温度测量控制系统课程设计(张仁红)

任务书

一．课程设计内容

设计题目：温度测量控制系统

设计内容：

1．设计一个独立的两路温度测量控制系统。

2．温度控制在38℃--40℃之间,测温精度±0。1℃。

3．要求显示测量的温度信号。

二．课程设计应完成的工作

1．设计文本不少于5000字；

2．图纸：A3电路原理图一张。

3．文本格式：

（1）封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）引言（绪论或前言）；

（6）设计正文（选题背景、方案论证、设计过程，结果分析与仿真、总结）；（7）参考文献。

三．课程设计进程安排

四、设计资料及参考文献

[1]孙梅生电子技术基础课程设计[M].高等教育出版社.1990年

[2]江晓安模拟电子技术[M].西安:电子科技大学出版社.2007年

[3]江晓安数字电子技术[M].西安:电子科技大学出版社.2008年

[4]王毓银数字电路逻辑设计[M].北京:高等教育出版社1999年

[5]李建忠单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社 2005

摘要

本文采用了AD590作为温度传感器把热信号转变成电信号，电信号再经过放大，经过模数转换再输入到CPU。控制器采用PID控制算法，温度控制的原理是通过调整晶闸管的导通时间来调节加热主回路的有效电压,从而达到温度控制的目的。系统由AT89C51单片微机、温度传感器、A/D转换器、键盘及显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象电阻炉构成一个闭环控制系统。系统控制程序采用模块化设计结构，主要包括主程序、中断服务子程序、控制算法子程序等。系统采用过零触发等技术，省去了传统的D/A转换元件，简化了电路，并且提高了系统的可靠性。

关键字：AT80C51、AD590、A/D0809、光耦合器件

任务书 (1)

摘要 (2)

目录 (3)

引言 (4)

一方案论证与比较 (5)

1.0 采用DSP控制的温度控制系统 (5)

1.1采用单片控制的温度控制系统 (5)

1.2 方案比较 (6)

1.3 方案总结 (7)

二硬件电路 (8)

2.0 温度传感器 (8)

2.1 模数转换器ADC0809 (9)

2.2 单片机控制核心部分 (10)

2.3 输出显示 (11)

2.4 加热电路 (12)

2.5 降温电路 (13)

三软件编程 (14)

致谢 (18)

参考文献 (19)

附录 (20)

电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了根本的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，根式将人类社会带入了一个新的时代。利用微机的强大功能。人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就是运用而生的内嵌微型计算机。它将微机的cpu，存储器，I/O接口、定时器/计数器等集成在一块芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，只能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。

现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求及其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化时人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产、生活。多点温度控制采用常用的AT89C51单片机进行设计，温度采集使用具有非常高的线性输出性能的DA590温度传感器，根据精度要求利用8为分辨率的ADC0809模数转换器。利用译码芯片MC14495外接LED显示器对温度信号进行显示输出。

一、方案论证比较

1.0、采用DSP控制的温度控制系统

方案设计流程图：

本温控系统是将温度传感器DS18B20检测到的温度值与给定温度值进行比较，得出差值，然后通过模糊PID算法计算出控制量。该控制量控制DSP中PWM的输出，PWM的输出通过光电耦合器送至驱动电路控制热电模块的功率。在温控中采用两路PWM，经功率放大后分别控制制冷单元和加热单元。同时PC机上设计了用户操作界面，利用DSP的串行口与PC机进行串行通信，可以实现系统工作参数的设定和控制曲线的显示等任务。

1.1、采用单片控制的温度控制系统

方案流程图：

本文采用了AD590作为温度传感器把热信号转变成电信号，电信号再经过放大，经过模数转换再输入到CPU。由AT89C51单片微机、温度传感器、A/D转换器、键盘及显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象电阻炉构成一个闭环控制系统。系统控制程序采用模块化设计结构，主要包括主程序、中断服务子程序、控制算法子程序等。系统采用过零触发等技术，省去了传统的D/A 转换元件，简化了电路，并且提高了系统的可靠性。

1.2、方案比较

目前看来，单片机比DSP应用范围更广，但是DSP比单片机功能更强大。单片机一般用于要求低的场合，如4/8位的单片机。DSP适合于要求较高的场合，DSP主要面向数字信号处理设计，而单片机主要面向系统控制应用设计。DSP是单片机的一个分支。它有专门的FFT算法需要的特殊指令，流水线指令处理。能以较高的速度进行运算。与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便，开发工具可实现全空间透明仿真，不占用用户任何资源。软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器。下面是单片机与DSP的比较图。