基于单片机的恒温控制系统

摘要：在工业生产中，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。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，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。采用单片机对温度进行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，从而大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的控制问题。

本设计采用了STC89C52单片机组成温度控制系统，可以实现对蔬菜大棚的温度控制在设定值允许的误差范围内。温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20,对温度进行实时采样。设置的键盘各显示模块可以预设加热的最终保持水温并进行实时显示预设温度和当前温度。 关键字：单片机；恒温控制；A/D 转换；传感器

Abstract: In industrial production, current, voltage, temperature, pressure, flow, flow rate and switching capacity are commonly used parameters of the main accused.Among them, the temperature controlling is more and more important. In many fields of the industrial production, people need the temperature detection and controlling of all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactor and boiler. Using chip microcomputer to control temperature is not only convenient, simple and flexibility advantages of large, but also substantially increase the temperature was charged with the technical indicators,thus greatly improve the quality and quantity of products.Therefore, the single-chip temperature control of industrial production is often encountered in the control problem.

This design uses STC89C52 single-chip microcomputer temperature control system,it can be achieved on the greenhouse temperature control in the setting values of allowable error range.The temperature sensor adopts a digital temperature sensor DS18B20 to do the temperature real time sampling.Set keyboard display module can be preset heating finally keep water temperature and real-time display preset temperature and current temperature.

Key words: chip microcomputer; therm statical control ; AD conversion; sensor

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目录

基于单片机的恒温控制系统 ................................................................................. 错误！未定义书签。 摘要 .......................................................................................................................................................... 1 Abstract .................................................................................................................................................. 1 1. 绪论...................................................................................................................................................... 3

1.1 引言 ............................................................................................................................................ 3

1.2.1 温度控制方法发展现状 ................................................................................................. 3 1.2.2 温度测量方法发展现状 ................................................................................................. 4 1.3 单片机实现温控系统的现状 .................................................................................................... 6 2.系统模块............................................................................................................................................... 7

2.1系统的硬件设计 ......................................................................................................................... 7

2.1.1控制模块： ...................................................................................................................... 7 2.1.2 DS18B20数字温度传感器 ............................................................................................. 8 2.1.3 ADC转换器ADC0832 ................................................................................................. 12 2.1.4 LED显示结构 ............................................................................................................ 12 2.1.5 键盘接口原理 ............................................................................................................... 13 2.2系统功能实现的设计 ............................................................................................................... 14

2.2.1 温度采集 ....................................................................................................................... 14 2.2.2 显示模块： ................................................................................................................... 14 2.3 硬件连接 .................................................................................................................................. 15 3 . 系统软件设计的相关技术 ............................................................................................................... 16

3.1 程序的模块化设计 .................................................................................................................. 17 3.2 系统软件原理设计 .................................................................................................................. 18

3.2.1 按键功能定义 ............................................................................................................... 18 3.2.2 温度传感器实时数据采集 ........................................................................................... 19 3.2.3 调功输出控制 ............................................................................................................... 19 3.3 程序运行结果 .......................................................................................................................... 19 4 总结与展望 ....................................................................................................................................... 21 5.参考文献.............................................................................................................................................. 23 6. 致 谢.................................................................................................................................................. 24 附录 ........................................................................................................................................................ 25

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1. 绪论

1.1 引言

温度是工业生产中常见的工艺参数之一, 任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关, 因此温度控制是生产自动化的重要任务。 对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制, 所采用的加热方式, 控制方式都不同。 随着单片机的飞速发展, 通过单片机对被控对象进行控制日益广泛, 具有体积小、功能强、性价比高等特点, 把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作用, 电热恒温烘箱是使用单片机进行温度控制的典型应用, 采用单片机做主控单元, 无触点控制, 可完成对温度的采集和控制等的要求[1]。

