单片机控制温度加热系统标准设计.doc

长 春 工 业 大 学毕业设计、毕业论文 题 目 单片机控制温度加热系统设计学 院 电气和电子工程学院 专业班级 指导老师 姓 名 年 月 日摘要在日常生活及工业生产过程中，常常要用到温度检测及控制，温度是生产过程和科学试验中普遍而且关键物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必需对它关键参数，如温度、压力、流量等进行有效控制。温度控制在生产过程中占有相当大百分比。温度测量是温度控制基础，技术已经比较成熟。该设计介绍了一个利用单片机AT89C51组成高精度温度控制系统，从硬件和软件两方面介绍了单片机温度控制系统设计思绪。着重介绍了硬件原理图和程序框图。叙述了系统工作原理、设计及实现。由DS18B20温度传感器芯片测量目前温度，并将结果送入单片机。然后经过AT89S51单片机对送来温度进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。最终，由1602液晶显示器将温度显示出来。它能够实时显示和设定温度，实现对温度自动控制，当温度值超出上、下限时自动报警，实现了系统结构简单、性能可靠、控制精度高。同时系统含有扩展性好，分辨率高，测量范围宽，抗干扰性强等特点。 关键词： 51单片机 传感器 DS18B20 ABSTRACTThe detection and control of temperature is often used in daily life and industrial production process, temperature is one of the important physical parameters of the production process and scientific experiments generally. During the production process, in order to carry out the production efficiently, we must control its main parameters well, such as temperature, pressure and so on .Temperature control in the production processes a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperature-controlling and a more mature technology.A precision temperature control system used AT89C51 SCM and the hardware circuit and software of this system are introduced. Schematic diagram of the hardware and procedures is related in emphasis. Working principle, design and implementation is elaborated. The current temperature is measured by DS18b20 temperature sensor and the results is transported into SCM .Then ,the temperature is calculated and the conversion results is transported into the liquid crystal display modules 1602 on show .It can display current temperature which is set randomly and controlled flexibility, and the temperature control.When the temperature is beyond the upper and lower limits of temperature, the alarm system starts automatically. What is realized in this system is simple structure, reliable performance and high precision control. The system is in good scalability，high-resolution，wide range，anti-interference performance and so on Key Words: 51-series microcomputer Sensor DS18B20 目 录第一章 绪 论11.1 课题意义11.2 中国外研究情况和发展趋势11.2.1温度检测技术介绍11.2.2温度检测技术发展31.3 课题研究方案41.3.1 课题关键研究内容41.3.2用单片机实现其具体控制功效4第二章 方案论证52.1题目分析52.2总体方案选择52.2.1方案一 热敏电阻加A/D52.2.2方案二 数字传感器52.3硬件电路方案选择62.3.1显示器选择62.3.2温度传感器选择62.3.3单片机选择72.3.4按键电路设计72.3.5 固态继电器选择82.4软件方案选择10第三章 硬件电路设计113.1硬件系统框图113.2 AT89C51功效简述113.2.1 关键特征113.2.2特征概述123.2.3 芯片擦除123.2.4 89C51管脚说明133.3 EPROM2764功效简述153.4 RAM6264功效简述163.5 74LS373功效简述173.6 