51系列單片機閉環(huán)溫度控制實驗報告

成 績： 綜合實驗報告題 目：51系列單片機閉環(huán)溫度控制 班 級： 小組成員： 指導教師： 完成時間： 2015年11月 一、實驗名稱： 51系列單片機閉環(huán)溫度控制實驗基于Protuse仿真實驗平臺實現(xiàn)基本情況：1.實驗項目組長：2. 小組成員：序號姓 名班 級學 號分工系數(shù)1233.具體分工：負責程序編寫，主要負責查詢資料與實驗報告撰寫。4.實驗要求： 設計硬件電路： 溫度檢測：采用熱電偶或熱電阻 溫度給定：采用電位器進行模擬電壓給定，05V AD轉采用12位轉換 顯示采用8位LED，或者LCD1602顯示 鍵盤4X4，PID等參數(shù)通過鍵盤設置。 軟件 控制算法：數(shù)字PID，參數(shù)在線修改。顯示窗口：顯示溫度的設置值SV、溫度的實際值PV。實際溫度值，溫度峰值、峰值時間等通過串口上傳到上位機(選做)二、實驗內容1、 系統(tǒng)基本原理(實驗原理介紹)根據(jù)實驗要求，溫度閉環(huán)控制，即對加溫速度、超調量、調節(jié)時間級誤差參數(shù)，選擇PID控制參數(shù)級算法，實現(xiàn)對溫度的自動控制。閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)原理圖如下：測溫溫控數(shù)字輸出計算機PID2、 PID算法的數(shù)字實現(xiàn)本次試驗通過8031通過OVEN 是模擬加熱的裝置，加一定的電壓便開始不停的升溫，直到電壓要消失則開始降溫。仿真時，U形加熱器為紅色時表示正在加熱，發(fā)紅時將直流電壓放過來接，就會制冷，變綠。T端輸出的是電壓，溫度越高，電壓就越高。 8031對溫度的控制是通過可控硅調控實現(xiàn)的?？煽毓柰ㄟ^時間可以通過可控硅控制板上控制脈沖控制。該觸發(fā)脈沖想8031用軟件在P1.3引腳上產(chǎn)生，受過零同步脈沖后經(jīng)光偶管和驅動器輸送到可控硅的控制級上。偏差控制原理是要求對所需溫度求出偏差值，然后對偏差值處理而獲得控制信號去調節(jié)加熱裝置的溫度。PID控制方程式： 式中e是指測量值與給定值之間的偏差TD 微分時間T 積分時間 KP 調節(jié)器的放大系數(shù)將上式離散化得到數(shù)字PID位置式算法，式中在位置算法的基礎之上得到數(shù)字PID增量式算法： 3、 溫度控制軟件設計 程序結構圖如下： 4、硬件電路設計在溫度控制中，經(jīng)常采用是硬件電路主要有兩大部分組成：模擬部分和數(shù)字部分，對這兩部分調節(jié)儀表進行調節(jié)，但都存在著許多缺點，用單片機進行溫度控制使構成的系統(tǒng)靈活，可靠性高，并可用軟件對傳感器信號進行抗干攏濾波和非線性補償處理，可大大提高控制質量和自動化水平；總的來說本系統(tǒng)由四大模塊組成，它們是輸入模塊、單片機系統(tǒng)模塊、計算機顯示與控制模塊和輸出控制模塊。輸入模塊主要完成對溫度信號的采集和轉換工作，由溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。 利用模擬加熱的裝置來控制溫度。 該閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機作為微處理單元進行控制。采用4X4鍵盤把設定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉換。溫度傳感器把采集的信號與單片機里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。5、 電路原理圖1、仿真完整電路圖2、12位AD轉換模塊3、OVEN模型及信號調理電路4、單片機主電路三、實驗結果分析（含程序、數(shù)據(jù)記錄及分析和實驗總結等，可附頁）：1、51系列單片機閉環(huán)溫度控制實驗程序Main.c#include includes.hchar measure_temperature6 = +,0,0,0,C,0;char setting_temperature6 = 0,1,0,0,C,0;char code_table16 = 7,8,9,T, 4,5,6,P, 1,2,3,I, +,0,-,D;char Pv6=P,0,9,0, ,0;char Iv6=I,0,0,0, ,0;char Dv6=D,0,0,5, ,0;int PWM_Period = 100;int PWM_Hight = 1;int PWM_Hights = 50;short m_temperature = 0;short s_temperature = 100;float pc = 090.0;float ic = 0.0;float dc = 5.0;float e1 = 0;float e2 = 0;char RX_Data5 = 0;int main()timer_init();lcd_init();while(1)ADCRead();keyscan();Data_update();LCD_Display(0x80+0x08,setting_temperature);LCD_Display(0x80+0x40,Pv);LCD_Display(0x80+0x45,Iv);LCD_Display(0x80+0x4A,Dv);return 0;PWM.c#include includes.huchar T_update = 0;uchar P_update = 0;uchar I_update = 0;uchar D_update = 0;void T0_time() interrupt 1 /PWMPWM_Hights-;if(PWM_Hights = 0)PWM_EN = 0; PWM_Hights = 1; PWM_Period-;if(PWM_Period = 0)PWM_EN = 1;PWM_Period = 100;PWM_Hights = PWM_Hight;void pid()static long sum = 0;e2 = e1;e1 = s_temperature-m_temperature;sum += e1;if(e1 20)PWM_Hight = 100;else if(e1 100)PWM_Hight = 100;else if(PWM_Hight 