目錄1序言.............................................................11.1溫度控制系統(tǒng)的目的.........................................11.2本系統(tǒng)控制要求.............................................12整體方案設(shè)計(jì)......................................................23控制硬件設(shè)計(jì)......................................................33.1單片機(jī)系統(tǒng)..................................................380C52簡(jiǎn)介.............................................3單片機(jī)晶振電路設(shè)計(jì).....................................3復(fù)位電路設(shè)計(jì)...........................................43.2溫度檢測(cè)電路................................................4熱電偶的選型..........................................4熱電偶模擬電路設(shè)計(jì)....................................53.3A/D數(shù)模變換電路............................................6ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)變器簡(jiǎn)介.................................6ADC0804數(shù)模變換電路...................................73.4D/A模數(shù)變換電路............................................8DAC0832模數(shù)變換器簡(jiǎn)介.................................83.5履行部分...................................................9電動(dòng)調(diào)理閥選型.......................................9西門(mén)子（SIEMENS）電動(dòng)履行器電路......................113.6顯示電路..................................................113.7報(bào)警電路...................................................124PID控制算法設(shè)計(jì).................................................124.1PID控制的失散化...........................................134.2數(shù)字PID地點(diǎn)型控制算法參數(shù)整定.............................135系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)....................................................146總結(jié)............................................................19道謝..............................................................21參照文件..........................................................22序言1.1溫度控制系統(tǒng)的目的目前在人參烘干技術(shù)上，尚不圓滿，常常采納個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的方式進(jìn)行對(duì)人參烘干的辦理，但其既浪費(fèi)人力有浪費(fèi)物理，為了提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)自動(dòng)化，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)傳感器進(jìn)行烘干爐內(nèi)溫度的檢測(cè)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部辦理，此后將其輸出給D/A變換模塊，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)理閥來(lái)改變水蒸氣流量，進(jìn)而智能的調(diào)理烘干爐里的溫度，提升其智能化。1.2本系統(tǒng)控制要求本設(shè)計(jì)主要的技術(shù)要求有：1、現(xiàn)場(chǎng)溫度值值可控制。2、溫度最高值120℃。3、系統(tǒng)有必需的保護(hù)和報(bào)警。4、溫度值要有顯示。5、偏差范圍正負(fù)1℃經(jīng)過(guò)溫度控制系統(tǒng)達(dá)成人參烘干過(guò)程的溫度自動(dòng)控制。主要經(jīng)過(guò)控制調(diào)理閥的開(kāi)度來(lái)改變流入蒸汽的多少，進(jìn)而改變溫度達(dá)到控制的要求。整體方案設(shè)計(jì)人參烘干溫度控制系統(tǒng)主要達(dá)成從溫度采樣到控制溫度的一個(gè)過(guò)程，所以在溫度采樣中需要一個(gè)將溫度信號(hào)變換成電信號(hào)的傳感器，并且為了讓CPU處理此信號(hào)，需要一個(gè)模數(shù)變換器，將模擬信號(hào)變換成CPU能辦理的數(shù)字量，在CPU內(nèi)部進(jìn)行工程量的變換與智能運(yùn)算，本系統(tǒng)采納PID控制算法對(duì)偏差量進(jìn)行控制輸出，為了將輸出變換為模擬量，所以需要一個(gè)數(shù)模變換器，此時(shí)將模擬輸出量來(lái)控制電動(dòng)調(diào)理閥，經(jīng)過(guò)改變調(diào)理閥的開(kāi)度來(lái)改變其流量，進(jìn)而改變蒸汽的流入烘干爐里的速度，進(jìn)而達(dá)到了控制目的，但在控制過(guò)程需要顯示其當(dāng)前的溫度，所以需要顯示電路，為了使其可以安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，需要增添報(bào)警電路。