温度传感器DS18B20工作原理183.6.1 DS18B20概述183.6.2 DS18B20关键特征183.6.3 DS18B20工作过程193.6.4 DS18B20测温原理203.6.5温度检测电路设计223.7 时钟电路223.8复位电路233.9显示电路253.9.1 移位寄存器芯片74LS164253.9.2 七段LED数码管263.10 加热主电路273.11系统电源283.12 报警电路28第四章 PID控制算法304.1 控制算法PID原理和特点304.2 控制算法PID优点314.3 控制算法PID参数整定33第五章 软件系统步骤图345.1 主程序步骤345.2 DS18B20度温度子程序步骤355.3 PID算法子程序365.4 键盘程序37总 结38致 谢39参 考 文 献40附录1： 程序清单42附录2：系统原理图55第一章 绪 论1.1 课题意义现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制全部起着关键作用，早期温度控制关键用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提升生产效率，产品质量之用。伴随大家生活质量提升，现代社会中温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房和家庭生活中，在有些应用中，如高精度生产厂房，对温度要求极其严格，温度改变极有可能对生产产品造成极大影响。所以，这就需要一个能够立即检测温度改变和温度改变设备，提供温度数据值，使大家对温度改变做立即调整，多点温度控制可依据大家不一样应用环境自行设置该环境温度值，立即反应生产，生活中温度改变使大家能立即看到温度改变第一手资料，提醒大家温度改变情况，帮助大家能立即调整，起到温度报警作用，使温度控制愈加好服务于社会生产，生活。 温度是表征物体冷热程度物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很关键而普遍参数。温度测量及控制对确保产品质量、提升生产效率、节省能源、生产安全、促进国民经济发展起到很关键作用。因为温度测量普遍性，温度传感器数量在多种传感器中居首位。而且伴随科学技术和生产不停发展，温度传感器种类还是在不停增加丰富来满足生产生活中需要。在单片机温度测量系统中关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中关键被控参数之一。所以，单片机温度测量则是对温度进行有效测量，而且能够在工业生产中得到了广泛应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等关键工业领域中，担负着关键测量任务。采取MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅含有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且能够大幅度提升被控温度技术指标，从而能够大大提升产品质量和数量。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等多种家庭室温测量及工业设备温度测量场所。1.2 中国外研究情况和发展趋势1.2.1温度检测技术介绍 一、伴随中国外工业日益发展，温度检测技术也有了不停进步，现在温度检测使用方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包含以下多个方法1 ： 1.利用物体热胀冷缩原理制成温度计，利用此原理制成温度计大致分成三大类。 （1）玻璃温度计，它是利用玻璃感温包内测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等)受热膨胀、遇冷收缩原理进行温度测量； （2）双金属温度计，它是采取膨胀系数不一样两种金属牢靠粘合在上一起制成双金属片作为感温元件，当温度改变时，一端固定双金属片，因为两种金属膨胀系数不一样而产生弯曲，自由端位移经过传动机构带动指针指示出对应温度； （3）压力式温度计，它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等)随温度改变，压力发生对应改变，用弹簧管压力表测出它压力值，经换算得出被测物质温度值。2.利用热电效应技术制成温度检测元件 利用此技术制成温度检测元件关键是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛检测元件。热电偶含有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。 常见热电偶有以下多个。（1）镍铬-镍硅，型号为WRN，分度号为K，测温范围0-900，短期可测1200。 （2）镍铬-康铜，型号为WRK，分度号为F，测温范围0-600，短期可测800。 （3）铂铑-铂，型号为WRP，分度号为S，在1300以下温度可长久使用，短期可测1600。 （4）铂铑 30铂铐6，型号为 WRR，分度号为B，测温范围300-1600，短期可测1800。3.利用热阻效应技术制成温度计用此技术制成温度计大致可分成以下多个。（1）电阻测温元件，它是利用感温元件（导体）电阻随温度改变性质，将电阻改变值用显示仪表反应出来，从而达成测温目标。现在常见有铂热电阻(分度号为Pt100、Pt10两种)和铜热电阻(分度号有Cu50、Cu100两种)。 （2）导体测温元件，它和热电阻温阻特征刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。 （3）陶瓷热敏元件，它实质是利用半导体电阻正温特征，用半导体陶瓷材料制作而成热敏元件，常称为PCT或NCT热敏元件。