该系统为一温度控制系统，由于无法确切确定电炉的物理模型，我们采用作t-T(时间-温度)曲线的方法，通过数值分析用三阶多项式拟合t-T曲线。由于采用计算机递归计算，阶数的多少不影响计算的复杂性，所以用三阶多项式拟合。设t(m)=a3m3+a2m2+a1m+a0式中t为时间，m为温度，a3、a2、a1、a0可以通过t-T曲线求出。由于多项式不能完全符合t-T曲线，存在着误差，假设误差为e，m是t-T曲线中的温度，对该误差采用回归递推AR模型进行运算。该模型形式如下：
e(m)=p1e(m-1)+p2e(m-2)+De(m-3)
其中De(m)为白噪声。对此式进行最小二乘法估计，求出参数p1、p2。为简化起见，忽略De(m)得
通过矩阵运算可以求出p1、p2的值，得出整个系统的数学模型为：t(m)+e(m)。在温度控制程序中通过递推即可达到控制目的。实际系统中，温控变量与环境温度有关，所以对不同的设定值，a3、a2、a1、a0可以巧耐灶适当调整，经过程序验证，该方法获得比较理想的效果。
三、方案的比较和实现
1、硬件系统设计
由前面的理论分析可见，本系统是一个典型的闭环控制系统。通过控制算法，对被控制对象中的加热元件电炉丝的平均功率进行控制，达到对水温控制孝扮的目的。系统中采用一片Intel8031单片处理器作为主控制器，前向通道为测温部分，后向通道为控制部分。通过按键和数码显示进行人机交互，通过RS232串行通信接口同PC联机进行温度图形化显示打印。
⑴ 测温部分 用于采集被控对象的温度参数。测温部分由温度电压转换，小信号放大及A/D转换三部分组成。
实际情况下，一般IC温度传感器的精度只有0.7℃～1℃，不符合本题亩睁目的静态误差0.2℃的要求。而电阻传感器的精度可以达到0.1℃，符合本题目要求。温度传感器是整个控制系统获取被控对象特征的重要部件，这里采用Cul00铜热阻作为温度传感器，其特征参数实测如图1所示。由特性曲线可见，这种热阻探头在系统测量的温度范围内线性特性良好，适用于温度采样使用。
图2 测量分部电路
将温度的变化转变为电压的变化，经过放大后送往A/D转换器转化为数字量以进行处理。Rx为传感器热阻，由电桥实现温度到电压的转换，由运放IC3完成信号的放大，由运放IC4完成信号的调整（具体电路见图2）。
设输入IC3的2、3端电压分别对应为Vi2、Vi1那么
Vout=K(R6/R3)(Vi2-Vi1)
Vout=K(R6/R3)[VrefRw2/(Rw2+R1)-VrefRx/(R2+Rx)]
其中Rx为传感器热阻值，Vref为基准源电压，K为调整系数。
由于Rl>>Rw2（如Rl=100kΩ，Rw2=1kΩ），同样R2>>Rx（如R2=100kΩ，Rx=1kΩ），因而Vout=K(R6/R4)Vref(Rw2-Rx)R2，在后级的A/D满刻度时，那么Vout=5V。
实际电路调节中，已经确定R6，置传感器于0℃环境，调节Rw2，使Vout=0V；置传感器于100℃环境，调节Rw6，使Vout=5V，则完成前向模拟通道的调整。
前向模拟通道的抗干扰性及低漂移、稳定性决定于Vref的稳定性和运算放大器的特性值。系统中采用LM336-5.0作为Vref的基准源，LM336-5.0具有较低的电压漂移，稳定性可达20×10-6。运算放大器利用OP07超低漂移高精度运算，其共模抑制比达120dB，增益达104dB，温漂仅为0.7mV/℃，并且还具有小偏置电流、失调电流等特性，对于保证小信号的低噪音采集，起到了决定性的作用。
A/D采用一片砌ICL7109。ICL7109为双积分型模数转换器，12位输出，分辨率为5/4096=0.00122V。积分型A/D的抗干扰性优于逐次积分型A/D(如ADC0809)。在该系统中使用ICL7109保证了对采集入的变量的准确量化。本题中测试范围为40℃～90℃，温度的最小分辨率为0.2℃(发挥部分)。这样，整个系统的温度采用点数为50×5=250。采用一般8位A/D，分辨率为1/256，可以满足要求，但考虑到边界温度测定、系统分布参数影响、温度扩展等因素，8位A/D为临界应用，系统的线性度和准确度都难以得以保证。故我们采用12位A/D转换器。积分型A/D的缺点是转换时间长，ICL7109的最大转换次数为30次/秒。在数字控制系统中，采样周期的选择与系统的稳定性密切相关，在稳定条件下，采样频率fs应为系统最高频率的两倍，即按照采样定理，应该有fs≥2fmax。但采样周期也不应该过小，即选择与被控对象有关，典型情况下，在温度采样中，采样周期一般为10s～20s，因此这里ICL7109的采样速率完全可以胜任。具体电路见图3。
采用稳定的参考电压源，低漂运放和高精度、抗干扰的A/D，并结合电路的正确设计，保证了测温部分的精度和可靠性。
⑵ 控制部分 用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为电炉丝，采用对加在电炉丝两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。对电炉丝通断的控制采用美国生产的固态继电器。它的使用非常简单，只要在控制端加上一TTL电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用74LS06驱动。
⑶ 人机交互系统（数码显示和按键输入）和803l最小系统 整个闭环系统的中央处理器采用8031单片处理器，基本系统如图3-1-4，其中采用一片RAM62256作为数据存储器使用。根据系统功能的要求，人机交互采用按键和数码管构成，利用8031的I/O采集按键开关量，采用动态显示方式显示实测温度和预设温度，显示数据及所用的控制数据由8031的P1口送出。