綜合上述控制過(guò)程，本溫度控制系統(tǒng)需要：1、傳感器模塊，在現(xiàn)場(chǎng)采樣溫度。2、A/D模數(shù)變換模塊，將收集的模擬量變換為數(shù)字量。3、D/A變換模塊，將辦理后的數(shù)字量，變換為模擬量，控制電動(dòng)調(diào)理法。4、電動(dòng)調(diào)理閥模塊，改變調(diào)理閥的開(kāi)度，進(jìn)而改變其開(kāi)度，控制蒸汽流量。5、報(bào)警模塊，在溫度超出設(shè)定溫度時(shí)，經(jīng)過(guò)聽(tīng)覺(jué)警告現(xiàn)場(chǎng)人員。6、顯示模塊，顯示目前的溫度7、必需的軟件保護(hù)，可以實(shí)時(shí)的保護(hù)人參，防范造成不用要的損失。8、單片機(jī)，是本系統(tǒng)的控制核心。其控制方案如圖2.1所示圖2.1方案流程圖控制硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)系統(tǒng)3.1.180C52簡(jiǎn)介AT80C52是美國(guó)ATMEL企業(yè)生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4Kbytes的可系統(tǒng)變?yōu)榈腇lash只讀程序儲(chǔ)蓄器，器件采納ATMEL企業(yè)的高密度、非易失性儲(chǔ)蓄技術(shù)生產(chǎn)。它集Flash程序儲(chǔ)蓄既可在線編程也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微辦理器于單片芯片中，ATMEL企業(yè)的功能興盛，廉價(jià)位AT80C52單片機(jī)可為用戶供應(yīng)高性價(jià)比的應(yīng)用途合，可靈巧應(yīng)用于各樣控制領(lǐng)域。3.1.2單片機(jī)晶振電路設(shè)計(jì)80C52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)平常由兩種方式產(chǎn)生。一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外面時(shí)鐘方式。只需在單片機(jī)的XTAL2和XTLA1引腳外接晶振即可。本系統(tǒng)采納內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振采納12MHZ，電路圖以以下列圖3.1，此中電容器C1和C2作用是堅(jiān)固頻次和快速起振。圖3.1晶振電路圖3.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其余零件處于某種確立的初始狀態(tài)。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開(kāi)始的。一、復(fù)位電路當(dāng)80C52的RST引腳加高電平復(fù)位信號(hào)并保持2個(gè)以上的機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就履行復(fù)位操作。復(fù)位信號(hào)變低電平常，單片機(jī)開(kāi)始履行程序。實(shí)質(zhì)應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。本系統(tǒng)采納上電與按鍵均有效的復(fù)位電路，以以下列圖3.2所示。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)晶振為12MHz，所以采納C2為10uF，R14為8.2K圖3.2復(fù)位電路圖3.2溫度檢測(cè)電路3.2.1熱電偶的選型本設(shè)計(jì)采納WR□□－□□□系列裝置式熱電偶工業(yè)用裝置式熱電偶是一種常用溫度傳感器，平常與溫度變送器、調(diào)理器及顯示儀表等配套使用,構(gòu)成過(guò)程控制系統(tǒng)?？梢灾苯诱闪扛鳂由a(chǎn)過(guò)程中液體、蒸汽平易體介質(zhì)及固體表面溫度。本設(shè)計(jì)選擇銅-銅鎳，其詳細(xì)參數(shù)以下表表3.1表3.2表3.3表3.43.2.2熱電偶模擬電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)熱電偶檢測(cè)溫度并變換為電壓信號(hào)，因?yàn)槠渥儞Q的信號(hào)為mV級(jí)，所以必然增添放大電路進(jìn)行量程調(diào)整經(jīng)過(guò)表3.5計(jì)算放電電路個(gè)參數(shù)。表3.5由表3.5知，當(dāng)檢測(cè)溫度為400℃是熱電偶輸出端的電壓為21mv，為了讓其變換為V，所以應(yīng)加放大電路進(jìn)行調(diào)整。關(guān)于A/D變換過(guò)程中，基準(zhǔn)電壓為2.56V。滿量程為設(shè)定為5V,當(dāng)測(cè)得溫度為200攝氏度時(shí)對(duì)應(yīng)9.266mV所以放大電路Af=5/9.266*1000=540,如圖3.2所示圖3.3熱電偶放大電路圖3.3A/D數(shù)模變換電路ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)變器簡(jiǎn)介所謂A/D變換器就是模擬/數(shù)字變換器（ADC），是將輸入的模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)輸入端可以是傳感器或變換器的輸出，而ADC的數(shù)字信號(hào)也可能供應(yīng)給微辦理器，以便寬泛地應(yīng)用。ADC0804的規(guī)格及引腳圖8位COMS挨次迫近型的A/D變換器.引腳圖及說(shuō)明見(jiàn)圖3.4所示三態(tài)鎖定輸出存取時(shí)間:135US分辨率：8位變換時(shí)間：100US總偏差：正負(fù)

