畢業(yè)設(shè)計論文摘要模板

1、基于單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電容環(huán)境溫度控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：自動化與電子信息學(xué)院 學(xué)生：李戶林專業(yè)班級：自動化2007.1 指導(dǎo)教師:譚飛(副教授) 張澤厚(高工)摘要摘要：本課題的核心在于基于單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的溫度采樣部分使用了高精確度的溫度傳感器Pt1000，高性能的AD轉(zhuǎn)換ICL7135將傳感器采集到的電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并將數(shù)字量以BCD碼的形式并行輸出。再由單片機(jī)進(jìn)行運算和處理，結(jié)合自整定的PID控制器來控制加熱絲工作，最終使恒溫槽內(nèi)的溫度在0.03范圍內(nèi)變化。將高精度的標(biāo)準(zhǔn)電容器置于精確恒溫的恒溫槽內(nèi)，從而減小了環(huán)境溫度對電容量的影響。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；Pt1000；A/D轉(zhuǎn)換；PI

2、D ；恒溫；電容器Microcontroller-Based Temperature Control System of The Standard CapacitorABSTRACT: The issue lies in the constant temperature control system based on single chip, the temperature of the sampling part of the system using high-precision temperature sensor Pt1000, high-performance AD converte

3、r ICL7135 will sensor to the voltage signal into digital, then the microcontroller Computing and processing, combined with advanced PID control method to control the heating wire and, ultimately, the temperature of the heated tank in the 0.03 range. Capacitors placed in the criteria for accurate hig

4、h-precision thermostat tank, thereby reducing the environmental impact of temperature on the capacity.Key words: MCU;Pt1000；A/D Conversion；PID；Constant Temperature ; Capacity1.引言因工作單位的科研項目所需，本課題研究的內(nèi)容為高精度單值溫控型標(biāo)準(zhǔn)電容器。深入地研究影響高精度電容器電容值的因素，精選優(yōu)質(zhì)的電容器電極材料，采用金屬全密封結(jié)構(gòu)，消除濕度及電磁干擾的影響；同時，結(jié)合本專業(yè)的自動控制技術(shù)，設(shè)計出高精度的恒溫控制系統(tǒng)，

5、將標(biāo)準(zhǔn)電容器置于該恒溫環(huán)境中，以消除溫度變化的影響；精心設(shè)計引出端子，盡可能地減小殘電容的影響，從而達(dá)到項目指標(biāo)要求。2.方案論證2.1.單片機(jī)芯片的選擇方案和論證采用AT89S52,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于修改錯誤程序或拓展功能新增程序時，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。所以決定采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)。2.2.顯示模塊的選擇方案和論證采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字

6、最合適,而且采用串口顯示法與單片機(jī)連接,占用的單片機(jī)口線少。所以決定采用LED數(shù)碼管作為顯示。2.3.A/D轉(zhuǎn)換模塊的選擇方案和論證采用德州儀器公司生產(chǎn)的ICL7135，此芯片是一塊“四位半”的A/D轉(zhuǎn)換芯片，分辨率為1/19999，模擬輸入量為0.1mV2V，在四位半的數(shù)字三用表中應(yīng)用較為廣泛，最大的優(yōu)勢在于可以將數(shù)字量以BCD碼并行輸出。所以決定采用ICL7135作為A/D轉(zhuǎn)換器。2PROM模塊的選擇方案和論證采用ST93C46作為片外存儲器，E2PROM是一種掉電后數(shù)據(jù)不會丟失的存儲芯片，ST93C46是儲存空間為1K的串行E2PROM，將計算得到的比例增益Kp、積分時間Ti、微分時間T