e(m一1)=a3(m-1)3+a2(m-1)2+a1(m-1)+a0+p1e(m-2)+p2e(m-3)
⑷ 通信接口 系统设计要求控制系统能同PC联机通信，以利用PC的图形处理功能打印显示温度曲线。由于8031串行口为TTL电平，PC串行口为RS232电平，使用一片MAX232作为电平转换驱动。通信速率为9600波特，数据每秒传输一次。
图3 ICL7109的电路图
⑸ 软件系统设计 系统软件占整个闭环控制的很大分量，控制算法在软件系统中实现。软件总体结构5所示。
根据理论分析可知：加热时间可以用t(m)+e(m)递推。m为传感器温度与设定温度差值，e为拟合曲线与实际曲线的误差。设温度设定值为t，传感器读出的值为t1,其递推公式为
e(m)=a3m3+a2m2+a1m+a0+p1e(m-1)+p2e(m-2)
e(m一1)=a3(m-1)3+a2(m-1)2+a1(m-1)+a0+p1e(m-2)+p2e(m-3)..........
e(2)=8a3+4a2+2a1+p1e(1)+p2e(O)
为便于进行复杂的运算，程序采用单片机语言Franklin C51编制。
图4 人机交互系统（数码显示和按键输入）和803l最小系统
测试方法和测试结果
1、测试环境
环境温度为24.7℃。
测试仪器：WD-2型数字温度计（扬州长江仪器厂，精度为0.1℃，测量范围为-40℃～100℃）
2、测量方法
⑴ 温控系统的标定误差 我们将标准温度计和温控系统探头放人同一容器中，选定若干不同的温度点，记录下标准温度计显示的温度和温控系统显示的温度进行比较。
⑵ 温控系统的静态误差 我们从两个方面来测量静态误差：
① 在不同的温度点同标准温度40℃、60℃、75℃、90℃的温度差。
② 在某一确定的温度点在一段时间内同标准温度的差值。
⑶ PC机显示及打印的温度变化曲线(略)
3、测试结果
对本温控系统进行各种环境、各种条件下测试得到数据，经分析可以得到以下结论：我们的系统完全满足设计要求，静态误差方面可以达到0.2℃的误差，在读数正确方面与标准温度计的读数误差为0.8％，即使使用两个标准温度计进行计量，其读数误差也在0.5％以下。
该系统具有较小的超调值，超调值大约为1.6％左右。虽然超调为不利结果，但另一方面却减小了系统的调节时间。从其曲线可以看出该系统为稳定系统。
//这是我曾经做的一个温度控制系统，可以调节上下限温度，低于下限温度启动加热，高于上限停止加热。
//温控系统控制程序
//版本号：V1.0；2015.6.19
//温度传感器：DS18B20
//显示方式：LED
#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
sbit keyup=P1^0
sbit keydn=P1^1
sbit keymd=P1^2
sbit out=P3^7 //接控制继电器
sbit DQ = P3^4 //接温度传感器18B20
uchar t[2],number=0,*pt //温度值
uchar TempBuffer1[4]={0,0,0,0}
uchar Tmax=18,Tmin=8
uchar distab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff,0xfe,0xf7}
uchar dismod=0,xiaodou1=0,xiaodou2=0,currtemp
bit flag
void t0isr() interrupt 1
{
TH0=(65536-5000)/256
TL0=(65536-5000)%256
switch(number)
{
case 0:
P2=0x08
P0=distab[TempBuffer1[0]]
break
case 1:
P2=0x04
P0=distab[TempBuffer1[1]]
break
case 2:
P2=0x02
P0=distab[TempBuffer1[2]]&0x7f
春册型 break
case 3:
P2=0x01
P0=distab[TempBuffer1[3]]
break
default:
break
}
number++
if(number>3)number=0
}
void delay_18B20(unsigned int i)
{
while(i--)
}
/**********ds18b20初始化函数**********************/
void Init_DS18B20(void)
{
bit x=0
do{
DQ=1
delay_18B20(8)
DQ = 0 //单片机将DQ拉低
delay_18B20(90)//精确延时 大于 480us
DQ = 1 //拉高总线
delay_18B20(14)
x=DQ //稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败,继续初始化
}while(x)
delay_18B20(20)
}
/***********ds18b20读一个字节**************/
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0
unsigned char dat = 0
for (i=8i>0i--)
{
DQ = 0// 给脉冲信号
dat>>=1
DQ = 1// 给脉冲信号
if(DQ)
dat|=0x80
delay_18B20(4)
}
return(dat)