1LSB工作溫度：

ADC0804LCN---0~70度1、/CS：芯片選擇信號(hào)。2、/RD：外面讀取變換結(jié)果的控制輸出信號(hào)。

/RD

為

HI

時(shí)，DB0~DB7處理高阻抗：

/RD

為

LO

時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會(huì)輸出。3、/WR：用來(lái)啟動(dòng)變換的控制輸入，相當(dāng)于

ADC的變換開(kāi)始（

/CS=0

時(shí)），當(dāng)/WR由HI

變?yōu)?/p>

LO

時(shí)，變換器被清

除：當(dāng)/WR回到

HI

時(shí)，變換正式開(kāi)始。4、CLKIN，CLKR：時(shí)鐘輸入或接振蕩無(wú)件（

R，C）頻次約限制在100KHZ~1460KHZ，假如使用RC電路則其振蕩頻次為1/（1.1RC）5、/INTR:中止懇求信號(hào)輸出,低地平動(dòng)作.6、VIN(+)、VIN(-):差動(dòng)模擬電壓輸入.輸入單正直電壓時(shí),VIN(-)接地:而差動(dòng)輸入時(shí),直接加入VIN(+)7、VIN(-).AGND,DGND:模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地.VREF:協(xié)助參照電壓.8、DB0~DB7:8位的數(shù)字輸出.9、VCC:電源供應(yīng)予及作為電路的參照電a壓與滿刻度的比率相對(duì)電壓值VREF=2.560伏。圖3.4ADC0804引腳圖3.3.2ADC0804數(shù)模變換電路ADC0804是8位全MOS中速A/D變換器、它是逐次迫近式A/D變換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直接接口。單通道輸入,變換時(shí)間大概為100us。ADC0804變換時(shí)序是：當(dāng)CS＝0贊成進(jìn)行A/D變換。WR由低到高時(shí)，A/D開(kāi)始變換，一次變換一共需要66－73個(gè)時(shí)鐘周期。CS與WR同時(shí)有效時(shí)啟動(dòng)A/D變換，變換結(jié)束產(chǎn)生INTR信號(hào)（低電平有效），可供查問(wèn)或許中止信號(hào)。當(dāng)CS=0和RD=0時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)結(jié)果。ADC0804模擬電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示圖3.5ADC0804模數(shù)變換電路3.4D/A模數(shù)變換電路3.4.1DAC0832模數(shù)變換器簡(jiǎn)介DAC0832是8位全MOS中速D/A變換器，采納R—2RT形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為一對(duì)差動(dòng)電流輸出，變換時(shí)間大概為1us。使用單電源+5V―+15V供電。參照電壓為-10V－+10V。在此我們直接選擇+5V作為參照電壓。DAC0832有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式；在此我們選擇直通的工作方式，將XFERWR2CS管腳所有接數(shù)字地。管腳8接參照電壓，在此我們接的參照電壓是+5V。我們?cè)诳刂芇0口輸出數(shù)占有規(guī)律的變化將可以產(chǎn)生三角波，鋸齒波，梯型波等波形了。DAC0832是20引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特色以下：1、CS——片選信號(hào)，和贊成鎖存信號(hào)ILE組合來(lái)決定WR1能否起作用。2、ILE——贊成鎖存信號(hào)。3、WR1——寫(xiě)信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，將輸入資料鎖存到輸入存放器（此時(shí)，WR1必然和CS、ILE同時(shí)有效）。4、WR2——寫(xiě)信號(hào)2，將鎖存在輸入存放器中的資料送到DAC存放器中進(jìn)行鎖存（此時(shí)，傳輸控制信號(hào)XFER必然有效）。5、XFER——傳輸控制信號(hào)，用來(lái)控制WR2。6、DI7~DI0——8位數(shù)據(jù)輸入端。7、IOUT1——模擬電流輸出端1。當(dāng)DAC存放器中全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng)DAC存放器中全為0時(shí)，輸出電流為0。8、IOUT2——模擬電流輸出端2。IOUT1+IOUT2=常數(shù)。9、RFB——反應(yīng)電阻引出端。DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反應(yīng)電阻，所以，RFB端可以直接接到外面運(yùn)算放大器的輸出端。相當(dāng)于將反應(yīng)電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。10、VREF——參照電壓輸入端?？山与妷悍秶鸀椤?0V。外面標(biāo)準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)VREF與T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連。11、VCC——芯片供電電壓端。范圍為+5V~+15V，最正確工作狀態(tài)是+15V。12、AGND——模擬地，即模擬電路接地端。13、DGND——數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端。3.4.2DAC0832模數(shù)變換電路DAC0832電路圖如圖3.6所示圖3.6DAC0832模數(shù)變換電路3.5履行部分電動(dòng)調(diào)理閥選型采納德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）電動(dòng)履行器，可以接受各樣控制信號(hào)，并擁有斷電自動(dòng)封閉熱源功能、在系統(tǒng)忽然斷電狀況下保護(hù)下有設(shè)施，實(shí)現(xiàn)最正確的安全控制。