温度控制器实验总结报告

温度控制器实验总结报告

一、功能及性能指标

根据设计任务基本要求，本系统应具有以下几种基本功能。（1）可以进行温度设定，并自动调节水温到给定温度值。（2）可以调整PID控制参数，满足不同控制对象与控制品质要求。

（3）可以实时显示给定温度与水温实测值。

（4）可以打印给定温度及水温实测值。

系统主要性能指标如下：

（1）温度设定范围40℃~90℃，最小区分度1℃。

（2）温度控制静态误差≤1℃。

（3）双3位LED数码管显示，显示温度范围0.0℃~99.0℃。（4）采用微型打印机打印温度给定值及一定时间间隔的水温实测值。

二、总体设计方案

水温控制系统的控制对象具有热储存能力大，惯性也较大的特点，水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因为可以将它归于具有纯滞后的一阶大惯性环节。一般来说，热过程大多具有较大的滞后，它对于任何信号的响应都会推迟一些时间，使输出与输入之间产生相移。对于这样存在大的滞后特性的

过度过程控制，一般可以采用以下几种控制方案。

1）、输出开关量控制

2）、比例控制（P控制）

3）、比例积分控制（IP控制）

4）、比例积分加微分控制（IPD控制）

结合本例题设计任务与我们采用比例积分加微分（PID）控制。其特点是微分的作用使控制器的输出与偏差变化的速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著地效果。在比例基础上加入微分作用，使稳定性提高，同时积分作用可以消除余差。采用PID的控制方式，可以最大限度地满足系统对诸如控制精度，调节时间和超调量等控制品质的要求。

三、系统组成

本系统是一个典型的检测、信号处理、输入运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的只能化控制以及提供完善的人机界面及多机通信皆空提供了可能。而这些功能在常规数字逻辑电路中往往难以实现。所以本机采用以单片机为核心的直接数字控制系统（DDC）。

1、软、硬件功能划分

在绝大多数单片机应用系统中，系统功能的软件、硬件划分往往

是由应用系统对控制速度的要求决定的，在没有速度限制的情况下可以考虑以软件换取硬件电路的简化，以求降低硬件成本。（1）速度估算

（2）软件、硬件功能划分。为了简化系统硬件、降低硬件成本、提高系统灵活性和可靠性，有关PID运算、输入信号滤波及大部分控制过程都可由软件来完成，硬件的主要功能是温度信号的传感、放大、A/D转换及输出信号的功率放大。另外，人机通道功能由系统软件、硬件配合完成，以降低软件设计的复杂性及缩短系统的研制周期。

2.统一功能划分、指标分配和框图构成

系统由4个主要的功能模块组成，总体框图如下图所示：

（1）单片机基本系统。它是整个控制系统的核心，完成整个系统的信息处理及协调控制功能。

（2）向前通道。它是信息采集的通道，主要包括传感器、信号放大、A/D转换等电路。

（3）向后通道。它是实现控制信号输出的通道，单片机系统产生的控制信号经功率放大电路放大控制电炉的输入功率，以实现

水温控制的目的。

（4）人机对话通道。主要由键盘、LED显示和打印机组成。

四、硬件开发

（1）单片机基本系统

如图所示

（2）人机对话通道主要由行列式键盘、LED显示器组成。采用可编程键盘、显示接口芯片8279。8279负责键盘的扫描、消抖处理和显示输出工作，大大减轻了CPU的负担也简化了软件的编程。电路图如下图所示：

五、软件设计

整个温度控制系统软件包括主程序（包括初始化、显示）、键盘输入中断服务程序，

主程序如下：ORG 0000H

LJMP START

ORG 0300H

START:

ACALL DELAY

ACALL I8279

ACALL SETRAM

LOOP1:ACALL AD

ACALL DISPLAY

ACALL DELAY

ACALL DELAY

ACALL DELAY

SJMP LOOP1

I8279:

