电能转化为热能,借助辐射与对流的传热方式加热工件。

基于C8051F020单片机的机床数控系统的研制【摘要】介绍一种利用C8051F020单片机为控制核心的机床数控系统设计方案。

叙述了机床改造方案及系统的组成原理，并给出了系统的硬件及软件设计框图。

普通机床经数控改造后，其加工精度和生产率有较大的提高，而且成本低。

这是提高机床企业数控化的一条切实可行的途径。

【关键词】C8051F020单片机；普通机床；数控系统The Development of the Machine Tool NC System Based on C8051F020 MCU Han guiming（Institute of Information Technology，Guilin University of electronic technology）Abstract：A plan to design the machine tool NC system with C8051F020 MCU being the control center is introduced.The plan to rebuild the machine tool，the constitution principle of the system and the layout for the hardware and the software of the system are also given in this paper.After the rebuilding of the general-purpose machine tool by using the NC system，its working accuracy and productivity will be greatly enhanced and its cost will be lowered.It is a feasible way for machine tool enterprise to enhance the production of the numerical control machine tool.Key words：C8051F020 MCU；general-purpose machine tool；NC system引言数控机床作为一种高精度的自动化机床，综合应用了电子、计算机、自动控制和机床制造等领域的先进技术，在我国工业生产中起着极其重要的作用，它很好地解决了现代机械制造中加工对象精密、结构复杂、品种多、批量小等问题。

M ac hine BuildingA uto mation,Apr 2011,40(2):149～151作者简介:方赟(1985—　),男,湖南邵阳人,硕士研究生,研究方向为机电系统智能控制。

基于模糊P ID 和单片机的温度控制系统设计方赟,虎恩典,薛永风(宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021)摘　要:温度控制系统直接影响产品的品质,采用模糊控制理论和传统P I D 控制理论相结合的控制方法,设计出单片机硬件控制电路图和功率输出电路图,使系统具有智能化和灵活性,有自动监测、数据实时采集、处理及控制结果显示等功能,所获控制精度高。

关键词:控制系统;模糊P I D ;单片机中图分类号:TH12 文献标志码:B 文章编号:167125276(2011)022*******D esi gn of Tem pera ture Con trol System Ba sed on Fuzzy 2P I D and SCMF ANG Yun,HU En 2dian,XUE Yong 2feng(Mechanics Engineering College,N ingxia University,Yinchuan 750021,China )Abstract:The syste m of contr olling te mperature affects p r oducts πquality directly .This paper uses the contr ol method in which the m isty contr oltheories are combined with the traditi onal P I D theories t ogether,t o design the single chi p m icr ocomputer πs contr ol electric circuit diagra m and the electric circuit diagra m of power out put,s o that the system ismade have the functi ons of aut o 2measurement,real ti m e data gathering and p r ocessing and dis p lay contr ol result .It has high contr ol p recisi on .Key words:contr ol syste m s;fuzzy 2P I D ;SC M0　前言温度控制的好与坏直接关系到整个生产系统的控制效果。

2011届本科生毕业论文（设计）题目：模糊PID的单片机温度控制统的设计作者姓名：学号：系 (院)：机电学院专业：电气工程及其自动化指导教师姓名：指导教师职称：讲师2010年 10月 01日Suzhou UniversityYear 2011 Bachelor Graduation DesignTitle: The Single-chip Fuzzy PID Temperature Control System DesignAuthor: Haitao PuStudent ID: 2007080517Department: Machinery and Electronics Engineering InstituteMajor: Electrical Engineering and Automation Instructor: Shuiying ZhaoProfessional Title: LecturerOctober 1st, 2010模糊控制是一种模仿人的智能的控制方法，它不依赖于对象的数学模型，而是依据人的经验通过对模糊信息的处理做出对复杂对象的控制。

模糊控制是建立在模糊推理基础上的一种非线性控制策略，它通过模糊语言表达了人们的操作经验以及常识推理规则。

采用这种控制策略的控制器就叫模糊控制器，它是一种语言型控制器，在近年来得到很快的发展。

模糊控制器是以模糊集理论为基础发展起来的，它能够方便地将专家的经验与推理输入到计算机中,使计算机在控制时可以像人一样思考并解决问题,从而达到控制被控对象的目的。

实践证明模糊控制器有更快的响应和更小的超调,对过程参数的变化也不敏感,具有很强的鲁棒性,可以克服非线性因素的影响。

模糊控制器的明显的特点总结为以下五点：（1）无需知道被控对象的数学模型；（2）是一种反映人类智慧思维的智能控制；（3）易被人们接受；（4）构造容易；（5）鲁棒性好。

基于模糊控制具有以上如此明显的优点，所以模糊控制非常适用于非线性、数学模型不确定的控制对象，对被控对象的时滞非线性和时变性具有一定的适应能力，同时对噪声也有较强的抑制作用。