西門(mén)子電動(dòng)調(diào)理閥的合用介質(zhì)：蒸汽、冷/熱水及其余非腐化性介質(zhì)流體的流量調(diào)理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)理系統(tǒng)的溫度、濕度、壓力、流量的功能。西門(mén)子電動(dòng)調(diào)理閥的特色：采納原裝入口德國(guó)西門(mén)子液壓彈簧復(fù)位履行器，擁有功耗低，輸專心量大，響應(yīng)時(shí)間短、到位快速等特色。接受控制系統(tǒng)輸出的開(kāi)關(guān)量或標(biāo)準(zhǔn)模擬量（DC0-10V或DC4-20mA）控制信號(hào)，并同時(shí)輸出閥位反應(yīng)信號(hào)。GLPD系列電動(dòng)調(diào)理閥采納均衡時(shí)閥體，內(nèi)置均衡組件；可在大壓差工況下長(zhǎng)久堅(jiān)固、精準(zhǔn)控制。閥體外密封采納V型環(huán)高溫密封組件，除去閥桿卡死或泄露的隱患。閥芯和閥口一對(duì)一研磨，保證內(nèi)泄露量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。閥體GB法蘭連結(jié)，安裝方便，公稱通徑15mm-300mm一、西門(mén)子電動(dòng)調(diào)理閥的工作原理如圖圖3.7電動(dòng)調(diào)理閥工作原理圖二、西門(mén)子電動(dòng)調(diào)理閥的外形尺寸如圖3.8和表3.6圖3.8外形尺寸表3.6三、西門(mén)子電動(dòng)調(diào)理閥的技術(shù)參數(shù)如表3.7表3.73.5.2西門(mén)子（SIEMENS）電動(dòng)履行器電路由表3.7知，履行器的控制信號(hào)為0~10V或許4~20ma所以要經(jīng)過(guò)V/I變換器和放大器來(lái)辦理經(jīng)過(guò)數(shù)模變換后的模擬量。本設(shè)計(jì)選擇用電流控制履行器所以需要V/1變換電路，經(jīng)設(shè)計(jì)其控制電路以以下列圖3.8所示3.8電動(dòng)履行器控制電路3.6顯示電路LED數(shù)碼管發(fā)光度高，相應(yīng)時(shí)間快，高頻特色好，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。所以本設(shè)計(jì)采納LED方式進(jìn)行溫度顯示。電路如圖3.9所示圖3.9數(shù)碼管電路圖3.7報(bào)警電路因?yàn)樵跍囟冗^(guò)程中，常?？赡軙?huì)有突發(fā)事件，致使?fàn)t內(nèi)溫度超出贊成值導(dǎo)致不用要的經(jīng)濟(jì)損失，所以必需的報(bào)警電路是必不可以少的。在生產(chǎn)過(guò)程中報(bào)警電路能警告人們能做出調(diào)整方案來(lái)解決突發(fā)事件。是經(jīng)濟(jì)財(cái)富不受損失。本設(shè)計(jì)采納報(bào)警電路圖如3.10圖所示，有三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲。起到報(bào)警的見(jiàn)效。3.10圖報(bào)警電路圖4PID控制算法設(shè)計(jì)4.1PID控制的失散化本系統(tǒng)所用的調(diào)理器為PID調(diào)理器，其模擬PID控制規(guī)律為1te(t)dtTdde(t)u(t)kp[e(t)]u0Ti0d(t)式中kp為比率系數(shù)；u0為控制量的基準(zhǔn)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)在模擬調(diào)理器的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)數(shù)值迫近的方法，用乞降取代積分、用后向差取代微分、使模擬PID失散化變?yōu)椴罘址匠??？勺饕韵陆苪(t)u(k)e(t)e(k)tkTe(j)e(t)dt0j0de(t)e(k)e(k1)dtT以上式中T為采樣周期；k為采樣序號(hào)采納這類近似方法，可以獲取以下倆種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字PID控制算法，此中一種是數(shù)字PID地點(diǎn)型控制算法，也是本系統(tǒng)采納的。而數(shù)字PID地點(diǎn)型控制算法為u(k)kp[e(k)Tke(j)Tde(k)e(k1)]u0Tij0T式中表示的控制算法供應(yīng)了履行機(jī)構(gòu)的地點(diǎn)u(k),所以被稱為數(shù)字PID地點(diǎn)型控制算法。此中令式中kikpTkdkpTTiTi此中kp為比率增益4.2數(shù)字PID地點(diǎn)型控制算法參數(shù)整定本設(shè)計(jì)采納先確立增益的方法確立PID個(gè)參數(shù)，經(jīng)過(guò)臨界增益獲取kc9.2震蕩周期為225秒，經(jīng)過(guò)表4.1計(jì)算得kp5.98；Td27秒Td由公式得kdkp32.392；Ti112.5秒依據(jù)公式得kikpT0.266TTi表4.1Ziegler-Nichols參數(shù)控制器KpTiTdP0.50*Kc//PD0.65*Kc/0.12*PcPI0.45*Kc0.85*Pc/PID0.65*Kc0.5*Pc0.12*Pc仿真圖如圖4.1所示圖4.1仿真圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)控制要求，和控制方案的設(shè)計(jì)，可獲取以以下列圖的系統(tǒng)軟件的流程圖如圖5.1所示圖5.1系統(tǒng)軟件的流程圖系統(tǒng)軟件以下：#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineppid->kp5.98#defineppid-ki0.266#defineppid-kd134.55sbitbee=P3^7sbitdawr=P3^6;sbitcsda=P3^2;uchara,j,k;sbitdula=P3^0;sbitwela=P3^1;sbitd1=P1^0;ucharnum;ucharsp,sp1,sp2;floatSystemSetTemprature

