目 录
摘 要 ................................................................................................................................................ I Abstract ............................................................................................................................................ II 1绪论 ................................................................................................................................................ 1
1.1设计目的及意义................................................................................................................. 1 1.2研究内容 ............................................................................................................................ 2 1.3设计方案 ............................................................................................................................ 2 1.4方案论证 ............................................................................................................................ 3 2硬件电路 ........................................................................................................................................ 5
2.1单片机及最小系统............................................................................................................. 5 2.2显示电路设计 .................................................................................................................... 6 2.3键盘检测电路 .................................................................................................................... 8 2.4温度检测电路 .................................................................................................................... 9 2.5输出电路 .......................................................................................................................... 15 2.6串行通信电路 .................................................................................................................. 17 2.7 总电路图 .......................................................................................................................... 19 3程序设计 ...................................................................................................................................... 20
3.1总程序 .............................................................................................................................. 20 3.2 温度设定和显示程序 ...................................................................................................... 21 3.3温度获取程序 .................................................................................................................. 23 3.4基于PID的温控程序设计 .............................................................................................. 26 3.5串行通信 .......................................................................................................................... 30 4系统调试及仿真 .......................................................................................................................... 32
4.1仿真环境 .......................................................................................................................... 32 4.2系统电路仿真 .................................................................................................................. 33 4.3 Simulink仿真 .................................................................................................................. 37 5.总结与展望 .................................................................................................................................. 43
5.1主要工作内容 ................................................................................................................... 43 5.2工作小结 .......................................................................................................................... 43 5.3 待解决的问题及未来研究方向 ..................................................................................... 44 致 谢 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。
摘 要
温度控制是工业生产和日常生活中的一个很重要的环节，能够实现自动检测和控制是智能化温度控制系统的基本要求。但是，温度本身的惯性特性导致被控制对象的滞后性大，这是我们的在控制过程中面的难题。传统的温度控制系统已经不能满足我们的需求，所以我们必须要找出解决的方案。
本文设计选取恒温箱为研究对象，并运用数字传感技术 单片机技术和PID控制算法结合起来，来实现对温度的高精度的控制,本系统以C51单片机为核心，采用DS18B20数字温度传感器采集环境温度，将采集的温度数据显示在数码管上，采集到环境温度的同时使用单片机内部的PID算法程序对加热电路实施控制，这是因为PID控制应用广泛，功能易实现,能够根据温度误差的反馈来调整系统的输出。并且在Protues和matlab对硬件电路和PID控制进行了仿真。
这次设计的恒温控制系统具有操作简单、适用范围广、成本小的特点，能够根据需要实现度的温度对环境进行自动调节与控制。所以这设计在实现温度的智能控制方面具有非常重要现实意义。
关键词: 51单片机，温度控制 PID控制
I
Abstract
Temperature control is a very important aspect in industrial production and daily life and that achieving automatically detect and control is the basic requirement for intelligent temperature control system. However, the temperature itself is controlled inertial characteristics lead lag large objects, this is what we faces in the control process problems. The traditional temperature control system can not meet our needs, so we have to find solutions.
In this design incubator is the selected object for the study, and we combined digital technology , sensor technology of SCM and PID controlling algorithm to achieve high-precision control of temperature, the system C51 microcontroller as the core, Then the system use the digital temperature sensor DS18B20 to achieve the acquisition the temperature of environment , the collected temperature data displayed on the digitron, collecting the ambient temperature while using a PID algorithm microcontroller circuit embodiment of the heating control, which is widely used because the PID control, the function is easy to realize, according to the temperature error feedback adjusting the system output. And in the Protues and matlab hardware circuit and PID control simulation.
The design of the temperature control system is simple, wide application, the cost of small features, according to the degree necessary to achieve the environmental temperature automatically adjust and control. So this design in the realization of intelligent temperature control has a very important practical significance.
Keywords: 51 MCU, temperature control, PID control
II
1绪论
1.1设计目的及意义
在工业生产及我们平常的生活中对于温度高度自动化控制的需求越来越大。许多传统的制造、农业生产以及当前的一些生活中对温度需求的场合都要求实现温度数据的测量与控制。随着工业技术的高速发展，有更多的工作生产环节和日常生活场合对温度控制的精确度，稳定性以及可靠性等提出了了更高的需求。传统的温度控制器控制精度和可靠性已经不能满足对温度要求更为精确的现代化社会。
温度的控制控制中，温度被控对象特性（惯性、滞后、非线性……）影响着温度控制系统的效果，使得控制性能难以提高，尤其在工业和农业生产过程其温度控制的好坏直接关系到产品的质量的好坏，在此情况下设计出一种能达到符合理想结果的温度控制系统是非常有重要性的。
我们这次的温度控制系统的设计正是基于此情况而设计，针对一些对温度精度需求较高的场合，为达到对其温度的良好控制，从实用的角度以C51为核心设计一套温度智能控制系统。本系统将以C51单片机为核心部件，构建一个集温度的采集、处理、显示、控制为一体化的闭环控制系统。利用单片机的外围扩展电路采集环境温度值，以数字量的形式存储和显示，它既能单独作为一种控制设备对温室温度进行高精度的控制，对控制对象发出各种控制命令，并能实时的显示当前温度值，自由设定目标控制的温度值。同时，也可以作为数据采集装置，为上位机进行记录和运算提供数据来源。
该智能温度控制系统功耗低较，系统简单运行结果可靠并且经济实用。能利用最少的资源对环境温度进行高精度的测量，性能可靠、操作简便，它能自动减小误差。这种算法通过软件编程来完成，同时可以的获的准确可靠的结果，在实际的使用中能达到理想的效果。
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1.2研究内容
本论文叙述了基于51单片机的智能温度控制系统的设计过程，当中运用数字传感技术、基于单片机的自动控制。我们以C51为cpu，设计出了一套能实现封闭环境内的温度实时检测与控制的恒温控制系统。该系统运用数字温度传感器获取环境温度，并通过程序设计来设定温度与设定的值有偏差时采取必要措施控制输出设备（加热器或冷凝器）调节环境温度，使环境内的温度维持在预设的温度的偏差内，其中要能满足生产或者日用需求，该系统在硬件设计上主要是通过传感器对温度进行检测。单片机接收信息后进行运算处理，通过与预设值的比较输出高低电平来控制加热电路的工作与停止。
温度采集电路核心部件是DS18B20温度传感器。它是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
其硬件设计中最为核心的器件是单片机C51，它通过外部键盘实现对所需温度参数大小设定的输入，另一方面，将DS18B20采集到的数字温度数据经单片机程序的运算得到相应的温度值，送到LED显示器，以数字直观形式显示测量的温度，并且单片机通过I/O口对加热电路发出控制指令。
整个系统的软件编程就是通过C语言对单片机C51实现其控制功能
1.3设计方案
本次设计的对象为一个小型的恒温箱温度控制系统结构， 温度显示误差不超过0.5℃ 在能够自由设定温度参数 温度显示范围为0-99℃
程序部分用PID算法实现温度的自动控制 系统的温度抖动尽可能小
为了满足设计的需求，本次设计方案使用了C51单片机作为控制处理器,数字温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用多个温度传感器对各点温度进行
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