PID溫控系統(tǒng)技術(shù)報(bào)告（1）

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)“電氣創(chuàng)新杯”電子制作競賽 -溫度測控系統(tǒng) 技 術(shù) 報(bào) 告參賽隊(duì)員：指導(dǎo)老師：目錄目錄 TOC o 1-3 h z u 第一章、作品完成功能2.1溫度采集模塊2.2信號處理模塊2.3升溫模塊2.4降溫模塊3.1硬件總體設(shè)計(jì)3.2溫度采集3.3人機(jī)交互3.4溫度控制第六章、不足及今后改進(jìn)方向摘要自動(dòng)化控制無論是在日常生活還是在工業(yè)制造中，都發(fā)揮了重要作用。自動(dòng)化控制讓生活更方便精彩，讓工業(yè)制造更易控制管理，我們在一個(gè)充滿自動(dòng)化的時(shí)代。在享受了自動(dòng)化控制帶來的便利的同時(shí)，我

2、們希望能夠盡自己的努力為自動(dòng)化控制做出自己的貢獻(xiàn)，我們希望能夠?yàn)樗藥矸奖?。跟?jù)電氣創(chuàng)新杯提供的平臺及我們所學(xué)的知識我們選擇設(shè)計(jì)一個(gè)溫度測控系統(tǒng)。溫度控制在生活以及工業(yè)制造中都發(fā)揮著必不可少的作用，工業(yè)需要溫度測控系統(tǒng)來監(jiān)控溫度，生活中也離不開溫度測控系統(tǒng)為我們及時(shí)提供溫度信息。雖然只是一個(gè)簡單的溫度控制，卻包含了許多知識的運(yùn)用，在這個(gè)系統(tǒng)中我們能夠了解各個(gè)芯片的使用，學(xué)會(huì)軟硬件結(jié)合，鍛煉我們的綜合能力，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際。我們希望我們的作品實(shí)現(xiàn)溫度測量與顯示，在低于某一設(shè)定溫度時(shí)能夠自動(dòng)加熱，達(dá)到某已設(shè)定溫度自動(dòng)停止加熱，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。因此想通過這個(gè)項(xiàng)目，深刻了解DS18B20芯片、L29

3、8芯片及12864芯片的使用，學(xué)會(huì)運(yùn)用PID調(diào)節(jié)，體會(huì)自動(dòng)控制帶來的便利。我們作品通過溫度采集傳感器18B20，經(jīng)單片機(jī)處理后，控制溫度在某一設(shè)定范圍內(nèi)。第一章、作品完成功能我們設(shè)計(jì)的溫度測控系統(tǒng)是通過溫度采集傳感器18B20，經(jīng)單片機(jī)處理后，控制溫度在某一設(shè)定范圍內(nèi)。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）能夠設(shè)定被加熱的金屬散熱器表面目標(biāo)溫度（環(huán)境溫度向上增 0-100）；（2）控制金屬散熱器表面溫度（控制誤差 1%）；（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度 30 sec；（4）動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前設(shè)定溫度、實(shí)測溫度。（5）建立一個(gè)穩(wěn)定的PID調(diào)節(jié)框架（6）按鍵調(diào)節(jié)溫度設(shè)置第二章、系統(tǒng)方案論證溫度測控系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)模塊來論證：

4、溫度采集、信號處理、升溫、降溫。2.1、溫度采集：本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)8051設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溫度采集模塊，采用一個(gè)單片機(jī)作為核心的最小系統(tǒng)。方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為主控器，對熱敏元件采集到的溫度點(diǎn)信號已經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換過的數(shù)字信號進(jìn)行處理與計(jì)算，然后通過八段數(shù)字碼管顯示出來，因?yàn)镃PLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的核心。而本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。所以，從實(shí)用及經(jīng)濟(jì)的角度上考驗(yàn)，決定放棄此方案。方案二：采用8051單

5、片機(jī)作為主控器進(jìn)行對采集到的信號處理再輸送給八段數(shù)碼管顯示。8051單片機(jī)是一個(gè)低功耗，字長為8位的單片微型計(jì)算機(jī)，由中央處理器、片內(nèi)128B RAM、片內(nèi)4KB POM、兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器、四個(gè)8位的I/O口（P0,P1,P2,P3），一個(gè)全雙工的串行口、五個(gè)中斷源以及時(shí)鐘等組成。它具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好。綜上分析，我們采用方案二。2.2、信號處理模塊方案一、信號處理系統(tǒng)，包括鍵盤、信號處理單元及接收適配器單元。其中鍵盤包括：鍵矩陣；控制部件，它輸出與操作的鍵相應(yīng)的交換數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸部件；及電源。接收適配器單元內(nèi)有數(shù)據(jù)接收部件，可接