}
/*************ds18b20写姿哪一个扒猜字节****************/
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0
for (i=8i>0i--)
{
DQ = 0
DQ = dat&0x01
delay_18B20(5)
DQ = 1
dat>>=1
}
}
/**************读取ds18b20当前温度************/
unsigned char *ReadTemperature(unsigned char rs)
{
unsigned char tt[2]
delay_18B20(80)
Init_DS18B20()
WriteOneChar(0xCC) //跳过读序号列号的 *** 作
WriteOneChar(0x44) //启动温度转换
delay_18B20(80)
Init_DS18B20()
WriteOneChar(0xCC) //跳过读序号列号的 *** 作
WriteOneChar(0xBE) //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度
tt[0]=ReadOneChar() //读取温度值低位
tt[1]=ReadOneChar() //读取温度值高位
return(tt)
}
void covert1(void) //将温度转换为LED显示的数据
{
uchar x=0x00,y=0x00
t[0]=*pt
pt++
t[1]=*pt
if(t[1]&0x080) //判断正负温度
{
TempBuffer1[0]=0x0c //c代表负
t[1]=~t[1] /*下面几句把负数的补码*/
t[0]=~t[0] /*换算成绝对值*********/
x=t[0]+1
t[0]=x
if(x==0x00)t[1]++
}
else TempBuffer1[0]=0x0a //A代表正
t[1]<<=4 //将高字节左移4位
t[1]=t[1]&0xf0
x=t[0] //将t[0]暂存到X,因为取小数部分还要用到它
x>>=4 //右移4位
x=x&0x0f //和前面两句就是取出t[0]的高四位
y=t[1]|x //将高低字节的有效值的整数部分拼成一个字节
TempBuffer1[1]=(y%100)/10
TempBuffer1[2]=(y%100)%10
t[0]=t[0]&0x0f //小数部分
TempBuffer1[3]=t[0]*10/16
//以下程序段消去随机误检查造成的误判，只有连续12次检测到温度超出限制才切换加热装置
if(currtemp>Tmin)xiaodou1=0
if(y<Tmin)
{
xiaodou1++
currtemp=y
xiaodou2=0
}
if(xiaodou1>12)
{
out=0
flag=1
xiaodou1=0
}
if(currtemp<Tmax)xiaodou2=0
if(y>Tmax)
{
xiaodou2++
currtemp=y
xiaodou1=0
}
if(xiaodou2>12)
{
out=1
flag=0
xiaodou2=0
}
out=flag
}
void convert(char tmp)
{
uchar a
if(tmp<0)
{
TempBuffer1[0]=0x0c
a=~tmp+1
}
else
{
TempBuffer1[0]=0x0a
a=tmp
}
TempBuffer1[1]=(a%100)/10
TempBuffer1[2]=(a%100)%10
}
void keyscan( )
{
uchar keyin
keyin=P1&0x07
if(keyin==0x07)return
else if(keymd==0)
{
dismod++
dismod%=3
while(keymd==0)
switch(dismod)
{
case 1:
convert(Tmax)
TempBuffer1[3]=0x11
break
case 2:
convert(Tmin)
TempBuffer1[3]=0x12
break
default:
break
}
}
else if((keyup==0)&&(dismod==1))
{
Tmax++
convert(Tmax)
while(keyup==0)
}
else if((keydn==0)&&(dismod==1))
{
Tmax--
convert(Tmax)
while(keydn==0)
}
else if((keyup==0)&&(dismod==2))
{
Tmin++
convert(Tmin)
while(keyup==0)
}
else if((keydn==0)&&(dismod==2))
{
Tmin--
convert(Tmin)
while(keydn==0)
}
xiaodou1=0
xiaodou2=0
}
main()
{
TMOD=0x01
TH0=(65536-5000)/256
TL0=(65536-5000)%256
TR0=1
ET0=1
EA=1
out=1
flag=0
ReadTemperature(0x3f)
delay_18B20(50000) //延时等待18B20数据稳定
while(1)
{
pt=ReadTemperature(0x7f)//读取温度,温度值存放在一个两个字节的数组中
if(dismod==0)covert1()
keyscan()
delay_18B20(30000)
