基于单片机的恒温控制系统设计
摘要：本设计的温度测量及加热控制系统以AT89S52单片机为核心部件，
外加温度采集电路、键盘及显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传感器DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制的开关器件。本作品既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到用户需要的温度，并使其恒定在这一温度。人性化的行列式键盘设计使设置温度简单快速，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。建立在模糊控制理论上的控制算法，使控制精度完全能满足一般社会生产的要求。通过对系统软件和硬件设计的合理规划，发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降低了硬件成本，系统操控简便。
关键词：单片机 恒温控制 模糊控制
Abstract: The design of the temperature measurement and
circuit, keyboard and display circuit, order to easily control the solid-state relays for the current temperature in real-time display of temperature can be controlled in order to enable users to reach the required temperature, and make it constant at this temperature. Humanized design keyboard determinant temperature easy Express, the two decimal integer, a display shows a the fuzzy control theory, control algorithms, so that the
control accuracy can meet the general requirements of social production. Through the system software and of rational planning, exert their own single-chip integration of many system-level functional unit of the advantages, does not reduce the functions at the premise of effectively reducing the cost of easy to manipulate. Key words: microcontroller, temperature control, fuzzy control
1.引言
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
2.整体方案设计
本设计的温度测量及加热控制系统以AT89S52单片机为核心部件，外加温度采集电路、键盘及显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传感器DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制的开关器件。实验证明该温控系统能达到0.2℃的静态误差,0.45℃的控制精度,以及只有0.83%的超调量,因而本设计具有很高的可靠性和稳定性。 2.1.方案论证
设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。 方案一：
温度测量及加热系统控制的总体结构如图1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心AT89S52单片机作为微处理器。
数字式温度传感器单片机显示器加热器越限报警控制器键盘 图1：方案一框图
温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样
回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码管实时显示。 方案二： 2.2方案比较
由于方案一涉及的电路相对较多，消耗的功率相对较大，而且单片机采集数据更加方便，便于处理，而且单片机已经成为主流产品。单片机在电路上相对比较简单，而且消耗的功率相对较少，调试也较方便，因此设计
采用了方案二。
3.单元模块的设计
3.1温度采集电路的设计
温度采集电路模块如图2示。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、
温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其中DQ为
数字信号输
入输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。
图2：温度采集电路
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位
符号扩展得
二进制补码读数形式提供，以0.0625℃LSB形式表达，其中S为符号位
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