7、d存儲在此芯片中，下次上電時，系統(tǒng)無需再次進(jìn)行整定計算，加快了控制器相應(yīng)的時間。所以選擇此方案。2.5.抗干擾模塊的選擇方案和論證采用MAX705組成看門狗電路，此芯片是CMOS工藝的集成電路，主要用作監(jiān)視微控制器的工作狀態(tài)。它可以提供一個獨立的看門狗，如果1.6S內(nèi)單片機(jī)沒有向MAX705發(fā)送高電平(喂狗信號)，它將產(chǎn)生一個復(fù)位信號，從而使單片機(jī)復(fù)位。所以選擇此方案。2.6.溫度傳感器的選擇方案和論證采用鉑熱電阻Pt1000搭制電橋，此期間在0時它的阻值為1000。300時約為2120.515。在這個區(qū)間內(nèi)，它的阻值會隨著溫度的變化勻速增長，與常見的Pt100相比，Pt1000更適合測量小范

8、圍的溫度變化，當(dāng)溫度每變化1，阻值會增大或減小3.8歐姆，便于檢測電路讀數(shù)，哪怕細(xì)微的溫度變化也能產(chǎn)生較明顯的阻值變化；而Pt100的阻值增減為0.38歐姆。所以選擇此方案。2.7.鍵盤的選擇方案和論證采用撥碼開關(guān)作為控制電路的鍵盤，考慮到控制電路的體積應(yīng)盡可能的小，對鍵盤的要求簡單，僅需要通過鍵盤來設(shè)置目標(biāo)溫度，所以控制電路中總計使用了4組撥碼碼開關(guān)，使溫度值能最大設(shè)定到79.99。所以選擇此方案。2.8. 加熱方式的選擇方案和論證采用漆包錳銅絲繞制成加熱板，該銅絲的電阻率隨溫度變化小，易于成型；將它繞制在膠木板上制成加熱板，加熱板固定在恒溫槽的六個面，加熱絲總阻約7.1歐姆，在18V開關(guān)電

9、源的驅(qū)動下，功率約45W，保證了恒溫槽有充足的熱源。所以選擇此方案。2.9. 電路設(shè)計的最終方案綜上所述,此次作品的方案選定為：采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)；ICL7135作為A/D轉(zhuǎn)換器；溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt1000搭制電橋；漆包錳銅絲繞制加熱板；通過撥碼開關(guān)進(jìn)行溫度設(shè)定；LED數(shù)碼管作為顯示。3. 設(shè)計原理與方框圖此次設(shè)計的恒溫控制系統(tǒng)要具備一般溫控系統(tǒng)的基本功能，還要做到高準(zhǔn)確度。3.1. 基本功能 用戶可根據(jù)需要，自行設(shè)定目標(biāo)溫度值； 不需要人為干預(yù)，系統(tǒng)能自動將溫度精確恒定到設(shè)定值； 用戶可手動開啟自整定程序。3.2.創(chuàng)新要求 具有自整定功能； 以先進(jìn)的PID算法作為控制方

10、式。 此次作品的方案選定為：采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)；ICL7135作為A/D轉(zhuǎn)換器；溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt1000搭制電橋；漆包錳銅絲繞制加熱板；通過撥碼開關(guān)進(jìn)行溫度設(shè)定；LED數(shù)碼管作為顯示。3.3.電路設(shè)計框圖電路設(shè)計總體框圖如圖1所示。單 片 機(jī)顯 示鍵 盤加 熱 絲傳 感 器A/D轉(zhuǎn)換圖1 電路設(shè)計總體框圖本電路是由AT89S52單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；溫度傳感器采用了分辨率極高的Pt1000，它與其他3支阻值為1K的精密電阻組成電橋，運算放大器OP07同時為電橋和AD轉(zhuǎn)換提供基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電橋上的點位改變時，經(jīng)儀表放大器傳送給A/D