}
}
本设计的温度测量及加热控制系统以 AT89S52 单片机为核心部件，外加温度采集电路、键盘及显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传
感器 DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制
的开关器件。本作品既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到
用户需要的温度，并使其恒定在这一温度。人性化的行列式键盘设计使设置温度简单快
速，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。建立在模糊控制理论上的控制
算法，使控制精度完全能满足一般社会生产的要求基察。通过对系统软件和硬件设计的合理
规划，发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降
低了硬件成本，系统 *** 控简便。
实验证明该温控系统能达到 0.2℃的静态误差,0.45℃的控制精度,以及只有 0.83%
的超调量,因而本设计具有很高的可靠性和稳定性。
关键 词： 单片机恒温控制 模糊控制
1
引 言
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于
冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有
些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度
控制系统是非常有价值的。
硬件 系统的设计
1、电路总体原理框图
温度测量及加热系统控制的总体结构如图 1 所示。系统主要包括现场温度采集、实
时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输山锋胡出、与报警装置和系统核心 AT89S52
单片机作为微处理器。
图 1：系统总体原理框图
温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设
定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制
固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标
值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样
回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温
度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码
管实时显示。
2、温度采集电路的设计
温度采集电路模块如图 2 示。DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、
温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。其中 DQ 为数字信号输
入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端。
2
图 2：温度采集电路
DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例:用 16 位符号扩展
的二进制补码读数形式提供，以 0.0625℃/LSB 形式表达，其中 S 为符号位。
这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进
制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘
于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1
再乘于 0.0625 即可得到实际温度。
3、键盘和显示的设计
键盘采用行列式和外部中断相结合的方法，图 3 中各按键的功能定义如下表 1。其
中设置键与单片机的 INT 0 脚相连，S 0 −−S 9 、YES、NO 用四行三列接单片机 P0 口，REST
键为硬件复位键，与 R、C 构逗拦成复位电路。模块电路如下图 3：
表 1：按键功能
按键 键名 功能
REST 复位键 使系统复位
RET 设置键 使系统产生中断，进入设置状态
S 0 −−S 9 数字键 设置用户需要的温度
YES 确认键 用户设定目标温度后进行确认
NO 清除键 用户设定温度错误或误按了 YES 键后使用
3
图 3 键盘接口电路
显示采用 3 位共阳 LED 动态显示方式,显示内容有温度值的十位、个位及小数点后
一位。用 P2 口作为段控码输出，并用 74HC244 作驱动。P1.0—P1.2 作为位控码输出，
用 PNP 型三极管做驱动。模块电路如下图 4：
4、加热控制电路的设计
图 4 显示接口电路
用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为电热杯，采用对加在电热
杯两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温
控制的目的。对电炉丝通断的控制采用 SSR-40DA 固态继电器。它的使用非常简单，只