PCT热敏元件分为突变型及缓变型二类。突变型PCT元件温阻特征是当温度达成顶点时，它阻值忽然变大，有限流功效，多数用于保护电器。缓变型PCT元件温阻特征基础上随温度升高阻值慢慢增大，起温度赔偿作用。NCT元件特征和PCT元件突变特征刚好相反，即随温度升高，它阻值减小。二、多年来，在温度检测技术领域，多个新检测原理和技术开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不停出现和完善化。1.晶体管温度检测元件 半导体温度检测元件是含有代表性温度检测元件。半导体电阻温度系数比金属大12个数量级，二级管和三极管PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了多种温度检测元件。2.核磁共振温度检测器 所谓核磁共振现象是指含有核自旋物质置于静磁场中时，当和静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而降低原理研制成温度检测器，称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，能够测量出千分之一开尔文，而且输出频率信号适于数字化运算处理，故是一个性能十分良好温度检测器。在常温下，可作理想标准温度计之用。3.信息技术时代自动化系统中温度检测仪表 现代工业过程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现新一代自动控制系统。现场总线是安装在制造或过程区域现场装置和控制室内自动装置之间数字式、串行、多点通信数据总线。全部现场仪表均接到现场总线上。在这么系统中，通常不应使用多种不一样输出温度计，必需将输出转变成统一电信号，这么“温度计”就变成了“温度变送器”。在现场总线控制系统中温度变送器关键是热电偶变送器和热电阻变送器，也有辐射温度变送器。1.2.2温度检测技术发展生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域大趋势，要实现这些功效，必需借助于工业计算机、现场网络及开放工业数据库。利用优异技术手段监测多种复杂生产环境被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，能够有效地提升生产和管理自动化水平。温度追踪测量（也能够称作是温度分布测定技术）是一个利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理一门新技术，是在生产过程中统计和说明热加工产品和空气温度关系技术，追踪测量得到数据被显示为图表或数字。这个过程最简单形式就是它能够告诉生产者所生产产品温度、保持这个温度有多长时间和在什么时间达成了什么温度。经过分析数据，生产人员能够确保产品达成最好质量、处理产品存在问题、优化生产工艺路线及节省能耗。1.中国外温度检测技术动向 (1)扩展检测范围 现在工业上通用温度检测范围为-2003000，现在后要求能测量超高温和超低温。尤其是液化气体极低温度检测更为迫切，如10K以下温度检测是目前关键研究课题。 (2)扩大测温对象 温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。 (3)发展新型产品 利用以前检测技术生产出适应于不一样场所、不一样工况要求新型产品，以满足用户需要。同时利用新检测技术制造出新产品。 2.中国外温度检测发展趋势 依据上述要求，中国外温度仪表制造商将向以下几方面发展： (1)继续生产量大面广传统温度检测元件，如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。 (2)加强新原理、新材料、新加工工艺开发。如最近已经开发炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。 (3)向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要含有检测功效，又要含有判定和指令等多功效，采取微机向智能化方向发展，向机电一体化方向发展。1.3 课题研究方案1.3.1 课题关键研究内容此次所要研究课题是基于单片机控制水温控制系统设计，关键是介绍了对水箱温度显示、控制及报警，实现了温度实时显示及控制。水箱水温控制部分，提出了用DS18S20、AT89C51单片机及LED硬件电路完成对水温实时检测及显示，利用DS18S20和单片机连接由软件和硬件电路配合来实现对加热电阻丝实时控制及超出设定上下限温度报警系统。而炉内温度控制部分，采取一套PID闭环负反馈控制系统，由DS18S20检测炉内温度，用中值滤波方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最终检测信号，并在LED中显示。控制器是用89C51单片机，用PID算法对检测信号和设定值差值进行调整后输出控制信号给实施机构，去调整电阻炉加热功率，从而控制炉内温度。它含有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点2-1，尤其适合于组成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18S20全部有唯一产品号，能够一并存入其ROM中，方便在组成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率起源于数据总线，该总线本身也能够向所挂接DS18S20供电，而且不需要额外电源。同时DS18S20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地组成温度检测系统。