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一种电烤箱智能温度控制仪的研制

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Contents

1 绪 论

1.1 本课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题的主要研究工作

2 温度控制系统总体设计

2.1 系统性能要求及特点

2.2 系统总体设计

3 温度控制系统硬件设计

3.1 系统硬件总体结构框图

3.2 STC12C5608AD单片机简介

3.3 温度检测电路设计

3.4 输出控制电路设计

3.5 其他硬件电路设计

4 温度控制系统软件设计

4.1 系统软件总体结构框图

4.2 温度检测模块程序设计

4.3 键盘输入模块程序设计

4.4 液晶显示模块程序设计

4.5 输出控制模块程序设计

5 电烤箱模糊自适应PID控制器设计

5.1 模糊控制

5.2 模糊自适应PID控制器原理

5.3 电烤箱模糊自适应PID控制器设计

6 温度控制系统的仿真研究

6.1 仿真建模

6.2 仿真结果分析

7 总结与展望

7.1 本文的工作总结

7.2 不足与展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献

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摘要

随着工业生产水平的提高和科学技术的发展,电烤箱被广泛地用在家庭和工业生产中,温度是电烤箱的重要指标,温度控制的好坏决定着电烤箱性能高低,因此,人们对电烤箱温度控制的精度、可靠性、稳定性等要求越来越高。目前,电烤箱采用PID进行温度控制,由于电烤箱的数学模型很难建立,因此用PID控制很难获得较好的控制效果。因此,为达到理想的控制效果,本文设计了一种电烤箱智能温度控制仪。
  本课题研究的目的在于,以电烤箱为控制对象,以单片机STC12C5608AD为硬件核心元件,外加控制、检测电路,并利用模糊自适应PID控制算法,设计出一种结构紧凑、控制精度高的智能温度控制仪,以满足家庭和工业生产中对高性能温度控制仪的需求。
  硬件部分设计,系统采用STC12C5608AD单片机作为主机,此单片机体积小、成本低、功能强、抗干扰强;温度检测模块采用DS18B20,DS18B20是单总线串行数字温度传感器,能与单片机接口直接连接,简化了电路,提高了精度;液晶显示模块采用LCD1602液晶显示器,能显示更多的内容;输出控制模块采用固态继电器,其具有宽的控制电压、大的驱动电流、短的通断时间等优点,通过调节占空比控制电烤箱温度。
  软件部分设计,在Keil软件开发环境下,采用C语言编程。给出了主要模块的流程图。主要包括系统软件总体结构框图、温度检测模块程序设计、键盘输入模块程序设计、液晶显示模块程序设计、输出控制模块程序设计。
  控制算法的研究,由于PID控制无自适应能力,因而在PID控制的基础上引入模糊控制,介绍其工作原理,具体控制过程,最后将PID控制和模糊控制结合起来,设计了模糊自适应PID控制器。
  在Matlab/Simulink环境下对模糊自适应PID控制器进行了仿真建模,并对仿真结果进行了分析,验证该控制策略的效果。

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