要在控制端 TTL 电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用 NPN 型三极管接
成电压跟随器的形式驱动。当单片机的 P1.3 为高点平时，三极管驱动固态继电器工作
接通加热器工作，当单片机的 P1.3 为低电平时固态继电器关断，加热器不工作。控制
电路图如下图 5：
4
图 5 加热控制电路
5、报警及指示灯电路的设计
当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的
滴答滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警，当温度低于用户设置的目标
温度 10 度或高于 10 度时蜂鸣器为连续不断的滴答滴答叫声。当单片机 P1.7 输出高电
平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。P1.7 为低电平时三极管关断，蜂鸣器不
工作。
D1 为电热杯加热指示灯，P1.5 低电平有效；D0 为检测到 DS18B20 的指示，高电平
有效；D10 为降温指示灯，低电平有效。报警及指示灯电路如下图 6 示：
图 6 报警及指示灯电路
5
软 件系统的设计
系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。
1、主程序模块
主程序主要完成加热控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实
际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对外部温度进行实
时显示。把设置键作为外部中断 0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如
下图 7：
6
图 7 主程序流程图
7
2、功能实现模块
以用来执行对固态继电器及电热杯的控制。功能实现模块主要由中断处理子程序、
温度比较处理子程序、键盘处理子程序、显示子程序、报警子程序等部分组成。键盘显
示及中断程序流程图如下图 8：
3、运算控制模块
图 8 键盘、显示、中断 子程序流程图
该模块由标度转换、模糊控制算法，及其中用到的乘法子程序。
3.1 标度转换
16
式中 A 为二进制的温度值， A0 为 DS18B20 的数字信号线送回来的温度数据。
8
单片机在处理标度转换时是通过把 DS18B20 的信号线送回的 16 位数据右移 4 位得
到二进制的温度值。其小数部分通过查小数表的形式获取。程序流程图如下图 9：
开始
将28H低4位与29H高4位组合成
一个字节
将合成的字节(整数部分)送29H
单元
将29H单元低4位送A
给DPTR赋常数表格2首地址
将查到的数值(即小数部分)送
30H单元
结束
3.2 模糊控制算法子程序
图 9 标度转换子程序流程图
该系统为一温度控制系统，由于无法确切确定电炉的物理模型，因而无法建立其数
学模型和传递函数。加热器为一惯性系统，我们采用模糊控制的方法，通过多次温度测
量模糊计算当用户设定目标温度时需提前关断加热器的温度，利用加热器自身的热惯性
使温度上升到其设定温度。每隔 5 摄氏度我们进行一次温度测量，并当达到其温度时关
断加热器记录下因加热器的热惯性而上升的温度值。从而可以建立热惯性的温度差值
表，在程序中利用查表法，查出相应设定温度对应的关断温度。通过实验数据我们可以
看出，当水温从 0℃加热到 50℃这段温度区域，其温度惯性曲线可近似成线性的直线，
水温从 50℃加热到 100℃这段温度惯性曲线可近似成另一条线性的直线段。通过对设置
的目标温度与温控系统监测温度进行差值处理就可近似的求出单片机的提前关断温度。
程序流程图如图 10：
9
4．源程序见附录[2]
图 10 模糊控制算法子程序流程图
设计 总结
我们的温度控制系统是基于 AT89S52 单片机的设计方案，她能实时显示当前温度，
并能根据用户的要求作出相应的控制。此系统为闭环系统，工作稳定稳定性高,控制精
度高,利用模糊控制算法使超调量大大降低。软件采用模块化结构,提高了通用性。本设
计的目的不仅仅是温度控制本身,主要提供了单片机外围电路及软件包括控制算法设计
的思想,应该说,这种思想比控制系统本身更为重要。
1、设计所达到的性能指标
1.1 温控系统的标度误差
我们将标准温度计和温控系统探头放人同一容器中，选定若干不同的温度点，记
录下标准温度计显示的温度和温控系统显示的温度进行比较。测量数据如下表 2 所示：
表 2 标准温度计测量的温度和温控系统显示的温度
标准温度计和温控系统显示的温度（℃）
标准温度计 16.9 47.7 57.8 63.0 72.8 85.1 90.9
温控系统 16.5 48.0 58.3 62.9 73.0 85.5 90.5
差值比较 -0.4 0.3 0.5 0.1 0.2 0.4 -0.4
标度误差 1.5%
10
1.2 温控系统的静态误差
通过测量在不同的温度点同标准温度的温度差来确定温控系统的静态误差。其测量
数据如下表 3：
表 3 标准温度和温控系统显示的温度
标准温度和温控系统显示的温度（℃）
标准温度 26.0 37.0 46.0 60.0 70.0 83.0
系统显示值 25.7 36.4 46.1 59.6 70.0 83.3
差值 -0.3 -0.6 -0.1 -0.4 0 0.3
静态误差 0.18℃
1.3 温控系统的控制精度
通过设定不同的温度值，使加热器加热，待温度稳定时记录各温度点的温度计数据
和温控系统的显示值。其记录数据如下表 4：
温度计读数和温控系统显示的温度（℃）
