基于AT89C2051单片机的温度控制系统的设计(程序+电路图)☆

摘 要 ：温度控制在工业生产中运用的非常广泛，其控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰。采用一般的控制方法如PID控制，都不能很好地满足要求。而基于AT89C2051单片机的温度控制策略可以很容易的解决这些问题。
以AT89C2051单片机为基础，结合温度传感变送器、A/D转换器、LED显示器、固态继电器等，组成一个基于AT89C2051单片机的温度控制系统。
在此系统中，温度传感变送器获得温度的感应电压，转变成1~5V的标准电压信号，再由A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部。单片机将给定的温度与测量温度的相比较，得出偏差量执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间，达到控制的目的。

关键词：温度控制；单片机；测量变送
 
The Temperature control systemic design based on AT89C2051 MCU
Abstract: Temperature control is used widely in industry production, with large lag and big disturb.  Tradition control method for example PID control method can’t meet the request. AT89C2051 MCU can easily meet these requests.
Using the AT89C2051 single chip computer as the Fuzzy controller, with temperature measure and adjust-convection instrument, A/D transformer, LED displayer, solid switch and so on, form a Temperature control systemic based on AT89C2051 MCU.
In such system, temperature measure and adjust-convection instrument measures the temperature and changed into normative 1~5 voltage signals, the A/D transformer transform the analog signals into digital signals, and introduce into the single chip computer. And the single chip computer educes the control value which based on the difference between the initialization and the measure value. Solid switch with high frequencies used as a executor and use a analog PWM converter, to change the close time in a decided periods, which aimed at control the temperature.

Keywords: Temperature control, Single chip microcomputer, measure and adjust-convection

设计一个温度控制系统具体化技术指标如下。
1. 被控对象可以是电炉或燃烧炉，温度控制在0~100℃，误差为±0.5℃；
2. 恒温控制；
3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度；

本文的工作
详细分析课题任务，设计了电源电路，键盘电路，单片机系统，显示电路，执行器电路，报警电路，复位电路，时钟电路，A/D转换电路等系统。然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件原理图和软件，并进行访真调试。
 
设计思想
实现温度控制的方法有多种，可以用工控机作为控制器，用热电阻测量温度；也可以用单片机作为控制器，用热电偶进行温度测量。当然每一种方案都有其各自的优点。本章详细列举、说明了基于89C2051单片机的温度控制的方案、并画出了其原理方框图，对方案的优缺点进行了分析。

方案
 (1) 硬件组成：单片机、A/D转换器、LED显示器、集成的热电偶温度变送器、固态继电器、大功率发热器。
(2) 工作原理：由集成的热电偶变送器对系统温度进行检测，并完成信号标准化、变送功能。单片机执行控制功能、由固态继电器控制大功率发热器电源的导通与断开，从而达到控制温度的目的。

基于89C2051单片机温度控制系统，利用温度传感变送器，将采样到的温度信号输入到单片机中，再由单片机作为89C2051单片机的控制器，根据测量温度与设定温度的差值和89C2051单片机的算法生成控制信号，控制电炉的通电与断电。整个系统结构紧凑、所用芯片少、控制精度高。在键盘、A/D转换、显示电路上都采用了串行方式，从而减小了单片机口线的使用，也使使用口线小的单片机成为可能，减小了成本开支；电源电路虽未采用流行的开关稳压电源，但也经济实惠，性能稳定。
在软件上，基于89C2051单片机的算法的温度控制系统采用了经典的89C2051单片机的算法，从某个角度上说这种算法优于传统的控制算法，有更稳定、控制精度更高等优点，而控制量的输出上采用了模拟的PWM变换，免去了一级D/A转换器，减小了成本，且简单易行。在程序的编写过程中特别注意了人机的交互性及各种功能的实现，如键盘控制管理程序和89C2051单片机的运算程序都是经过深思熟虑而精心设计，使系统的操作界面更容易让人理解，同时使用键盘输入控制温度，虽然一定程度上增加了程序的复杂性，但同时也使系统的温度更容易设定；加了E2PROM，使系统能够在掉电重启动后继续完成加热。
当然,系统同时也存在几点缺点。在选择89C2051单片机的控制器时用了速度相对较慢的单片机，而没有采用速度更快的工控机，一定程度上降低了采样频率。采用了89C2051，一方面系统更紧凑但同时系统的可扩展性大大降低；采用了经典的89C2051单片机的控制理论。
很显然，基于89C2051单片机的算法的温度控制系统能够满足一般温度控制系统的要求，其有着控制精度高、算法简单、成本低的优点，有着很大的市场前景。当然，如果在其中加入更高级的算法，如89C2051单片机的PID等，再将压力等参数考虑到系统中，且控制范围控大到其它的领域中去，其将有着不可估量的应用前景。











