基于单片机的电烤箱温度系统的设计
摘要：本文主要介绍了电烤箱温度系统的设计，此次系统的设计是以单片机作为其主控元件，并利用PID参数温控系统来完成整个系统的设计。温度传感器会实时地检测温度信号，并对其进行处理，令其转化为数字信号，同时将该信号传输给单片机，进而实现对温度的有效控制。整个系统的设计有两部分组成，一是硬件设计，二是软件设计。其中，硬件部分主要是控制元件、温度检测元件、温度控制元件和显示元件等各小部分的电路设计构成。软件部分由显示元件电路、报警、继电器等程序构成。利用本系统可以把温度控制在一个恒定范围，使应用本系统的设备能达到自动控制温度的效果。
关键词：单片机；PID参数控制；自动控温
Electric oven temperature system based on single chip microcomputer
Abstract: This paper mainly introduces the design of the electric oven temperature system, the design of the system is based on the single chip microcomputer as its main control element, and the use of PID parameters temperature control system to complete the design of the whole system. The temperature sensor can detect the temperature signal in real time, process it, and convert it into digital signal. At the same time, the signal is transmitted to the single-chip microcomputer, so as to realize the effective control of temperature. The whole system design has two parts, one is the hardware design, the other is the software design. Among them, the hardware part is mainly composed of control element, temperature detection element, temperature control element and display element. The software part consists of display component circuit, temperature signal detection and conversion, alarm, relay and key control program. The system can be used to control the temperature in a constant range, so that the application of the system equipment can achieve automatic control of the temperature effect.
Keywords：Single chip microcomputer; PID parameter control; automatic Temperature control
第1章 引言
1.1课题来源及研究意义
1.1.1课题来源
近些年来，全球科技发展速度越来越快，信息技术也发展的如火如荼。传统的人力生产也在逐步地转换为自动化生产，其中PLC技术、单片机技术的应用也更加广泛。在日常生活和工业生产当中，大多都涉及到温度的检测与控制这项操作。传统的温度测量方式，主要依靠热电偶或热电阻这一核心部件来实现的，核心思路在于对电压到温度值的换算。这种模式下，相关组件的调试以及设计难度较高，且成本居高不下。在这一背景下，研究者提出，如果使用温度传感器来检测温度，再由单片机对温度进行控制，就可以大幅降低难度。用单片机控制相较于传统方式而言，不仅降低了设计和调试的难度，而且还可以大幅降低制造成本。目前已经具备了多样化的单片机控制系统。
1.1.2研究意义
温度是我们日常生活中最为常见的物理量之一，所以对温度的测量和控制在生活生产的各行各业中有着举足轻重的作用。由于普遍的领域都需要应用到温度的测量，所以温度传感器的数量在众多传感器中是最多的。温度传感器的控制，多以单片机为执行单位的。迄今为止，单片机控制的温度传感器，已经在多个领域得到了广泛的运用，如机械制造、金属冶炼、化工生产等。我们日常生活中的家用加热电器、供暖等方面也可使用单片机控制的温度传感器。
1.2 国内外对于温度控制系统的研究
1.2.1国外的研究
国外在温度控制系统领域的研究起步较早，早在上世纪七十年代便已经有了初步的应用，该领域最早的产品是将检测到的各个参数进行组合，最后以模拟量的形式进行显示，以供操作者直观地读出数值。进入八十年代末期，分布式控制系统逐步登上了历史舞台。随着该领域研究的不断深入，新一代的智能温控仪的面世，在市面上掀起了轩然大波，该仪器实现了温度参数的测量、处理和显示是计算机技术与自动检测技术的有效结合。目前正在研制的是以计算机采集数据与控制的多因子结合的综合控制系统。智能控温器，主要由负责将模拟信号转换为数字信号的AD转换器、将转换的数字信号进行测量或滤波处理的信号处理器和负责对温度参数进行处理的温度传感器还有负责将CPU与各部件之间连接起来的接口电路等几个核心部件所组成。就现阶段而言，以美国等为代表的发达国家，在智能温控系统领域的研究更为深入，远远领先于他国。
1.2.2国内的研究
从客观上来讲，由于特殊历史原因的影响，我国在该领域的研究起步相对较晚，自八零年左右才开始展开研究。在早期研究过程中，主要以国外的温度控制技术为指导，进行模仿式的探究，并在研究过程中逐步增加了一些自主性的研究内容。从现阶段来看，我国在温度控制系统领域的研究，仍然处于从简单应用阶段向综合性应用阶段逐步过渡的状态。因此，我国在该领域，仍然有很长一段路要走。
1.3本文主要的研究内容
1.3.1总体设计的内容
