MCS-51單片機智能溫度控制系統設計

摘 要

單片微型計算機是隨著超大規模集成電路技術的發展而誕生的，由于它具有體積小、功能強、性價比高等特點，把單片機應用于溫度控制中，采用單片機做主控單元，無觸點控制，可完成對溫度的采集和控制的要求。所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節能裝置、機器人、工業控制等諸多領域，使產品小型化、智能化，既提高了產品的功能和質量，又降低了成本，簡化了設計。本文主要介紹單片機在熱處理爐溫度控制中的應用，對溫度控制模塊的組成及主要所選器件進行了詳細的介紹。并根據具體的要求本文編寫了適合本設計的軟件程序。

溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個非常重要的環節。控制精度直接影響著產品質量的好壞。本文研究的電爐是一種具有純滯后的大慣性系統，傳統的加熱爐控制系統大多建立在一定的模型基礎上，難以保證加熱工藝要求。因此本文將模糊控制算法引入傳統的加熱爐控制系統構成智能模糊控制系統。

關鍵詞：單片機；熱處理溫度控制；模糊 PID。

Abstract

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目    錄

第1章  緒論1

1.1  引言1

1.2  控制器發展現狀1

1.2.1  PID 控制器的發展現狀1

1.2.2  模糊 PID 控制2

1.2.3  模糊自整定 PID 控制2

1.3  電爐采用模糊自整定 PID 控制的可行性2

第2章  模糊自整定 PID 控制器的設計4

2.1  模糊推理機的設計4

2.1.1  模糊推理機的結構4

2.1.2  模糊推理機的設計4

2.1.2.1 精確量的模糊化5

2.1.2.2 建立模糊控制規則和模糊關系5

2.1.2.3 輸出信息的模糊決策6

2.2  模糊自整定 PID 控制器6

2.2.1  PID 參數對 PID 控制性能的影響6

2.2.2  模糊自整定 PID 控制器7

2.3  模糊自整定 PID 控制器性能的研究8

2.3.1  Matlab 仿真結構圖8

2.3.2  慣性時間常數的影響9

2.4  仿真結果分析10

第3章  系統硬件和電路設計11

3.1引言11

3.2  系統的總體結構11

3.3  溫度檢測電路12

3.3.1  溫度傳感器12

3.3.2  測量放大器的組成12

3.3.3  熱電偶冷端溫度補償方法13

3.4  多路開關的選擇13

3.5  A/D轉換器的選擇及連接14

3.6  單片機系統的擴展15

3.6.1  系統擴展概述15

3.6.2  常用擴展器件簡介16

3.7  存儲器的擴展17

3.7.1  程序存儲器的擴展17

3.7.1.1只讀存儲器簡介17

3.7.1.2  EPROM2764簡介17

3.7.2  數據存儲器的擴展18

3.7.2.1數據存儲器概述18

3.7.2.2靜態RAM6264簡介19

3.7.2.3數據存儲器擴展舉例19

3.8  單片機I/O口的擴展（8155擴展芯片）20

3.8.1  8155的結構和引腳20

3.8.2  8155的控制字的及其工作方式21

3.8.3  8155與8031的連接22

3.9  看門狗、報警、復位和時鐘電路的設計23

3.9.1看門狗電路的設計23

3.9.2報警電路的設計23

3.9.3復位電路的設計24

3.9.4 時鐘電路的設計25

3.10 鍵盤與顯示電路的設計25

3.10.1 LED數碼顯示器的接口電路25

3.10.2鍵盤接口電路26

3.11 DAC7521數模轉換接口27

3.12 隔離放大器的設計28

3.13 可控硅調功控溫29

3.13.1過零觸發調功器的組成29

3.13.2主要電路介紹30

3.14 單片機開關穩壓電源設計31

第4章  系統軟件設計32

4.1  主要程序的框圖32

4.1.1主程序框圖32

4.1.2鍵盤中斷服務子程序33

4.1.3恒溫及升溫測控子程序34

4.1.4降溫測控子程序35

4.2  模糊自整定 PID 控制算法36

參考文獻39

致謝    41

附錄42