设定温度
值 20.0 28.0 35.0 45.0 55.0 75.0 87.0 91.0
系统显示
值 20.5 27.7 34.4 45.1 54.1 74.9 86.1 91.2
差值 0.5 -0.3 -0.6 0.1 -0.9 -0.1 -0.9 0.2
控制精度 0.45℃
超调量 0.83%
2、结果分析论述
我们的系统完全满足设计要求，静态误差方面可以达到 0.18℃的误差，在读数正确
方面与标准温度计的读数误差为 1.5％，对一般的工业生产完全可以采用我们的设计。
该系统具有较小的超调值，超调值大约为 0.83%左右。虽然超调为不利结果，但另
一方面却减小了系统的调节时间。从其数据表可以看出该系统为稳定系统。
3、设计方案评价
3.1 优点
在硬件方面：本设计方案采用了单总线型数字式的温度传感器，提高了温度的采集
精度，节约了单片机的口线资源。方案还使用仅一跟口线就可控制的美国生产的固态继
电器 SSR—40DA 作加热控制器件，使设计简单化，且可靠性强。在控制精度方面，本设
计在不能确定执行机构的数学模型的情况下，大胆的假设小心的求证，利用模糊控制的
算法来提高控制精度。
在软件方面：我们采用模块化编程，思路清晰，使程序简洁、可移植性强。
3.2 缺点
本设计方案虽然采用了当前市场最先进的电子器件，使电路设计简单，但设计方案
造价高。本系统虽然具有较小的超调量，但加大了调节时间。如果需要更高的控制精度，
则我们的模糊控制将不适应，需修改程序。
11
3.3 方案的改进
在不改变加热器容量的情况下，为减小调节时间，可以实行在加热快达到设定温度
时开启风扇来减小热惯性对温度的影响的措施。在控制精度上可采用先进的数字 PID
控制算法，对加热时间进行控制，提高控制精度。
可以改进控制系统使能同 PC 联机通信，以利用 PC 的图形处理功能打印显示温度曲
线。AT89S52 串行口为 TTL 电平，PC 串行口为 RS232 电平，使用一片 MAX232 作为电
平转换驱动。
参考 文献
[1] 李广弟 单片机基础 北京：北京航空航天大学出版社，2001
[2] 王福瑞 单片微机测控系统设计大全 北京：北京航空航天大学出版社，1997
[3] 赵茂泰 智能仪器原理及应用（第 2 版）北京：电子工业出版社，2004
[4] 赖寿涛 微型计算机控制技术 北京：机械工业出版社，2000
[5] 沙占友 模拟与数字万用表检测及应用技术北京：电子工业出版社 1999
12
附 录
附录[1]使用说明书
按 键功能说明
数字键：按 SET 键后，按相应的数字键（0~9）可对温度进行设置，所设置的温
度将实时显示在 LED 显示器上；
SET 键：按 SET 键可对温度的十位、个位以及小数部分进行设置；
YES 键：设置好温度后按 YES 键，系统将据你所设置的温度（须大于当前实际
温度）对水进行加热；
NO 键：若误按了 SET 键，或对输入有误，可按 NO 键进行取消；
RST 键：对系统进行复位。
指示 灯及报警器说明
红 灯：加热状态标志；
绿 灯：温度传感器正常工作标志；
蓝 灯：保温状态标志；
报警器：功能①当水温达到预设值时报警提醒；
功能②当水温达到或超越上、下限时报警提示。
13
附录[2]设计总电路
14
附录[3]程序清单
TEMPER_LEQU 29H 用于 保存读出温度的低 8 位
TEMPER_HEQU 28H 用于 保存读出温度的高 8 位
FLAGEQU 38H 是否 检测到 DS 18B20 标志位
DAYUEQU 44H 设温 >实温
XIYUEQU 45H 设温 <实温
DEYUEQU 46H 设温 =实温
GAOLE EQU 47H 水温 高于最高温度
DILEEQU 48H 水温 低于最低温度
A_bit EQU 79h 数码 管个位数存放内存位置
B_bit EQU 7Ah 数码 管十位数存放内存位置
C_BIT EQU 78H 数码 管小数存放内存位置
ORG 0000H
AJMPSTART
ORG 0003H
AJMPPITO
ORG 0030H
START: CLR P1.7
CLR P1.3
CLR P1.5
SETB P1.6
MOV R4, #00H
MOV SP, #60H 确立堆栈区
MOV PSW, #00H
MOV R0, #20H RAM 区首地址
MOV R7, #60H RAM 区单元个数
ML:MOV @R0, #00H
INC R0
DJNZR7, ML
CLRIT0
MAIN:LCALL GET_TEMPER 调用读温度子程序 进行温度显示,这里我们考
虑用网站提供的两位数码管来显示温度
显示范围 00 到 99 度,显示精度为 1 度
因为 12 位转化时每一位的精度为 0.0625 度,
我们不要求显示小数所以可以抛弃 29H 的低 4
位将 28H 中的低 4 位移入 29H 中的高 4 位,这
样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获
得的温度
LCALL DISPLAY 调用数码管显示 子程序
JNB 00H, MAIN
CLR 00H
15
MOV A, 38H
CJNEA, #00H, SS
AJMPMAIN
SS:LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY调用 数码管显示子程序
LCALL BIJIAO
LCALL XIAOYU
LCALL JIXIAN
JNB DEYU,LOOP
CLR P1.3 关加热器
SETBP1.6 关 蓝灯
SETBP0.7 关风扇