而且利用此次设计关键实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超出设定门限值时自动开启加热装置等功效。而且还要以单片机为主机，使温度传感器经过一根口线和单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度监测和控制。1.3.2用单片机实现其具体控制功效 1.用单片机AT89C51控制，能够连续测量水温度值，用十进制数码管来显示水实际温度。 2.能够设定水温度值，设定范围是小于等于100度 3.温度控制精度：设定值1度第二章 方案论证2.1题目分析利用单片机结合温度传感器实现对水温进行控制，加热范围：T=10100，控制精度：1，加热功率:P=5kw,择对应控制算法。2.2总体方案选择2.2.1方案一 热敏电阻加A/D测温电路设计，能够使用热敏电阻之类器件利用其感温效应，在将随被测温度改变电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就能够用单片机进行数据处理，在显示电路上，就能够将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。2.2.2方案二 数字传感器在温控系统中，直接采取数字传感器DS18B20，因为它体积更小、适用电压更宽、更经济现场温度直接以“一线总线数字方法传输，大大提升了系统抗干扰性。适合于恶劣环境现场温度测量，系统里安放一个DS18B20悬挂于水箱中间.经过这这个回馈温度和设定温度相比较得到偏差，后输出控制脉冲，该控制脉冲经过触发三极管，使之触发，使固态继电器导通，程序控制同时触发脉冲来临时间，从而控制继电器通断时间，以达成对电热阻丝温度调整和功率改变实现对水恒温和升温控制。系统硬件电路由温度检测、单片机和键盘/显示器、固态继电器控制电路等部分组成图2-1所表示。图2-1系统控制方案框图总而言之两种方案，该设计选择方案二比较适宜。2.3硬件电路方案选择2.3.1显示器选择 LED显示器和LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，全部更具优势已取消到该网页导航。利用LED技术，能够制造出比LCD更薄、更亮、更清楚显示器2-2，而具体对比以下：1、LED和LCD功耗比大约为1:10，LED更节能。 2、LED拥有更高刷新速率，在视频方面有愈加好性能表现。 3、LED提供宽达160视角，能够显示多种文字、数字、彩色图像及动画信息，能够播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号。 4、LED显示器单个元素反应速度是LCD液晶屏1000倍，在强光下也能够照看不误，而且适应零下40度低温。 综上所以用LED作为显示器2.3.2温度传感器选择（1）数字温度传感器经典数字温度传感器如DS18B20，该传感器关键特征以下： 1.数据线供电是寄生电源方法下供电方法，电压适应范围更宽，电压范围：3.05.5V； 2.DS18B20在和微处理器连接仅仅需一条总线即就能够实现DS18B20和微处理器双向通信，它单线接口方法十分特殊； 3.DS18B20能够支持多个点组网功效，多个DS18B20可并联在唯一总线上，能够实现组网多点测温；4.转换电路及全部传感器元件就像一只三极管集成在集成电路内，DS18B20在使用时候不需要任何外围元件；5.在-10+85时精度为0.5，测温范围55+125；6.可分辨温度依次为0.5、0.25、0.125和0.0625，相对应能够编程分辨率是912位，可实现高精度测温；7.12位分辨率时最多在750毫秒内把温度值转换为数字，在9位分辨率时最多在 93.75毫秒内把温度转换为数字，速度愈加快8.负压特征：接反电源极性时，芯片不会因发烧而烧毁，但不能正常工作（2）热电阻温度传感器热电阻测量精度高,性能稳定,使用方便,测量范围宽,在高精度、低温测量中占相关键地位。热电阻传感器关键用于中低温度(-200+650或850)范围温度测量。常见工业标准化热电阻有铂热电阻和铜热电阻。铂电阻传感器是利用金属铂(Pt)电阻值随温度改变而改变物理特征而制成温度传感器。以铂电阻作为测温元件进行温度测量关键是要能正确地测量出铂电阻传感器电阻值。铂电阻含有适用范围广、测量范围大、稳定性高、反复性好、价格低廉、使用方便等优点，成为现在工业和试验室中温度测量应用最广泛普遍传感元件之一，工业中应用较多热电阻传感器如Pt100。（3）两种方案选择对比上述两种方案，即使Pt100测量温度范围比较大，不过因为其测温原理是电阻值伴随温度改变而改变，需要设计很优良温度采集电路，其中应包含测温部分，线性化部分，放大部分，A/D转换部分，这就会使外围电路愈加复杂。DS18B20是数字式温度传感器，只需一根总线就能够和单片机通信，是外围电路大大简化，测量精度更正确。所以本控制器设计中，温度传感器拟选择DS18B20作为温度采集传感器 2.3.3单片机选择此次设计采取是AT89C51型号单片机，AT89C51是一个低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，而且在其片种还有4k字节在线可反复编程快擦快写程序存放器，能反复写入/擦除1000次，数据保留时间为十年2-3。它和MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全替换MCS-51系列单片机，而且能使系统含有很多MCS-51系列产品没有功效。AT89C51可组成真正单片机最小应用系统，缩小系统体积, 增加系统可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4k, 四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒, 仅为8751/87C51 擦除时间百分之一，和8751/87C5112V电压擦写相比, 不易损坏器件, 没有两种电源要求，改写时不拔下芯片，适合很多嵌入式控制领域。