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单片机毕业设计选题基于单片机的炉温度控制系统

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前言

💗博主介绍:✌全网粉丝10W+,CSDN特邀作者、博客专家、CSDN新星计划导师,一名热衷于单片机技术探索与分享的博主、专注于 精通51/STM32/MSP430/AVR等单片机设计 主要对象是咱们电子相关专业的大学生,希望您们都共创辉煌!✌💗
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单片机设计精品实战案例
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概要

  
基于单片机的PID炉温度控制系统设计概要可以归纳如下:

一、系统概述
目标:设计并实现一个基于单片机的PID炉温度控制系统,通过精确控制加热元件的功率,使炉内温度稳定在设定的目标温度上。

应用场景:该系统适用于需要精确控制温度的加热炉,如工业热处理、实验室加热、食品加工等领域。

二、系统组成

  1. 单片机控制模块
    核心单片机:选用性能稳定、运算能力强的单片机,如STC89C52、AT89S52或STM32等。单片机作为系统的控制核心,负责接收温度信号、执行PID算法并输出控制信号。
    外围电路:包括电源电路、复位电路、时钟电路等,为单片机提供稳定的工作环境。
  2. 温度传感器模块
    温度传感器:选用高精度、快速响应的温度传感器,如DS18B20、热电偶或热电阻等。温度传感器负责实时监测炉内温度,并将温度信号转换为电信号输出给单片机。
  3. 执行机构模块
    执行机构:如电阻丝、电热管等加热元件,根据单片机输出的控制信号调节加热功率。
    驱动电路:设计适当的驱动电路,将单片机的控制信号转换为加热元件的驱动信号。
  4. 显示与交互模块(可选)
    显示模块:如LCD显示屏,用于实时显示炉内温度、设定温度及控制状态等信息。
    按键模块:用于用户输入控制指令,如设定温度、启动/停止加热等。
    三、PID控制算法
    PID算法原理:PID控制算法包括比例(P)、积分(I)和微分(D)三个环节,通过调整这三个环节的增益系数(Kp、Ki、Kd),实现对温度偏差的精确控制。
    实现方式:在单片机上实现PID控制算法,根据温度传感器的实时反馈值与目标值之间的偏差,通过PID算法计算出相应的控制量,并输出到执行机构。
    四、系统设计流程
    需求分析:明确系统需要达到的控制精度、稳定性及响应时间等要求。
    硬件设计:
    选用合适的单片机和温度传感器。
    设计单片机外围电路、温度传感器接口电路和执行机构驱动电路。
    (可选)设计显示与交互模块电路。
    软件设计:
    编写单片机控制程序,包括温度采集、PID算法实现、控制信号输出等。
    (可选)编写显示与交互程序,实现温度显示和用户输入控制。
    系统调试:
    对硬件电路进行调试,确保各模块正常工作且信号传输准确。
    对PID算法和温度控制程序进行调试,验证控制逻辑的正确性和稳定性。
    系统测试:
    进行功能测试、性能测试和稳定性测试,确保系统满足设计要求。
    根据测试结果调整PID参数,优化系统控制效果。
    五、关键技术点
    单片机选型与编程:根据项目需求选择合适的单片机型号,并使用C语言等编程语言编写控制程序。
    温度传感器选型与接口设计:选用高精度的温度传感器,并设计合适的接口电路,确保温度信号的准确传输。
    PID算法实现与优化:在单片机上实现PID控制算法,并通过调试和测试优化PID参数,提高系统的控制精度和稳定性。
    硬件与软件的协同工作:确保硬件电路与软件程序之间的协同工作,实现温度信号的实时采集、处理和控制。
    六、结论
    基于单片机的PID炉温度控制系统设计是一个综合性的项目,结合了硬件与软件的设计。通过该系统,可以实现对炉内温度的精确控制,满足工业生产和科研实验等领域对温度控制的需求。该系统具有控制精度高、稳定性好、响应速度快等优点,可广泛应用于各种需要精确控制温度的加热炉中。

功能设计

功能:使用PID算法对炉温进行功能,可以设定目标温度,通过PID调节控温装置,使其实际温度达到目标温度。用按键实现目标温度的设定。

电路:单片机电路、温度传感器电路、示波器电路、控温装置、按键电路、液晶显示电路

资料:仿真电路、程序、元器件清单等资料

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设计思路

设计思路
文献研究法:搜集整理相关单片机系统相关研究资料,认真阅读文献,为研究做准备;

调查研究法:通过调查、分析、具体试用等方法,发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法;

比较分析法:比较不同系统的具体原理,以及同一类传感器性能的区别,分析系统的研究现状与发展前景;

软硬件设计法:通过软硬件设计实现具体硬件实物,最后测试各项功能是否满足要求。

本系统原理图设计采用Altium Designer19,具体如图。在本科单片机设计中,设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus,由于Altium Designer功能强大,可以设计硬件电路的原理图、PCB图,且界面简单,易操作,上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境,用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术,能够很好的满足本次设计需求。

Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一,通过设计出硬件电路图,及写入驱动程序,就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外,protues还能实现PCB的设计,在仿真中也可以与KEIL实现联调,便于程序的调试,且支持多种平台,使用简单便捷。
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效果图

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程序

#include <reg52.h>         //调用单片机头文件
#define uchar unsigned char  //无符号字符型 宏定义变量范围0~255
#define uint  unsigned int //无符号整型 宏定义变量范围0~65535
#include <intrins.h>

sbit K1=P1^0;
sbit K2=P1^1;

sbit K3=P1^2;
sbit K4=P1^3;

sbit beep = P1^7;   
sbit SH = P3^5;
sbit ST = P3^6;
sbit DS = P3^7;

uchar num_jin;
uchar num_chu;
uchar num_car;

#include "lcd1602.h"

/***********************1ms延时函数*****************************/
void delay_1ms(uint q)
{
uint i,j;
for(i=0;i<q;i++)
for(j=0;j<120;j++);
}

void write_74hc595(unsigned int num)
{
int i;
ST = 0;
for(i=0; i<16; i++)
{
SH = 0;
if (num & 0x0001)
{
DS = 1;
}
else
{
DS = 0;
}
SH = 1;
num >>= 1;
}
ST = 1;
}

unsigned int num_2_led(unsigned int num)
{
int i;
unsigned int ret=0;
if (num > 16) 
    return 0xFFFF;
for(i=0;i<num;i++)
{
ret |= 1<<i;
}
return ret;
}



/***************主函数*****************/
void main()
{
    init_1602();
    write_string(1,0,"Jin:    Chu:");
    write_string(2,0,"Car:      P:");
write_sfm2(1,4,num_jin); 
write_sfm2(1,12,num_chu);  
write_sfm2(2,4,num_car); 
write_sfm2(2,12,16-num_car);  
write_74hc595(0);
while(1)
{
key();
}
}


文章目录

目 录

摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 25


原文地址:https://blog.csdn.net/QQ1928499906/article/details/142656199

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