基于單片機(jī)及PC機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計
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目前，水溫控制被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、家電等很多領(lǐng)域，水溫控制的好壞直接影響著產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，水溫控制具有十分重要的意義。本設(shè)計的任務(wù)與要求為1 L水由1 kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。主要性能指標(biāo)：溫度設(shè)定范圍為25．0～100℃，最小區(qū)分度為0．1℃，溫度控制的靜態(tài)誤差小于或等于0．1℃，用SMC1602A液晶顯示模塊顯示實際水溫和PID控制算法中的三個主要參數(shù)Kc、Ti、Td的賦值，用串口調(diào)試精靈將PID控制器的輸出和溫度采樣值顯示在PC機(jī)上。
1 系統(tǒng)方案
本設(shè)計以STC89C52單片機(jī)為核心，采用了溫度傳感器DS18B20、RS232標(biāo)準(zhǔn)接口及PID控制算法對溫度進(jìn)行控制。
該水溫控制系統(tǒng)是一個典型的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測、信號處理、輸入、運算，到輸出控制電爐加熱功率以實現(xiàn)水溫控制的全過程。本設(shè)計實現(xiàn)了水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及PC機(jī)與單片機(jī)通信接口，系統(tǒng)由PC機(jī)與單片機(jī)通信模塊、溫度檢測及其顯示模塊、PID控制算法等模塊組成，其特點在于采用PC機(jī)與單片機(jī)通信，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 硬件電路設(shè)計
本電路總體設(shè)計包括四部分：主機(jī)控制部分(STC89C52)、溫度采樣與顯示電路、溫度控制電路、PC機(jī)與單片機(jī)通信電路。
2．1 主機(jī)控制部分
主機(jī)控制部分是電路的核心，系統(tǒng)的控制采用單片機(jī)89C52。單片機(jī)89C52內(nèi)部有8 KB單元的程序存儲器以及512 B的數(shù)據(jù)存儲器，因此，系統(tǒng)不必擴(kuò)展外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，這樣就可以大大減少系統(tǒng)硬件部分的復(fù)雜度。
2．2 溫度采樣與顯示電路
系統(tǒng)的信號采集與顯示電路主要由溫度傳感器DS18B20和SMC1602A液晶顯示模塊兩部分組成。
DS18B20采用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時，僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。測溫范圍為-55～+125℃，固有測溫分辨率為0．5℃，工作電源為3～5 V／DC，在使用中不需要任何外圍元件，測量結(jié)果以9～12 b數(shù)字量方式串行傳送，適用于DN15～25、DN40～DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空問設(shè)備的測溫。
SMC1602液晶顯示器以其微功耗、小體積、使用靈活等諸多優(yōu)點在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器通?？煞譃閮纱箢悾活愂屈c陣型，另一類是字符型。點陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形；而一般的字符型液晶只有兩行，面積小，只能顯示字符和一些很簡單的圖形，簡單、易控制且成本低。目前，市面上的字符型液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，所以控制原理是完全相同的，為HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14條引腳線(市面上也有很多16條引腳線的LCD，多出來的2條線是電源線VCC(15腳)和地線GND。
2．3 溫度控制電路
此部分電路主要由光電耦合器、三極管和繼電器組成。光電耦合器的耐壓值為400 V，它的輸出級經(jīng)三極管將功率放大后控制繼電器常開觸點的通斷，從而最終達(dá)到控制電爐子的目的，100 Ω電阻與0．01 μF電容組成雙向可控硅保護(hù)電路。
2．4 PC機(jī)與單片機(jī)通信電路
為了使系統(tǒng)具有更好的人機(jī)交換界面，在系統(tǒng)設(shè)計中我們通過Visual Basic語言設(shè)計了微機(jī)控制界面。系統(tǒng)與微機(jī)的通信大大提高了系統(tǒng)的各方面陛能。
由于單片機(jī)89C52串行口為TTL電平，而PC機(jī)為RS232電平，因此，系統(tǒng)采用了MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
因為系統(tǒng)設(shè)計了通信功能，即主系統(tǒng)(89C52)和PC機(jī)的通信，所以在觀察PID控制器的輸出時更加明顯，很大程度上降低了參數(shù)整定的難度。另外，通過可視化窗口能夠看到系統(tǒng)的采樣值。
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