当前位置：文档之家 › 温度测量系统设计~~毕业设计论文

温度测量系统设计~~毕业设计论文

  • 格式：doc
  • 大小：189.00 KB
  • 文档页数：23

电子信息工程《电子专业基础课程设计》研究报告 温度测量系统设计

学生：XXX 学生学号：XXXXXXXXXX 指导教师：XXX 所在学院：信息技术学院 专业班级：电子一班

中国· 2011 年 11 月 信息技术学院 课 程 设 计 任 务 书

信息技术 院 电子信息工程 专业 08 级，学号 XXXXXXXXX XXX 一、课程设计课题： 温度测量系统设计 二、课程设计工作日自 2011 年 10 月 31 日至 2011 年 11 月 18 日 三、课程设计进行地点： 信息技术学院205 四、课程设计任务要求： (详细容见课程设计文档) 1.课题来源: 老师派发题目

2.目的意义: 随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都存在精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。

3.基本要求: 1） 采用单片机80C51.要求温度围0℃~100℃之间 。 2） 温度传感器选用模拟的数字的都可以。 3） 在LED中显示温度。 4） 精度达到±1%。 5） 分辨率≤0.1℃ 6） 根据精度自选A/D转换芯片。 7） 直流稳压电源自行设计。 8） 辅助电路及元器件自选。 课程设计评审表 指导教师评语：

成绩： 签字： 日期： 目录

1 设计任务要求………………………………………………….……...1 2 方案比较……………………………………………………….……...1 3单元电路设计………………………………………………….……….2 4软件的编程……………………………….…………………………...10

总结与体会……………………………………………………………..11

致………………………………………………………….………….12 参考文献………………………………………………….…………….13 附录……………………………………………………………………..14 1、设计任务要求 1） 采用单片机80C51.要求温度围0℃~100℃之间。 2） 温度传感器选用模拟的数字的都可以。 3） 在LED中显示温度。 4） 精度达到±1%。 5） 分辨率≤0.1℃ 6） 根据精度自选A/D转换芯片。 7） 直流稳压电源自行设计。 8） 辅助电路及元器件自选。

2、方案比较 方案一、采用模拟分立元件，如电容、电感或晶体管等非线形元件，实现多点温度的测量及显示，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大。采用模拟的温度传感器实现温度的测量 方案二、本方案采用AT89S51单片机为核心，通过温度传感器AD590采集温度信号，经信号放大器放大后，送到A/D转换芯片，最终经单片机检测处理温度信号。

图1 方案二的框图 方案三、本方案由AT89S51单片机为核心，温度传感器采用的是DS18B20数字温度传感器实现温度的测量并且由LED显示温度值。

图2 方案三框图 方案的比较：DS18B20将温度信号直接转换为数字信号，实现了与单片机的直接接口，从而省去了信号调理电路。该元件的最大分辨率为0.0625℃能达到设计要求。该仪器电路简单、功能可靠、测量效率高，很好地弥补了传统温度测量方法的不足。相对与方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升。相对与方案2，硬件电路简单，易于操作，具有更高的性价比，更大的市场。所以我采用方案3完成本设计。

3、单元电路设计

3.1 控制电路 3.1.1 单片机电路及原理 At89S51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机；片含有4k字节的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM）；器件采用AMTEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统；片置通用2位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。功能特性概述 AT89S51提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器、128字节部RAM、32个I/O口线、两个16位定时/计数器、1个5向量两级中断结构、一个全双工串行通信口、片振荡器及时钟电路，同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作并支持两种软件可选的节电工作模式；空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作；掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作一直到下个硬件复位[2]。 引脚功能说明 Vcc：电源电压 GND：地 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口；作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或者程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用；在访问期间激活部上拉电阻。 在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时要求外接上拉电阻 P1口：P1是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口；P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口；作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。 Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址 P2口：P2口是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口；P2的输出缓冲级可驱动个（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口；作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据；在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI）时，P2口线上的容（即特殊功能寄存器(SFR)区中的R2寄存器的容），在整个访问期间不改变； Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。 P3口：P3口是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口；P2的输出缓冲级可驱动个（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路，对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口；作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低会输出一个电流。 P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能；如下表2-1所示：

表2-1

端口引脚 第二功能

P3.0 RXD (串行输入口) P3.1 TXD (串行输出口) P3.2 0INT

(外中断0)

P3.3 1INT

(外中断1)

P3.4 T0 (定时/计数器0) P3.5 T1 (定时/计数器1) P3.6 WR

(外部数据存储器写选通)

P3.7 RD

(外部数据存储器读选通)

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入；当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节；即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的；要注意的是,每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作，该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活，此外该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应该置ALE无效。 EA/VPP：外部访问允许；欲使CPU仅访问外部程学存储器（地址为0000H FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需要注意的是，如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端的状态[3]。 如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器中的指令。 Flash存储编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTML1：振荡器反相放大器的及部时钟发生器的输入端。 XTML2: 振荡器反相放大器的输出端。

