關於微控制器水溫控制系統設計的論文

1溫度控制系統概述

工業生產中對於溫度控制的需求是十分嚴格的，大量的鍋爐、加熱爐以及家用電器，如熱水器、電水壺等對於溫度控制都有需求。如果溫度控制不精準，小則出現浪費資源的現象發生，大則可以引發重大事故。因此，精準的溫度控制是十分必要的，那麼溫度控制系統應運而生。自動溫度控制系統需要準確的控制溫度，及時的做出後續操作。基於微控制器的自動溫度控制系統以其外型小巧、功能強大的優勢近些年被廣泛應用於動溫度控制系統當中。

2基於AT89C51微控制器的水溫控制系統設計

2.1系統設計

基於AT89C51微控制器的水溫控制系統採用了當前應用廣泛的AT89C51微控制器，以AT89C51微控制器做為核心部件，以組合語言對其進行程式設計控制其它輔助系統，用PID演算法來控制PWD波的產生，進而實現系統溫度的控制。

2.2硬體設計

基於微控制器水溫控制系統硬體主要由微控制器基本系統、溫度感測器、電爐、繼電器、顯示電路、報警電路、鍵盤等組成。

（1）微控制器基本系統。微控制器基本系統採用了AT89C51晶片，它由基本供電電路、時鐘電路和復位電路組成。鍵盤、顯示電路、報警電路將訊號輸入到微控制器基本系統當中，微控制器基本系統根據溫度感測器採集到的資料，進行資料分析與處理，得到相應的控制訊號，由控制訊號驅動繼電器工作，從而達到控制電爐工作的結果，最終達到控制溫度的目標。

（2）溫度感測器。溫度感測器的作用是對水溫進行溫度的檢測，並實時將資料傳送至微控制器基本系統，以供其進行資料分析。

（3）繼電器。繼電器的作用是控制電爐工作，它通過接收微控制器基本系統的控制訊號，實現對於電爐的控制。

（4）電爐。電爐是用來實現對水加熱的功能，由繼電器根據控制訊號對其進行控制。

（5）鍵盤。本設計採用61板自帶按鍵，不需要另外連線硬體即可使用。

（6）顯示電路。由六個八段資料管以及數碼管的驅動電路組成，前三段用於顯示控制溫度，後三段用於顯示實際測量溫度。

（7）報警電路。報警系統是出於電爐的安全考慮進行設計的。溫度感測器獲得資料傳遞給微控制器基本系統，微控制器基本系統分析資料後，當水溫過高或過低，即達到預設最大值與最小值時，微控制器驅動報警電路，實現報警功能。以上各元件與微控制器晶片引腳連線方式為：溫度感測器輸入端連線到P3.1口，按鍵接在P3.1、P3.2、P3.3，分別控制設定溫度的十位、個位和小數位，微控制器的'輸出控制訊號由P3.5輸出；實際水溫顯示的字型碼是由P0口送出，十位、個位和小數位分別由P1.0、P1.1、P1.2選通；設定溫度顯示的字型碼是由P2口送出，十位、個位和小數位分別由P1.3、P1.4、P1.5選通。

2.3軟體設計

（1）主程式設計：系統採用組合語言進行程式設計，由主程式進行控制。即由主程式呼叫子程式。其功能主要對感測器採集的資料送入微控制器中特定單元，然後一方面進行在LED顯示，另一部分與設定值進行比較，通過PID演算法得到控制量並經由微控制器輸出去控制電動調節閥進行水溫調節。

（2）子程式設計：主要由顯示子程式、鍵盤中斷子程式、進位制轉換子程式、溫控子程式、報警子程式等組成。顯示子程式用於顯示實際溫度和設定溫度；鍵盤中斷子程式用於對系統進行設定控制；進位制轉換子程式用於把採集的溫度訊號換算為對應的溫度值；溫控子程式把採集的實際溫度與設定溫度值比較，呼叫PID演算法，輸出控制訊號；報警子程式用於控制非法輸入溫度值。3.4溫度控制系統的數學模型溫度控制系統可採用採用比例積分調節器來校正，按照一定取樣週期採集r(k)和F(k),其偏差值為e(k)=r(k)-F(k)（1）根據偏差值來計算輸出u(k)，其對應差分方程為：u(k)=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)（2）其中：a0=Kp(1+T/T1)a1=Kpe（k）=（rk）-F（k）

3結語

此款基於AT89C51微控制器的水溫控制系統其設計精簡、實用、穩定性高、控制精度高、安全性高，既可以實現大工業生產中的水溫控制，又可以實現家用電器的水溫控制，有著成本低，效能高的優勢。