目    录
第一章  绪论………………………………………………………………………………………1
1.1 设计指标 …………………………………………………………………………………1
1.2 本文的工作 ………………………………………………………………………………1
第二章  设计思想 …………………………………………………………………………………3
2.1 设计思想 …………………………………………………………………………………3
2.1 论证分析 …………………………………………………………………………………3
第三章  系统设计 …………………………………………………………………………………5
3.1硬件设计…………………………………………………………………………………………5
  3.1.1 电源电路 …………………………………………………………………………………5
3.1.2 温度检测与变送环节 ………………………………………………………………5
(优秀毕业设计:www.2bysj.cn)
3.1.3 模数转换接口电路 …………………………………………………………………8
　　　3.1.4 单片机最小系统………………………………………………………… …………9
　　  3.1.5 片外数据辅助存储器………………………………………………………………10
3.1.6人机交互接口……………………………………… ………………………………11
　　　3.1.7 执行机构 …………………………………………………………………………14
　　3.2软件设计…………………………………………………………………………………15
3.2.1主程序…………………………………………………………………………… …15
　3.2.2 串行A/D转换芯片的驱动和其输出值的量化……………………………………17
　3.2.3片外I2C E2PROM 驱动和空间分布…………………………………………………20
　3.2.4温度及设定职的显示子程序………………………………………………………20
　3.2.5键盘管理子程序……………………………………………………………………23
　3.2.6定时中断应答子程序………………………………………………………………27
　3.2.7 模糊运算子程序 …………………………………………………………………30
3.3 抗干扰设计与软件调试…………………………………………………………………35
　3.3.1 硬件抗干扰…………………………………………………………………………35
　3.3.2 软件抗干扰设计……………………………………………………………………36
　3.3.3 软件调试……………………………………………………………………………36
第四章 程序清单……………………………………………………………………………… 40
第五章  总  结……………………………………………………………………………………68
致    谢…………………………………………………………………………………… ……69
参考文献 …………………………………………………………………………………………70

 程序清单
;**************************\
;程序名:模糊温度控制系统
;功能:实现了模糊控制的温度控制,温度的显示和设定
;**************************\
    ORG   00H
    LJMP START           ;程序开始 
     ORG   03H
     RETI                ;软件抗干扰
     ORG  0BH
    LJMP INTT0           ;定时器0的中断服务程序
     ORG   13H
     RETI                ;软件抗干扰
     ORG  1BH
   LJMP INTT1           ;定时器1的中断服务程序
ORG  23H
RETI                 ;软件抗干扰
SDA   BIT  P3.0       ;I2C协议定义的两跟线
    SCL   BIT  P3.1       ;SDA(数据),SCL(时钟)
    CS  BIT P3.4           ;A/D转换器的选通线
    LOCK  BIT P3.5        ;E2PROM的写允许线
    OPE   BIT P3.7         ;执行器的输入(控制)
    LINE1 BIT P1.3
    LINE2 BIT P1.2          ;键盘的两跟行线
...