AT89C51 芯片提供三级程序存放器锁定加密，提供了方便灵活而可靠硬加密手段, 能完全确保程序或系统不被仿制。另外,AT89C51还含有MCS-51系列单片机全部优点3。1288 位内部RAM, 32 位双向输入输出线, 两个十六位定时器/计时器, 5个中止源, 两级中止优先级, 一个全双工异步串行口立即钟发生器等。AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置, 当外围器件仍然处于工作状态时, CPU可依据工作情况适时地进入睡眠状态, 内部RAM和全部特殊寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中止所终止或经过硬件复位。掉电模式是VCC电压低于电源下限, 当振荡器停止振动时, CPU 停止实施指令。该芯片内RAM和特殊功效寄存器值保持不变, 一直到掉电模式被终止。只有VCC电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后，经过硬件复位、掉电模式可被终止。2.3.4按键电路设计单片机检测按键原理 ：单片机I/O口即能够作为输出也能够作为输入使用当该检测按键使用是它输入功效，我们把按键其中一端接地，另一段和单片机I/O口相连，开始时先给I/O口赋一个高电平，然后让单片机一直不停循环检测该I/O口是已经否变为了低电平，若是按键闭合，就相当于此I/O口经过按键接地了，变成低电平，程序假如检测到I/O口变为了低电平就说明该按键已被按下，然后就实施对应指令和程序1.矩阵式键盘接口矩阵式键盘（也称行列式键盘）适适用于按键数目较多场所，它由行线和列线组成，按键在行列交点上。一个33行列结构能够组成一个有9个按键键盘。同理，一个44行列结构能够组成一个16键键盘，很显著，在按键数量较多场所，矩阵式键盘和独立式键盘相比，要节省很多I/O口线。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线经过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将因为此行线相连列线电平决定。列线电平假如为低电平，则行线电平为低电平，列线电平假如为高电平，则行线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下关键所在。因为矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列电平。所以各按键相互将相互发生影响，所以必需将行列信号配合起来比做合适处理，才能确定闭合键位置，本系统只用到四个按键不予选择。2. 独立式按键接口独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上按键工作状态不会影响其它输入线上工作状态。所以，经过检测输入线电平状态能够很轻易判定哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适适用于按键较少或操作速度较高场所。因为本系统只用到了四个按键所以选择这种按键方法即可。总而言之此次设计键盘共有4个键，采取软件查询和外部中止相结合方法来设计，当某个键按下时候低电平有效，四个键分别为K1K4。K1复位键，K2功效转换键，K3加一键，K4减一键。2.3.5 固态继电器选择本设计中采取是固态继电器（SSR）是一个无触点通断功率型电子开关，又称固态开关。固态继电器关键特点有：输入功率小：因为其输入端是采取光电耦合器，其驱动电流仅需几毫安便能可靠地控制，所以直接用TTL、HTL、CMOS等集成驱动电路控制。高可靠性：因为其结构上无可动触部件，且采取全塑料密闭式封装，所以SSR开关时无抖动和回跳现象，无机械噪声，同时能耐潮、耐振、耐腐蚀；因为无触点火花，可用在有易燃易爆介质场所。低电磁噪声：交流型SSR在采取了过零触发技术后，电路含有零电压开启、零电流关断特征，可使对外界和本系统射频干扰减低到最低程度。能承受浪涌电流大：其数值可为SSR额定值610倍。对电源电压适应能力强：交流型SSR负载电源能够在30220V范围内任选。抗干扰能力强：因为输入和输出之间采取了光电隔离，割断了二者电气联络，避免了输出功率负载电路对输入电路影响。另外又在输出端附加了干扰抑制网络，有效地抑制了线路中dV/di和di/dt影响。综合以上特点，系统采取 交流-过零-常开 式固态继电器。过零触发型ACSSR为四端器件，其内部电路图2-2所表示。1、2为输入端，3、4为输出端。R0为限流电阻，光耦合器将输入和输出电路在电气上隔离开，V1组成反相器，R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路，UR为双向整流桥，由V3和UR用以取得使双向晶闸管V4开启双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，分别用来保护V3和V4，R8和C组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有尖峰电压或浪涌电流，预防对开关电路产生冲击或干扰。 图2-2 SSR内部机构图要指出是所谓“过零”并非真必需是电源电压波形零处，而通常是指在1025V或-(1025)V区域内进行触发，图2-3所表示。图中交流电压分三个区域，区为-10V+10V范围，称为死区，在此区域中加入输入信号时不能使SSR导通。区为1025V和-(1025)V范围，称为响应区，在此区域内只要加入输入信号，SSR立即导通。区为幅值大于25V范围，称为抑制区在此区域内加入输入信号，SSR导通被抑制。 