NOP

MOV DPTR,#0FDFFH MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A

MOV A,#0D1H

MOVX @DPTR,A

MOV A,#22H

MOVX @DPTR,A

LP:MOVX A,@DPTR

JB ACC.7,LP

RET

SETRAM: MOV 30H,#08H

MOV 31H,#08H

MOV 32H,#08H

MOV 33H,#08H

MOV 34H,#08H

MOV 35H,#08H

RET

DISPLAY:

MOV DPTR,#0FDFFH MOV A,#90H

MOVX @DPTR,A

MOV R0,#30H

MOV R2,#06H

MOV A,#10H

MOVX @DPTR,A LOOP:MOV A,@R0

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV DPTR,#0FCFFH

MOVX @DPTR,A

INC R0

ACALL DELAY

ACALL DELAY

DJNZ R2,LOOP

ACALL DELAY

ACALL DELAY

RET

AD: NOP

MOV A,#33H

MOV DPTR,#0FBFFH

WAIT:JB P1.1,WAIT

MOVX A,@DPTR

MOV @R1,A

MOV B,#100

DIV AB

MOV 31H,A

MOV A,B

MOV B,#10

DIV AB

MOV 32H,A

MOV 33H,B

RET

DELAY:MOV R3,#255

D1: MOV R4,#255

DJNZ R4,$

NOP

DJNZ R3,D1

RET

TAB:DB

0C0H,0F9H,0C4H,0D0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH END

中断服务程序共分3 种, 分别为外部中断1、定时中断和串

行口中断。

六、调试步骤

1、拔掉所有在插座上的芯片，用万用表测试+15V、-15V、+5V 与地之间是否短路；

2、连接电源：

●白色三芯插座为电源插座，从左到右依次是-15V、GND、

+15V 注意次序

●D1、D2为保护二极管，防止极性接反

●打开电源

●用万用表的电压档测量LM7810、LM7805的输出是否

符合要求

●用万用表的电压档测量各个芯片的电源脚的电压是否符

合要求

3、传感器与放大器的调节

●断开电源，连接传感器AD590、插上OP-07放大器，

打开电源

●用万用表的电压档测量OP-07的输出端，调节电位器

VR1、VR2,使常温下的OP-07的输出端电压为0、1V

左右，用手握紧传感器，观察期输出是否变化；

* 断开电源，插上AD转换器ADC0804,打开电源

4、AD转换器ADC0804的调节

●断开电源，插上AD转换器ADC0804,打开电源

●用示波器测量ADC0804的第四脚；时钟输入脚CLKIN

的波形，本设计中ADC0804的是使用电阻电容产生，

R3=10K,C3=150PF,理论上的时钟频率为：

f=1/rc=660K左右。

5、单片机最小系统的调试

●断开电源，插上AT89C51,打开电源

●单片机最小系统运行的基本条件：复位、时钟、/EA/VP

引脚接高电平

●用万用表的电压档测复位端、/EA/VP端

●用示波器测量第18、19的时钟输入输出脚、和单片机

地址数据分离引脚ALE，引脚ALE的频率应为第18、

19的时钟输入输出脚的1/2

6.、键盘和显示的调试

●键盘和显示是由8279控制的，有初始化、显示键盘处

理及部分组成

●联调

考虑安全问题，调试时不连接220V电源，控制电路的实

现与否利用一个发光二极管指示。发光二极管焊接在

AT89C51的左下角L4处。控制引脚为AT89C51的15

脚P3.5，地电平有效。

七、心得体会

在整个实验过程中我们遇到了许多问题，虽然在实验之前做过一些准备工作，但在真正做的时候还是常常出现心有余而力不足的情况，让我们常常感慨“书到用时方恨少”。仔细想想，我们所做的准备工作还不够到位，并且缺乏团队合作精神，常常各自为战，难以擦出思想的火花，不能群策群力的针对问题想出合理的解决方法。这次实验的过程给了我们很大的启发，对我们今后的学习和工作都有很大的帮助和促进，并且带给了我们宝贵的经验。在今后的道路上我们一定会吸取这次试验的宝贵经验和教训努力把事情做好。

同时我们还要感谢在实验过程中给了我们巨大帮助的教员，多亏了您的指导许多的问题才得以解决。祝您在今后的工作和生活中：一切顺利，万事如意！