图3 单片机的工作电路图 3.1.2 复位电路 复位电路的用途：单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮部的程序自动从头开始执行。 复位电路的工作原理：51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2us就可以实现在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。电路图如下：

图4 复位电路

3.1.3 晶振电路 晶体振荡器，简称晶振。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再

合集下载

基于plc的智能温控系统毕业设计

基于plc的智能温控系统毕业设计

基于plc的智能温控系统毕业设计基于 PLC 的智能温控系统毕业设计一、引言温度控制在工业生产、农业养殖、日常生活等众多领域都具有至关重要的作用。

传统的温控系统往往存在精度不高、响应速度慢、稳定性差等问题，难以满足现代生产和生活的需求。

随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的不断发展，基于 PLC 的智能温控系统应运而生，其凭借着高精度、快速响应、稳定性好等优点，在各个领域得到了广泛的应用。

二、系统总体设计（一）系统需求分析在设计智能温控系统之前，首先需要对系统的需求进行详细的分析。

系统需要能够实时监测温度，并根据设定的温度值进行自动控制，同时还需要具备报警功能，当温度超出设定范围时能够及时发出警报。

此外，系统还需要具备良好的人机交互界面，方便操作人员进行参数设置和监控。

（二）系统总体结构基于 PLC 的智能温控系统主要由温度传感器、PLC 控制器、执行机构、人机交互界面等部分组成。

温度传感器用于实时采集温度信号，并将其转换为电信号传输给 PLC 控制器。

PLC 控制器对采集到的温度信号进行处理和分析，并根据设定的控制算法输出控制信号，控制执行机构（如加热器、冷却器等）的工作状态，从而实现对温度的精确控制。

人机交互界面则用于操作人员进行参数设置、监控温度变化等操作。

三、硬件设计（一）温度传感器选型温度传感器的选型直接影响到系统的测量精度和响应速度。

在本系统中，选用了高精度、响应速度快的热电偶温度传感器。

热电偶温度传感器具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，能够满足系统的需求。

（二）PLC 控制器选型PLC 控制器是整个系统的核心，其性能直接影响到系统的稳定性和可靠性。

在本系统中，选用了西门子 S7-200 系列 PLC 控制器。

该系列PLC 控制器具有功能强大、可靠性高、编程简单等优点，能够满足系统的控制需求。

（三）执行机构选型执行机构的选型需要根据系统的控制要求和实际工作环境来确定。

在本系统中，选用了电加热器和风扇作为执行机构。

本科毕业论文PID温控系统的设计及仿真

本科毕业论文PID温控系统的设计及仿真

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科生毕业论文题目PID温控系统的设计及仿真学生指导教师学院信息科学与工程学院专业班级完成时间年月摘要温度是工业控制的主要被控参数之一。

可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。

要对温度进行控制，有很多方案可选。

PID 控制简单且容易实现，在大多数情况下能满足性能要求。

模糊控制的鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势。

研究分析了PID 控制和模糊控制的优缺点，把两者相互结合，采用了用模糊规则整定P K 、I K 两个参数的模糊自整定PID 控制方法。

本研究以电烤箱为控制对象，用MATLAB 软件对PID 控制、模糊控制和参数模糊自整定PID 控制的控制性能分别进行了仿真研究。

仿真结果表明PID 对于对象模型复杂和模型难以确定的控制系统具有很大的局限性，不能满足调节时间短、超调小的技术要求。

由于模糊控制的理论（如量化因子和比例因子的确定问题）并不完善，其可能获得的控制性能无法把握，而且模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。

参数模糊自整定PID 控制吸收前两种方法的长处，满足了调节时间短、超调量为零且稳态误差较小的控制要求。

因此本论文最终确定采用参数模糊自整定PID 控制方案。

本系统硬件采用了以 AT89C52 单片机为核心的温度控制器，选用 k 型热电偶为温度传感器结合MAX6675芯片构成前向通道，同时双向晶闸管和SSR 构成后向通道，由按键、LED 数码显示器及报警单元等组成人机联系电路。