、图2-3 过零固态继电器波形当输入端未加电压信号时，光耦合器光敏晶体管因未接收光而截止，V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时SSR关闭。当加入输入信号时，光耦合器中发光二极管发光，光敏晶体管饱和，使V1截止。此时若V3两端电压在-(1025)V或1025V范围内时，只要合适选择分压电阻R4和R5，就可使V2截止，这么使V3触发导通，从而使V4控制极上得到从R6URV 3URR7或反方向触发脉冲，而使V4导通，使负载接通交流电源。而若交流电压波形在图2-3中区内时，则因V2饱和而抑制V3和V4导通，而使SSR被抑制，从而实现了过零触发控制。因为1025V幅值和电源电压幅值相比可近似看作“零”。所以，通常就将过零电压粗略地定义为025V，即认为在此区域内，只要加入输入信号，过零触发型ACSSR全部能导通。本系统当固态继电器有控制信号输入时，过零触发型固态继电器总是在交流电源电压为零周围使双向可控硅导通。在设定周期范围内，将双向可控硅接通多个周波，然后断开多个周波，经过改变双向可控硅在设定周期内通断时间百分比改变加热功率，实现水温自动控制2.4软件方案选择当今闭环自动控制技术全部是基于反馈概念以降低不确定性。反馈理论要素包含三个部分：测量、比较和实施。测量关键是被控变量实际值，和期望值相比较，用这个偏差来纠正系统响应，实施调整控制。在工程实际中，应用最为广泛调整器控制规律为百分比、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调整。PID（百分比（proportion）、积分（integral）、导数（derivative）控制器作为最早实用化控制器已经有近百年历史，现在仍然是应用最广泛工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需正确系统模型等先决条件，所以成为应用最为广泛控制器。所以此次设计采取传统PID控制，比较实际温度和水温得到偏差，经过对偏差处理取得控制信号来调整固态继电器，经过继电器通断实现对加热系统控制，从而调整水温度。第三章 硬件电路设计3.1硬件系统框图依据温度控制系统功效，系统硬件系统结构图3-1所表示：图 3.1 硬件系统框图3.2 AT89C51功效简述AT89C51是一个带4K字节FLASH存放器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一个带2K字节闪存可编程可擦除只读存放器单片机。单片机可擦除只读存放器能够反复擦除1000次4-1。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造，和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪速存放器组合在单个芯片中，ATMELAT89C51是一个高效微控制器，AT89C051是它一个精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一个灵活性高且价廉方案。3.2.1 关键特征1）.和MCS-51 兼容2）.4K字节可编程闪烁存放器3）.寿命：1000写/擦循环4）.数据保留时间：5）.三级程序存放器锁定6）.1288位内部RAM7）.32可编程I/O线8）.两个16位定时器/计数器9）.5个中止源10).可编程串行通道11).低功耗闲置和掉电模12).片内振荡器和时钟电路13).全静态工作：0Hz-24MHz3.2.2特征概述AT89C51 提供以下标准功效：4k字节Flash闪速存放器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中止结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方法停止CPU工作，但许可RAM，定时/计数器，串行通信口及中止系统继续工作。掉电方法保留RAM中内容，但振荡器停止工作并严禁其它全部部件工作直到下一个硬件复位5. 3.2.3 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位电擦除可经过正确控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存放字节被反复编程以前，该操作必需被实施。另外，AT89C51设有稳态逻辑，能够在低到零频率条件下静态逻辑，支持两种软件可选掉电模式4-2。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中止系统仍在工作。在掉电模式下，保留RAM内容而且冻结振荡器，严禁所用其它芯片工作，直到下一个硬件复位为止。3.2.4 89C51管脚说明 AT89C51管脚图如3-2所表示：图3-2 AT89C51管脚图1）.VCC：供电电压。2）.GND：接地。3).P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高。4).P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 5).P2口：P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存放器进行读写时，P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6).P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。7).P3口也可作为AT89C51部分特殊功效口，以下所表示： 口管脚 备选功效 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.