基于單片機及PC機的溫度控制系統設計
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目前，水溫控制被廣泛應用于食品、醫藥、化工、家電等很多領域，水溫控制的好壞直接影響著產品的品質，因此，水溫控制具有十分重要的意義。本設計的任務與要求為1 L水由1 kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內由人工設定，并能在環境溫度降低時實現自動調整，以保持設定的溫度基本不變。主要性能指標：溫度設定范圍為25．0～100℃，最小區分度為0．1℃，溫度控制的靜態誤差小于或等于0．1℃，用SMC1602A液晶顯示模塊顯示實際水溫和PID控制算法中的三個主要參數Kc、Ti、Td的賦值，用串口調試精靈將PID控制器的輸出和溫度采樣值顯示在PC機上。
1 系統方案
本設計以STC89C52單片機為核心，采用了溫度傳感器DS18B20、RS232標準接口及PID控制算法對溫度進行控制。
該水溫控制系統是一個典型的檢測、控制型應用系統，它要求系統完成從水溫檢測、信號處理、輸入、運算，到輸出控制電爐加熱功率以實現水溫控制的全過程。本設計實現了水溫的智能化控制以及提供完善的人機交互界面及PC機與單片機通信接口，系統由PC機與單片機通信模塊、溫度檢測及其顯示模塊、PID控制算法等模塊組成，其特點在于采用PC機與單片機通信，系統框圖如圖1所示。
2 硬件電路設計
本電路總體設計包括四部分：主機控制部分(STC89C52)、溫度采樣與顯示電路、溫度控制電路、PC機與單片機通信電路。
2．1 主機控制部分
主機控制部分是電路的核心，系統的控制采用單片機89C52。單片機89C52內部有8 KB單元的程序存儲器以及512 B的數據存儲器，因此，系統不必擴展外部程序存儲器和數據存儲器，這樣就可以大大減少系統硬件部分的復雜度。
2．2 溫度采樣與顯示電路
系統的信號采集與顯示電路主要由溫度傳感器DS18B20和SMC1602A液晶顯示模塊兩部分組成。
DS18B20采用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時，僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通信。測溫范圍為-55～+125℃，固有測溫分辨率為0．5℃，工作電源為3～5 V／DC，在使用中不需要任何外圍元件，測量結果以9～12 b數字量方式串行傳送，適用于DN15～25、DN40～DN250各種介質工業管道和狹小空問設備的測溫。
SMC1602液晶顯示器以其微功耗、小體積、使用靈活等諸多優點在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來越廣泛的應用。液晶顯示器通常可分為兩大類，一類是點陣型，另一類是字符型。點陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形；而一般的字符型液晶只有兩行，面積小，只能顯示字符和一些很簡單的圖形，簡單、易控制且成本低。目前，市面上的字符型液晶絕大多數是基于HD44780液晶芯片的，所以控制原理是完全相同的，為HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD通常有14條引腳線(市面上也有很多16條引腳線的LCD，多出來的2條線是電源線VCC(15腳)和地線GND。
2．3 溫度控制電路
此部分電路主要由光電耦合器、三極管和繼電器組成。光電耦合器的耐壓值為400 V，它的輸出級經三極管將功率放大后控制繼電器常開觸點的通斷，從而最終達到控制電爐子的目的，100 Ω電阻與0．01 μF電容組成雙向可控硅保護電路。
2．4 PC機與單片機通信電路
為了使系統具有更好的人機交換界面，在系統設計中我們通過Visual Basic語言設計了微機控制界面。系統與微機的通信大大提高了系統的各方面陛能。
由于單片機89C52串行口為TTL電平，而PC機為RS232電平，因此，系統采用了MAX232電平轉換芯片來進行電平轉換。
因為系統設計了通信功能，即主系統(89C52)和PC機的通信，所以在觀察PID控制器的輸出時更加明顯，很大程度上降低了參數整定的難度。另外，通過可視化窗口能夠看到系統的采樣值。
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