；floatST；ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};voiddelay(unsignedchari)

//延時(shí)子函數(shù){for(j=i;j>0;j--)for(k=125;k>0;k--);VoidAD（）

//AD

采樣數(shù)據(jù)辦理函數(shù){p3=0xff;p3^3=0;p3^5=0;delay(20);p3^5=1;if(p3^2=1);p3^3=1;delay(20);p1=0xff;p3^3=0;p3^4=0;delay(20);p3^4=1;sp=P1;sp1=sp;sp2=sp1;SystemSetTemprature=sp/3+sp1/3+sp2/3;p3^3=1;}}voidDA()

//DA

數(shù)據(jù)辦理函數(shù){csda=0;dawr=0;while(1){P0=Last_Out;delay(50);}}voidshumaguan()//數(shù)碼管顯示函數(shù){ST=SystemSetTemprature*2.560/136;T=ST*40;bai=T/100;shi=T%100/10;ge=T%10;wela=1;P0=0xf7;wela=0;dula=1;P0=table[bai];dula=0;delay(1000);wela=1;P0=0xfb;wela=0;dula=1;P0=table[shi];dula=0;delay(1000);wela=1;P0=0xfd;wela=0;dula=1;P0=table[ge];dula=0;delay(1000);}}voidbee()//報(bào)警辦理函數(shù){If(SystemSetTemprature>SystemRealTemprature)Bee=1;Delay(500);Bee=0;Delay(500);}VoidPID(void)//數(shù)字pid控制算法函數(shù){floatxdatapterm,iterm,dterm;ppid->pv=SystemRealTemprature;ppid->sp=SystemSetTemprature;ppid->errk=(float)(ppid->sp-ppid->pv);pterm=ppid->kp*ppid->errk;ppid->sum+=ppid->errk;iterm=ppid-ki*ppid->sum;dterm=ppid-kd*(ppid->errk-ppid->errk_1);ppid->Last_Out=pterm+iterm+dterm;ppid->errk_2=ppid->errk_1;ppid->errk_1=ppid->errk;if(ppid->Last_Out>SampleT)ppid->Last_Out=SampleT;elseif(ppid->