关键词：单片机，PID ，模糊控制，仿真ABSTRACTTemperature is one of the main parameters in the industrial process control.Yetthere are difficultiesto have a good control oftemperature becauseof the characteristics of the temperature itself:the temperature inertia is great, its time-lag is serious and it is hardto establish an accurate mathematical model.There are many methods to be selected in order to control a system. The PID controlis simple,easily realized andin most casesit meetsthe control demand. Fuzzy control has the advantage of quickness,itsrobustness is good and there is no needto know theobject ’smathematical model.This paper analyses the advantages and disadvantages of both PID control and fuzzycontrol and es to the method of bining them together,fuzzy self-tuningPID control. In this method,P K and I K of the PID controller are adjusted by fuzzy control rules ．In the paper simulations of PID control, fuzzy control and fuzzyself-tuning PID control are done by MATLAB to control a electric oven.Conclusions are that for those control objects of which models are plicated or hard to establish,the PID method has limitation and doesn ’t meet the control demand. As the fuzzy control method theory is not perfect, a good control performance cannot be expected. And it could easily cause the steady-state error for it is restricted by limited grades of the fuzzy rules.Finally the fuzzy self-tuning PID control method is selected, since it meets the control demands.In this paper AT89C52 is used as controller, toward access is posed of K which is used as the temperature sensor and MAX6675.Backward access is posed of bidirectional thyristor and SSR. Man-machine circuit is posed of keyboard, LED and warning unit, etc.Key words ：Micro Controller, PID Control, Fuzzy Control, Simulation目 录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1 课题的提出及意义11.2 控制系统背景介绍11.3 当代温控系统及智能算法2第二章温控系统的设计52.1 温控系统的总体设计52.1.1 温控系统设计的基本原则52.1.2 温控系统的结构及设计62.2 温控系统的硬件设计72.2.1 前向通道设计72.2.2 后向通道设计102.2.3 人机通道设计11小结15第三章系统控制方案163.1 PID 控制163.1.1 PID的概述163.1.2 PID 控制的基本理论及特点163.2 模糊控制183.2.1 模糊控制的概述183.2.2 模糊控制的基本原理及特点183.3 模糊PID 控制19小结21第四章仿真研究224.1 MATLAB及其模糊逻辑工具箱和仿真环境simulink224.2 仿真和优选234.2.1 控制对象模型234.2.2 仿真和方案选择25小结32第五章总结与展望335.1 主要工作容335.2 工作小结335.3 存在的问题及未来的方向34结束语35参考文献36第一章绪论1.1 课题的提出及意义温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。

温度控制系统设计毕业设计论文

温度控制系统设计毕业设计论文

目录第一章设计背景及设计意义 (2)第二章系统方案设计 (3)第三章硬件 (5)3.1 温度检测和变送器 (5)3.2 温度控制电路 (6)3.3 A/D转换电路 (7)3.4 报警电路 (8)3.5 看门狗电路 (8)3.6 显示电路 (10)3.7 电源电路 (12)第四章软件设计 (14)4.1软件实现方法 (14)4.2总体程序流程图 (15)4.3程序清单 (19)第五章设计感想 (29)第六章参考文献 (30)第七章附录 (31)7.1硬件清单 (31)7.2硬件布线图 (31)第一章设计背景及研究意义机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。

现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。

随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。

自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。

随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都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。

对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。

采用MCS-51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。

基于单片机的数字温度计的设计与实现毕业设计论文

基于单片机的数字温度计的设计与实现毕业设计论文

基于单片机的数字温度计的设计与实现摘要采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。

传统的测温元件有热电偶和二电阻。

而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。

我们用一种相对比较简单的方式来测量。

温度范围为-55~125 ºC,最高分辨率可达0.0625 ºC。

DS18B20可以直接读出温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围0℃-～+100℃，使用七级数码管LED模块显示，能设置温度报警上下限。

正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89C51单片机功能和应用，该电路设计新颖、功能强大、结构简单。

关键词：温度测量;DS18B20 ; AT89C51Design of Digital Thermomer Based on SCMABSTRACTControlled by single-chip microcomputer to control not only to them, advantages of simplicity and flexibility, and can significantly increase the temperature specifications, which can significantly increase the quality and quantity of the products. In the process of production, in order to efficiently produce, it must be the main parameters, such as temperature, pressure, flow, and other effective control. Traditional temperature measuring component thermocouple and resistance. Are generally voltage of thermocouple and thermal resistance measured, then converted to the corresponding temperature, these methods are relatively complex and requires more external hardware support. We are in a relatively simple way to measure.-55~125 ºc temperature range, maximum resolution up to 0.0625 ºc. DS18B20 can read temperature value, and wire connected to the microcontroller, reduced external hardware circuits, low cost and ease of use features.The introduction of a cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope 0℃-～+100℃,can set the warning limitation, the use of Seven digital tube seven segments LED that can be display the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C51 .This circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong.Keywords：Temperature measurement ；DS18B20 ；AT89C51目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.1.1 国内外现状 (1)1.1.2 课题背景及研究意义 (2)1.2 设计内容及性能指标 (2)1.3 系统概述 (3)1.3.1 系统方案论证与比较 (3)1.3.2 系统设计原理与组成 (5)第二章开发工具Proteus与Keil (6)2.1 Proteus软件 (6)2.1.1 Proteus简介 (6)2.1.2 4大功能模块 (6)2.1.3 Proteus简单应用 (8)2.2 Keil软件 (8)2.2.1 Keil软件简介 (8)2.2.2 Keil软件调试功能 (9)第三章系统硬件设计 (10)3.1 单片机的选择 (10)3.1.1 AT89C51单片机的介绍 (10)3.1.2 AT89C51单片机主要特性 (11)3.2 温度传感器的选择 (13)3.3 硬件电路设计 (17)第四章系统软件设计 (20)4.1 各模块的程序设计 (20)4.2 Protues测温仿真 (25)4.3 系统调试 (28)4.4 结果分析 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录1 全部程序清单 (34)附录2 系统总体设计图 (41)第一章绪论1.1引言1.1.1 国内外现状温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。