單片機(jī)電加熱爐溫度控制系統(tǒng)

單片機(jī)電加熱爐溫度控制系統(tǒng)一、選用的單片機(jī)及相關(guān)器件本電加熱爐溫度控制系統(tǒng)采用Atmega128單片機(jī)為主控芯片，其基本參數(shù)如下：1.帶有128KB閃存，4KBEEPROM和4KBSRAM的AVR?Microcontroller。2.高性能，低功耗Atmel?AVR?8位MCU。3.128KB自可編程閃存。4.4KBEEPROM，4KBSRAM。5.JTAG（IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)）接口。6.高速嵌入式調(diào)試器（JTAG）。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度的采集和控制，本系統(tǒng)還選用了DS18B20數(shù)字溫度傳感器和繼電器。二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：溫度采集回路采用Atmega128單片機(jī)和DS18B20數(shù)字溫度傳感器，傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量爐內(nèi)溫度，并將其轉(zhuǎn)換后輸出到Atmega128單片機(jī)的I/O口?？刂苹芈凡捎肁tmega128單片機(jī)和繼電器，單片機(jī)通過讀取I/O口的溫度采集值，并通過PID算法計(jì)算出需要的溫度，最終用繼電器輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐的溫度控制。三、軟件設(shè)計(jì)1.溫度采集程序設(shè)計(jì)溫度采集程序主要是讀取DS18B20數(shù)字溫度傳感器輸出的DS18B20序列，將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制表示，最終得到實(shí)際的溫度值。程序流程如下：（1）初始化DS18B20序列；（2）啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換；（3）等待溫度轉(zhuǎn)換完成；（4）讀取溫度值；（5）將溫度值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制表示；（6）計(jì)算溫度值，將其輸出到Atmega128單片機(jī)的I/O口。程序代碼如下：```cvoidread_temperature(){unsignedcharfam_code[8];unsignedchartemp_msb,temp_lsb;floattemperature;//初始化DS18B20序列if(!OW_Reset())return;OW_WriteByte(0xcc);//群發(fā)指令OW_WriteByte(0x44);//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換_delay_ms(750);//等待溫度轉(zhuǎn)換完成//讀取溫度序列if(!OW_Reset())return;OW_WriteByte(0xcc);//群發(fā)指令OW_WriteByte(0xbe);//讀暫存區(qū)寄存器//讀取溫度值temp_lsb=OW_ReadByte();temp_msb=OW_ReadByte();//計(jì)算溫度值temperature=((temp_msb<<8)|temp_lsb)*0.0625;temperature=temperature*100.0;temperature=round(temperature);temperature=temperature/100.0;//輸出溫度值到Atmega128單片機(jī)的I/O口PORTA=(unsignedchar)(temperature*2);}```2.溫度控制程序設(shè)計(jì)溫度控制程序主要是讀取Atmega128單片機(jī)的I/O口的溫度采集值，并通過PID算法計(jì)算出需要的溫度，最終用繼電器輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐的溫度控制。程序流程如下：（1）初始化PID控制器；（2）采集溫度值；（3）計(jì)算PID控制器輸出；（4）輸出PID控制器輸出到繼電器。程序代碼如下：```cvoidpid_control(){floatset_point=get_set_point();floatfeedback=get_feedback();floaterror;floatintegral;floatderivative;staticfloatlast_error;staticfloatintegral_term;//計(jì)算誤差error=set_point-feedback;//計(jì)算積分項(xiàng)integral_term+=(error*DELTA_T);//限制積分項(xiàng)范圍if(integral_term>MAX_INTEGRAL_TERM){integral_term=MAX_INTEGRAL_TERM;}elseif(integral_term<-MAX_INTEGRAL_TERM){integral_term=-MAX_INTEGRAL_TERM;}//計(jì)算導(dǎo)數(shù)項(xiàng)derivative=(error-last_error)/DELTA_T;//更新上一次誤差last_error=error;//計(jì)算PID輸出integral=integral_term*KI;floatoutput=(error*KP)+integral+(derivative*KD);//限制輸出范圍if(output>MAX_OUTPUT){output=MAX_OUTPUT;}elseif(output<0){output=0;}//輸出控制信號(hào)到繼電器if(feedback>(set_point+HISTERESIS)){output=0;}PORTC|=(1<<2);//繼電器閉合_delay_ms(output);PORTC&=~(1<<2);//繼電器斷開}floatget_set_point(){//系統(tǒng)設(shè)定溫度為500℃return500.0;}floatget_feedback(){//讀取溫度采集值unsignedchartemp=PINA;return(float)temp/2.0;}```四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證該電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的可行性和效果，我們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：1.將電加熱爐接通電源并將設(shè)定溫度設(shè)為500℃，使其處于待機(jī)狀態(tài)。2.通過Atmega128單片機(jī)程序采集爐溫，并通過PID算法計(jì)算出需要的溫度。3.Atmega12