11、轉(zhuǎn)換ICL7135，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換以后，經(jīng)相應(yīng)的數(shù)字電路傳送給單片機(jī)，單片機(jī)做出相應(yīng)計算得到當(dāng)前的實際溫度，輸出到顯示屏上并與鍵盤所設(shè)置的溫度經(jīng)行比較，根據(jù)兩者差值的大小，進(jìn)行相關(guān)的運算，發(fā)出控制指令使光電耦合器導(dǎo)通，從而使加熱絲按照程序的要求開始工作。與此同時，單片機(jī)還應(yīng)該計算得到的比例增益(Kp)、積分時間(Ti)、微分時間(Td)等中間變量存儲起來，方便下一個工作周期的使用。3.4主要單元電路的設(shè)計（1） 抗干擾電路模塊的設(shè)計圖2看門狗電路模塊（2） E2PROM電路模塊的設(shè)計圖3 E2PROM電路模塊（3） 溫度采集模塊設(shè)計圖3 Pt1000構(gòu)成的溫度采集模塊（4） A/D轉(zhuǎn)

12、換模塊設(shè)計圖5 A/D轉(zhuǎn)換模塊（5） 鍵盤電路設(shè)計圖6 鍵盤電路（6） 加熱電路設(shè)計圖7 控制電路加熱模塊4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn) 單片機(jī)中控制算法自整定參數(shù)程序結(jié)構(gòu)如圖8。撥碼開關(guān)最高位觸發(fā)自整定自整定計算顯示自整定狀態(tài)啟動A/D轉(zhuǎn)換計算溫度變化判斷溫度是否為等幅振蕩保存自整定參數(shù)跳出自整定開始控溫YN圖8 自整定程序流程圖程序設(shè)計流程框圖如圖9。初始化開始讀鍵盤最高位是否為1自整定計算啟動A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并計算出當(dāng)前溫度顯示當(dāng)前溫度當(dāng)前溫度與設(shè)定值比較PID控制程序開始控溫停止加熱當(dāng)前值高設(shè)定值高YN自然降溫圖9 主程序流程圖5. 結(jié)論此次制作的標(biāo)準(zhǔn)電容環(huán)境溫度控制系統(tǒng)很

13、好地克服了溫度變化對電容器容量的影響，傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)具有恒溫不夠精準(zhǔn)、性價比低、無先進(jìn)的自動控制算法、無法自整定、受使用環(huán)境條件限制等缺點。本系統(tǒng)能自動將溫度恒定在設(shè)定值，并在的0.05的誤差以內(nèi)，具有溫控精度高、穩(wěn)定耐用、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點。顯示模塊以串口方式進(jìn)行工作，與掃描方式相比，節(jié)省了單片機(jī)大量的IO口，同時，顯示模塊可以從主電路板上取下，不但節(jié)省了空間，還使得電路的調(diào)試變得非常輕松。設(shè)計完成之后，我深刻的感受到，芯片技術(shù)的大力發(fā)展，使我們設(shè)計的產(chǎn)品功能更多、集成度更高，而成本卻更低，今后的溫度控制系統(tǒng)還可以向著更先進(jìn)的方向發(fā)展，例如體積可以更小、響應(yīng)速度更快、可以制冷等，而這一切還都

14、有待于電子產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)愛好者們的共同努力！參考文獻(xiàn):1 楊加國單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計M北京：清華大學(xué)出版社,2006.2 閻 石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M北京：高等教育出版社，2006.3 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版) M北京：高等教育出版社，2006.4 胡壽松自動控制原理(第五版)M北京：.科學(xué)出版社，2007.5 李 珩Altium Designer6電路設(shè)計實例與技巧M北京：國防工業(yè)出版社，2008.6 顧德英計算機(jī)控制技術(shù)M北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.7 唐浩強(qiáng)C語言程序設(shè)計M北京：清華大學(xué)出版社，1999.8謝嘉奎，宣月清.電子線路（非線性部分）M. 北京：高等教育出版社，2006.129張海藩. 軟件工程（第二版）M.北京:人民郵電出版社，200610黃玉蓉.單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.公安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2001,(06)14I.Scott Ma