CLR DEYU
LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
AJMPTT2
LOOP:JNB DAYU ,TT
CLR DAYU
SETBP1.3
SETBP1.6
SETBP0.7
CLR P1.7
LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
AJMPTT2
TT:JNBXIYU,TT2
CLRXIYU
CLRP0.7
CLRP1.6
CLRP1.3
CLRP1.7
LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
TT2:MOV A, 29H
CLR C
CJNEA, 50H, JX
MOV A ,30H
CLR C
CJNEA, 51H, JIA1
AJMPYS2
JIA1:JC JX
MOV A, 51H
MOV 52H, A
ADD A, #2
16
MOV 52H, A
CLR C
MOV A, 30H
CJNEA, 52H,JIA2
JIA2:JNC JX
YS2:SETBP1.7
CLR P1.6
MOV R5,#20H
YS:LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS
CLR P1.7
SETBP1.6
MOV R5,#20H
YS1:LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS1
YS3:SETBP1.7
CLR P1.6
MOV R5,#20H
YS0:LCALLGET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS0
CLR P1.7
SETBP1.6
MOV R5,#20H
YS01:LCALLGET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS01
YS4:SETBP1.7
CLR P1.6
MOV R5,#20H
YS02:LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS02
CLR P1.7
SETBP1.6
MOV R5,#20H
YS03:LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS03
JX: MOVA,29H
CJNEA,31H, JX00
JX01:SETBP1.7
17
CLR C
AJMPLAST
JX00:JC JX01
CLR P1.7
CJNEA,
JX02:SETBP1.7
CLR C
AJMPLAST
JX03:JNC JX02
32H,
JX03
CLR P1.7
LAST:LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
AJMPSS
***************************常数表格区**** ******************************************
TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8 H,80H 0-8
DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH ,0CH9,A,B,C,D,E,F,灭,p.
TAB1:DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H ,10H, 0.--9.
TAB2:DB 0, 0, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 8, 9, 9, 小数点
*************************1ms 延时程序*************** *********************
************************* ****中断服务程序* *********************************
完成按键识别,键值求取,按键实时显示 等功能
************************* **************** **********************************
PITO:PUSHACC
PUSHPSW
SETBRS0
CLR RS1
SET B00H
MAIN1: MOV R7 , #03H 显示位数为 2 位
MOV R0, #7AH
MOV 78H, #00H
MOV 79H, #00H
MOV 7AH, #00H
KK: LCALL DIR
LCALL KEY1
LOOP1:CJNEA, #11, LOOP2
AJMPLAST0
LOOP2:CJNEA, #12, LOOP3
LJMP LAST3
LOOP3: CJNEA, #10, L4
MOV A, #00H
L4: MOV @R0, A
LCALL DIR
DEC R0
DJNZR7, KK
18
SETB01H
LAST0:JNB 01H, KK
LOOP4:LCALL KEY1
CJNEA, #12,LOOP5
AJMPLAST3
LOOP5:CJNEA, #11,LOOP4
LAST1:LCALL DIR
LCALL MUN
LCALL JD
LCALL BIJIAO
LAST3:POPPSW
POPACC
RETI