1)PWM_Hight = 1;void Interrupt_T1() interrupt 3static int count = 0;TH1 = 0x3C;/定時50msTL1 = 0xB0;count+;if(count = 20) pid(); count = 0;void update_Temp()short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j=3;j+)tmp = tmp*10+(setting_temperaturej-0);if(setting_temperature0 = -)tmp = -tmp;s_temperature = tmp;void update_Pv()short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j=3;j+)tmp = tmp*10+(Pvj-0);pc = tmp;void update_Iv()short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j=3;j+)tmp = tmp*10+(Ivj-0);ic = tmp;void update_Dv()short j = 0;short tmp = 0;for(j = 1;j0; i-)stri = (num % 10) + 0;num = num / 10;str5 = 0;void ADCRead()short num = 0;/無符號16位RC = 0;/啟動轉換RC = 1;/啟動讀取while(BUSY = 0);num = 0;BYTE = 0; /讀取高4位num = (num|P1)8;num = num & 0x0F00;BYTE = 1;/讀取低8位num = num|P1;/12位數(shù)據(jù)完整取好if(num&0x0800) = 0x0800)measure_temperature0 = -;num = num&0xF7FF;num = (num0x07FF)+1;m_temperature = -(num/2047.0)*999.0);elsemeasure_temperature0 = +;m_temperature = (num/2047.0)*999.0;itoa(num,measure_temperature);LCD_Display(0x80,measure_temperature);RC = 0;Delay.c#include includes.hvoid delay_ms(int n)/1ms延時uint i=0,j=0;for(i=0;in;i+)for(j=0;j 4) 0x0F; switch(i) case 1: keyno += 0;break; case 2: keyno += 4;break; case 4: keyno += 8;break; case 8: keyno += 12;break; while(P3 != 0xF0);if(keyno=0 & keyno =15) if(update_flag = 1) key_code = code_tablekeyno; setting_temperatureupdate_index = key_code; update_index+; if(update_index = 4) update_flag = 0;update_index = 0;T_update = 1; else if(update_flag = 2) key_code = code_tablekeyno; Pv1+update_index = key_code; update_index+; if(update_index = 3) update_flag = 0;update_index = 0;P_update = 1; else if(update_flag = 3) key_code = code_tablekeyno; Iv1+update_index = key_code; update_index+; if(update_index = 3) update_flag = 0;update_index = 0;I_update = 1; else if(update_flag = 4) key_code = code_tablekeyno; Dv1+update_index = key_code; update_index+; if(update_index = 3) update_flag = 0;update_index = 0;D_update = 1; else switch(keyno)case 3:update_flag = 1;break;case 7:update_flag = 2;break;case 11:update_flag = 3;break;case 15:update_flag = 4;break;default:update_flag = 0; 2、 實驗結果100度設定溫度仿真結果零下25度設定溫度仿真結果3、 實驗總結溫度控制廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度計來采集溫度，通過人工操51系列單片機直流電機閉環(huán)調速實驗勞動強度大。即使有些用戶采用半導體二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對溫度的要求較高，由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時有發(fā)生。對工業(yè)生產(chǎn)可靠進行造成影響，甚至操作人員的安全。為了避免這些缺點，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測量及控制設備。在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速要求不高。在報告中中簡單分析了溫度控制系統(tǒng)基于Protuse仿真實驗，采用熱電偶作為溫度檢測器，應用LED顯示，通過鍵盤4X4來對PID進行參數(shù)控制。本實驗設計使用8031作為主芯片進行控制，單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化