MCS-51单片机驱动的温度自动控制系统

"本系统设计了一个温度自动控制系统，采用MCS-51单片机作为核心控制器，结合精密热电偶温度传感器和AD转换器进行温度信号采集，以及FPGA、双向可控硅和光电耦合器构建的功率控制电路，实现对制冷片的控制。系统使用分段PID控制算法，通过调功法调节木箱内的温度，用户可以通过大屏幕LCD和按键进行交互，设置温度范围在5～35ºC，温度波动控制在±1ºC以内。系统具备实时温度显示、坐标图像绘制和统计信息显示功能。关键词包括MCS-51单片机、控制算法、温度传感器和ADC采样。" 在设计这个温度自动控制系统时，对不同的方案进行了论证与比较。在温度采集模块，首先考虑了电阻式、热电偶式和集成温度传感器。电阻式温度传感器（如Pt电阻）虽然精度高，但易氧化且成本较高，热电偶式在低温端线性度不足，而模拟集成温度传感器LM35因高精度、线性度好和易于数字化处理而被选中。 在控制算法方面，比较了PID、模糊控制和分段PID控制。PID算法因其灵活性和调试便利性被广泛应用，模糊控制虽然简化了模型建立，但稳定性较低。分段PID控制则结合了两者的优点，既能精确控制又能简化参数调整。PID控制的核心是比例、积分和微分三个参数，通过它们的线性组合来调整控制效果。 系统的前级信号采集电路由精密热电偶温度传感器负责获取温度数据，这些数据经过AD转换器转换成数字信号，供MCS-51单片机处理。后向功率控制电路由FPGA、双向可控硅和内置过零检测的光电耦合器组成，用于控制制冷片的工作，从而精确调节木箱内的温度。 人机交互界面采用了大屏幕点阵式LCD，不仅可以显示当前温度，还能绘制温度变化的坐标图，提供直观的统计信息。用户可以通过按键设置温度范围，并能观察到系统在设定范围内稳定运行时，温度波动在±1ºC的范围内，确保了良好的控制效果。 这个温度自动控制系统利用先进的硬件和控制算法实现了精确、高效的温度控制，同时提供了友好的用户界面，是温度控制领域的一个实用案例。