******************精度控制 子程序********** ******
JD: PUSHACC
PUSHPSW
CLR C
MOV A, 38H
MOV 50H, A
MOV A, 39H
MOV 51H, A
CJNEA, 29H,L001
L001:JC LAST02设温<实温,则跳出
MOV A, 29H
MOV 41H, A
MOV A, 38H
CJNEA, #25,L002
L003:CLRC 0 <T<25
SUBBA, 41H
CJNEA, #3, L004
L005:MOV A, 30H
ADD A, #5 0<T<25, 差值小于 3 度
DA A
JNB ACC.4, L0051
ANL A, #0FH
SETBC
L0051:MOV39H, A
MOV A, 29H
ADDCA, #1
MOV 38H, A
AJMPLAST2
LAST02: AJMPLAST2
L004:JC L005
MOV A, 39H
19
SUBBA, #0
DA A
MOV 39H, A
JNC L0041
DEC 38H
L0041:MOV A, 38H
SUBB A, #20<T<25, 差值大 于 3 度
MOV38H,A
AJMP LAST2
L002:JC L003
CJNE A, #50,L006
L007:CLRC25<T<5 0
SUBB A, 41H
CJNE A, #3, L008
L009:MOVA, 30H
ADDA, #1
DA A
JNBACC.4, L0091
ANLA, #0FH
SETB C
L0091:MOV39H, A
MOVA, 29H
ADDC A, #1
MOV38H, A
AJMP LAST2
L008:JCL009
MOV A, 39H
SUBB A, #0
MOV 39H, A
MOV A, 38H
SUBB A, #2
MOV 38H,A
AJMP LAST2
L006:JC L007
CJNEA, #65, L010
L011:CLRC
SUBBA, 41H
CJNEA, #3, L012
L013:MOVA, 30H
ADDA, #2
JNBACC.4, L00131
ANLA, #0FH
SETBC
L00131:MOV39H, A
20
MOVA, 29H
ADDCA, #1
MOV38H, A
AJMPLAST2
L012:JC L013
MOVA, 39H
SUBBA, #0
MOV39H, A
MOVA, 38H
SUBBA, #2
MOV38H, A
AJMPLAST2
L010:JC L011
CJNEA, #90, L016
L017:CLRC
SUBBA, 41H
CJNEA, #2, L014
L015:MOVA, 30H
ADDA, #0
JNBACC.4, L00151
ANL A, #0FH
SETB C
L00151:MOV39H, A
MOVA, 29H
ADDCA, #1
MOV38H,A
AJMPLAST2
L014:JCL015
CLRC
MOVA, 38H
SUBBA, #1
MOV38H,A
AJMPLAST2
L016:JC L017
LAST2:POPPSW
POPACC
RET
*******************************键扫描** ************************************
KEY1:LCALL KS1 键 扫描
JNZ LK1
LCALL DIR
AJMPKEY1
LK1:LCALL DIR
LCALL DIR
21
LCALL KS1
JNZ LK2
LCALL DIR
AJMPKEY1
LK2:MOV R2, #0FEH 确定键值
MOV R4, #01H
MOV A, R2
LK4:MOV P0, A
NOP
MOV A, P0
JB ACC.3, LONE
MOV A, #00H
AJMPLKP
LONE:JB ACC.4 , LTWO
MOV A, #03H
AJMPLKP
LTWO:JB ACC.5, LTHR
MOV A, #06H
AJMPLKP
LTHR:JB ACC.6, NEXT5
MOV A, #09H
AJMPLKP
NEXT5:INC R4
MOV A, R2
JNB ACC.2,KND
RL A
MOV R2, A
AJMPLK4
KND:AJMPKEY1
LKP: ADD A, R4
PUSHACC
LK3:LCALL DIR
LCALL KS1
JNZ LK3
POP ACC
RET
KS1:PUSHPSW
MOV P0, #78H
NOP
MOV A, P0 判断有无键按下
CPL A
ANL A, #78H
POP PSW
22
RET
*************求设置温度的二 进制代码，值保存在 38H 单元**************
MUN: PUSH PSW
MOV R0, #7AH 求键值
MOV A, @R0
SWAPA
DEC R0
ADD A, @R0
MOV R1, A
ANL A, #0F0 H
SWAPA
MOV B, #10
MUL AB
MOV R2, A
MOV A, R1
ANL A, #0FH
ADD A, R2
MOV 38H, A
MOV R0, #78H
MOV 39H, @R0
POP PSW
RET
*************比较实际温度和设置温度的大小 并设置相应的标志位***********
BIJIAO:MOV A, 29 H 实际温度
MOV 40H, A
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