6、收經(jīng)電纜傳送來的交換數(shù)據(jù)；儲(chǔ)存部件則存儲(chǔ)被數(shù)據(jù)接收部件的交換數(shù)據(jù)；而傳輸接收控制部件用于將交換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)碼并傳輸給信號處理單元進(jìn)行處理。方案二、信號處理系統(tǒng)包括：鍵盤；信號處理單元；及接收適配器單元，其中，所說的鍵盤和接收適配器單元有選擇地利用電纜互相連接，其中所說的信號處理單元與該接收適配器單元相連，其中所說的鍵盤包括：一個(gè)有許多鍵的鍵操作部件；一個(gè)用于輸出被操作鍵相應(yīng)的交換數(shù)據(jù)的控制部件；一個(gè)可通過電纜輸出交換數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸部件；及一內(nèi)部電源，其中所說的接收適配器單元包括：一數(shù)據(jù)接收部件，可接收由電纜傳輸過來的交換數(shù)據(jù)；一存儲(chǔ)部件，可貯存被數(shù)據(jù)接收部件或光數(shù)據(jù)接收部件所接收的交換數(shù)據(jù)；

7、以及一傳輸接收控制部件，可把從貯存部件讀出的交換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成交換碼，以便把交換碼傳送給信號處理單元及對此信號處理單元提供的信號進(jìn)行處理。我們設(shè)計(jì)的溫度測控系統(tǒng)要求不是很高，選擇方案一。 2.3、升溫模塊方案一、在升溫模塊中水泥電阻作為加熱元件，通過L298芯片控制加熱器，對水泥電阻加熱，并用DS18B20芯片來測量溫度。這種方法簡單易行，容易控制，精確度達(dá)到基本要求、價(jià)格低廉。方案二、升溫模塊采用金屬管狀電熱元件,鍍鋅外罩上有若干個(gè)小孔,加熱時(shí)此加熱器直接將熱量散發(fā)出來,具有散熱面積大、熱負(fù)荷小的特點(diǎn)(此加熱器不受電源電壓的波動(dòng)限制影響)。但是價(jià)格昂貴，需要定期維護(hù)，我們的溫度測控系統(tǒng)中不需要這

8、么高要求。綜上分析，我們選擇方案一。2.4、降溫模塊方案一、在降溫模塊中采用風(fēng)扇來降溫。具有操作簡單，方便易行，成本低，實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)扇的散熱速度能夠滿足我們溫控系統(tǒng)的基本要求。方案二、采用水來降溫。具有穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。但是操作不方便，設(shè)計(jì)要求高，價(jià)格不合理，不易采用。綜上分析，我們采用方案一。三、硬件的結(jié)夠設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)3.1總體硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)部分：（1）溫度測量模塊：溫度測控系統(tǒng)采用DS18B20芯片來測量溫度。（2）鍵盤輸入模塊：采用4*4鍵盤來輸入要控制的溫度。（3）L298驅(qū)動(dòng)模塊： 通過L298芯片控制加熱器，使其加熱。（4）顯示模塊： 采用1602顯示器來顯示設(shè)置的

9、溫度，以及加熱過程中溫度的變化。（5）加熱模塊：采用水泥電阻用來加熱，作為被測系統(tǒng)。總體電路如下：3.2溫度采集采用89C52單片機(jī)作為主控器進(jìn)行對采集到的信號處理再輸送給八段數(shù)碼管顯示。89C52單片機(jī)是一個(gè)低功耗，字長為8位的單片微型計(jì)算機(jī)，由中央處理器、片內(nèi)128B RAM、片內(nèi)4KB POM、兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器、四個(gè)8位的I/O口（P0,P1,P2,P3），一個(gè)全雙工的串行口、五個(gè)中斷源以及時(shí)鐘等組成。它具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好。89C52原理圖如下3.3人機(jī)交互（鍵盤顯示）通過鍵盤顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過鍵盤鍵入需要達(dá)到的溫度

10、，通過單片機(jī)控制水泥電阻加熱。通過顯示器我們可以觀察溫度的變化情況。3.4溫度控制（298電路）通過L298芯片控制加熱器，使其加熱。L298組成驅(qū)動(dòng)電路，用開驅(qū)動(dòng)加熱模塊，使加熱器加熱。原理圖如下：四、軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)總體軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖如下具體程序見附錄五、作品測試數(shù)據(jù)溫度測量誤差范圍： -1度-+1度響應(yīng)時(shí)間： 2到3分鐘六、不足及今后改進(jìn)方向6.1、作品不足之處：（1）響應(yīng)時(shí)間較長，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間難以確定；（2）存在誤差，穩(wěn)定性較長，系統(tǒng)無法自我校正。6.2、改進(jìn)方向：（1）能顯示動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自校正、自調(diào)零；（3）改變被加熱金屬散熱器的熱容量（在原加熱器上再疊加另一塊散熱器），仍然能達(dá)到上述要求。結(jié)論自三月報(bào)名參加“電氣創(chuàng)新”杯電子制作大賽以來，我們小組成員查找資料，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，組裝硬件，編寫程序，分析問題，最后終于完成了最初目標(biāo)，定下了現(xiàn)在這個(gè)方案。在此份技術(shù)報(bào)告中，我們主要介紹了準(zhǔn)備比賽