以单片机为主控制器，依靠温度传感器向单片机传输检测到的信号，运用PID算法得出相应参数，对单片机的输出加以控制，调整并选择合适的加热元件输出功率，进而实现智能化的温度控制。
1.3.2总体设计的基本要求
1.表明总体设计的基本思路；
2.各部分要有原理说明；
3.硬件部分的设计要有理有据，主要元件要有原理说明，所有元件必须标明型号和参数；
4.软件部分的设计要和硬件部分结合，必须能在硬件上正确运行。
第2章 单片机的概述
2.1 单片机的定义及特点
单片机，顾名思义，也就是单芯片微型计算机。是将CPU、存储器、I/O接口等部件集成在一块硅片上的微型计算机系统[1]。相比于传统的计算机硬件系统而言，其体型较小，且具备较为完善的功能。通过设置合理的单片机程序，能够较好的完成相应的程序任务。从一定程度上来讲，单片机芯片，是对计算机全部功能的有效集成。
2.2 单片机的工作原理
单片机的工作过程，即执行各项指令的过程。单片机的指令系统，即对单片机需要执行指令的整体规定，包含了单片机需要执行的各种操作命令，是由设计人员所制定的。单片机指令与各项基本操作呈现出一对一的关系，指令系统则是对单片机所能执行全部指令的整体性规定。
单片机编程，主要目的在于设定好相应的程序，进而赋予单片机相应的功能。编程，指的是将一系列指令集合在一起的过程。在这一过程中，存储器发挥出了重要作用，主要表现为预先存放相关指令等功能。存储单元是最小的存储单位，在存储器内，包含了很多个这样的单元。但是其同样具备唯一的地址号，也就是存储单元的地址。因此可以快速识别并取出该存储单元，这一过程被称作存储指令，在此基础上再被执行。[2]
一般而言，会遵循顺序执行程序的操作。因此，在存储器内，往往按照顺序存储相应的指令，执行程序时存储指令的取出也是按顺序进行的。在这一过程中，程序计数器PC的功能是必要的，表现为对指令所在地址进行跟踪。根据指令要求，存储器会自动的、依次的读取各条指令，保证指令顺序执行。
2.3 单片机的应用
由于单片机体积小、稳定性好，因此被应用在生产、生活等领域。单片机的主要用途如下：
1.智能仪器仪表
在该领域中，单片机能实时修正误差和进行线性化处理，使原有的测量仪表更加多功能化。[3]
2.机电一体化产品
在该领域中，以单片机代替原有的控制器，可使机器的智能化程度相较于原来有很大的提高。[3]
3.实时控制
单片机以其强大的实时数据处理和控制的能力，在军工武器、工业生产等领域的控制系统中被普遍采用。[3]
4.家居生活
在该领域中，单片机能有效提升家居电子设备的智能化程度，丰富我们的日常生活。[3]
以电烤箱的温度控制为模型，设计以AT89C52单片机为控制中心的温度控制系统，温度控制采用PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。
1、电烤箱温度可预设，烤干过程为恒温控制，温度控制误差小于正负1度。
2、预置时显示温度，烤干时显示实时温度，显示精度达到1度。
3、温度超出预置温度正负5度时发声报警。
对降温过程的线性没有要求。
目 录
第1章 引言 2
1.1课题来源及研究意义 2
1.2 国内外对于温度控制系统的研究 2
1.3本文主要的研究内容 3
第2章 单片机的概述 4
2.1 单片机的定义及特点 4
2.2 单片机的工作原理 4
2.3 单片机的应用 4
第3章 温度控制系统的硬件结构设计 6
3.1单片机的选型 6
3.2温度传感器的选型 11
3.3 温度控制模块的设计 16
3.4数码管显示模块 17
3.5按键电路设计 20
3.6报警模块电路设计 21
第4章 软件设计 23
4.1 编程语言简介 23
4.2 主程序的设计 23
4.3 温度读取程序的设计 24
4.4 按键扫描程序的设计 25
4.5 报警处理程序的设计 27
4.6 PID控制算法 27
第5章 系统软件的仿真 32
第6章 结论 36
致谢 36
参考文献 37
毕业设计附录目录 37
参考文献
[1] 万志平 徐闽燕. 单片机应用技术 [M]. 杭州：浙江大学出版社，2015.6 1～1
[2]左光宇. 单片机的应用及发展[J]. 科技风, 2018, No.354(22):139+143.
[3] 文武松 杨贵恒 王璐. 单片机实战宝典:从入门到精通 [M]. 北京：机械工业出版社, 2014 3～4
[4] 成友才. 单片机应用技术 [M]. 成都：西南交通大学出版社，2014.1 4～4
[5] 王晓秋. 矿井胶带运输系统硬件设计中AT89C52引脚及时钟电路与复位电路[J]. 科技创业家, 2011.
[6] 李钢, 赵彦峰. 1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J]. 现代电子技术, 2005, 28(21):77-79.
[7] 李建兰, 邵建龙. 数字温度传感器DS18B20的关键时序研究[J]. 电子测试, 2018(1):115～116.
[8] 汪燕. 数码管动态显示教具的设计[J]. 数字技术与应用, 2018, v.36；No.334(4):151～153.
[9] 王冠龙, 崔靓, 朱学军. 基于数字PID算法的温度控制系统设计[J]. 传感器与微系统, 2019, 38(01):92～94+102.
[10] 余瑾,姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J] 微计算机信息 2009（3）：17～23
[11] 王梅红. 基于单片机的温度控制系统设计与仿真[J] 四川兵工学报 2012（2）：67～69
[12] L Dubois. Temperature control by microwave radiometry with narrow band width [J]. EurPhysJ.APP.lPhys，2002：63～68
[13] Shiqian wu，Meng Joo Er and Yang Gao，A Fast Appoach for Automatic Generation of Fuzzy Rules by Generalized DynamicFuzzy Neural Networks [J]. lEEE Transaction on Fuzzy Systens，2001(4)：578～593
毕业设计附录目录
1.电子原理图
2.程序代码
1.电子原理图