我国北方冬季寒冷而漫长,大力推广蔬菜大棚种植蔬菜能够更好地满足人民生活水平日益提高的需要。冬季蔬菜大棚管理最重要的一个因素就是温度的控制。温度管理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4 个时段来进行温度调节。午前以促进光合作用、增加同化量为主,一般应将棚温保持在25～30℃为宜;午后光合作用呈下降趋势,应将温度比午前降低5℃左右,以20 ～25℃为好,避免高温下养分消耗过多。日落后4～5h内,要将棚内温度从20℃逐渐降到15℃上下,以促进体内同化物的运转。此后,再将夜温降到10～12℃,以抑制呼吸、减少消耗、增加积累。但不可把温度降得过低,以免发生低温危害。另外,阴雨天光照不足,光合作用不能正常进行棚内温度也应比晴天低5℃左右,以降低呼吸消耗。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。因此，单片机广泛用于现代工业控制中。控制具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，因此如果能利用单片机进行温度的测量和控制，将会大大提高温度测量和控制的可靠性和灵活性。

1.2 温度控制系统的发展及现状

温度控制广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等。常用的控制方法、电路以及所使用的测量方式根据应用场合和所要求的性能指标有所不同。

1.2.1 温度控制方法发展现状

最近十年来，在温度控制方法上有了快速的发展。己从传统的直接控制转变成PID控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等控制方法。

1．PID控制即比例、积分、微分控制。这种控制由于其结构简单、实用、价格低，在广泛的过程领域内可以实现满意的控制，所以应用极其广泛。该方法通过温

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控系统将热电偶实时采集的温度值与设定值比较，差值作为PID功能块的输入。PID控制算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，使控制过程连续。

2．人工神经网络是当前主要的、也是重要的一种人工智能技术，是一种采用数理模型的方法模拟生物神经细胞结构及对信息的记忆和处理而构成的信息处理方法。它用大量简单的处理单元广泛连接形成各种复杂网络，拓扑结构算法各异，其中误差反向传播算法(即BP算法)应用最为广泛。

3．模糊控制是基于模糊逻辑的描述一个过程的控制算法，主要嵌入操作人员的经验和直觉知识。它适用于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。

4．模糊模型使用模糊语言和规则描述一个系统的动态特性及性能指标。其特点是不须知道被控对象的精确模型，易于控制不确定对象和非线性对象，对被控对象参数变化有强鲁棒性，对控制系统干扰有较强抑制能力。然而，模糊控制的局限性在于对控制系统设计分析和标准缺乏系统的方法步骤，规则库缺乏完整性，没有明确的控制结构。PID控制器结构简单，明确，能满足大量工业过程的控制要求，特别是其强鲁棒性能较好适应过程工况的大范围变动。但PID本质是线性控制，而模糊控制具有智能性，属于非线性领域，因此，将模糊控制与PID结合将具备两者的优点。即用过程的运行状态(温度偏差及温度变化率)确定PID控制器参数，用PID控制率确定控制作用。主要的问题是合理地获得PID参数的模糊校正规则。其实质是一种以模糊规则调节PID参数的自适应控制，即在一般PID控制系统基础上，加上一个模糊控制规则环节。

5．遗传算法 (Genetic Algoriths.简称GA)是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的全局优化搜索算法。它将生物进化过程中适者生存规则与群体内部染色体的随机信息交换机制相结合，通过正确的编码机制和适应度函数的选择来操作称为染色体的二进制串1或0。引入了如繁殖交叉和变异等方法在所求解的问题空间上进行全局的并行的随机的搜索优化，朝全局最优方向收敛。基于遗传算法温控系统的设计就是传感器得到的温度信号放大，数字化送入单片机，单片机将其与给定温度进行比较，用遗传算法来优化3个PID参数，然后将控制量输出[2]。 1.2.2 温度测量方法发展现状

温度测量是工业、农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目。它在工农业生产、现代科学研究及高新技术开发过程中也是一个极其普遍而重要的测量参数。在生产和科学研究中，为了便于测量结果准确一致，需要给物体冷热程误差较大，其

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