51单片机的锅炉温度控制器的设计+Proteus仿真+电路图(5)
主程序的流程图如图11所示：
图11 主程序流程图
3.2 温度采集子程序
温度测量通过DS18B20数字温度传感器测量水槽温度，将水槽温度值转化为数字量接入AT89C52单片机中。再通过与控制温度比较对继电器进行精确控制。
读出温度值DS18B20温度采集的流程图如图12所示：
图12 温度采集流程图
3.3 显示子程序
水温温度值和键盘设定值都要通过LCD液晶显示出来，显示子程序必不可少，将要显示的水温温度和控制温度所对应的BCD码存入AT89C52单片机储存单元中，通过控制信号显示在相应的显示器上。
显示数据有2行，每行的前部为固定英文字符，每行的后部为变化数值，每行字符都有对应的显示位置和显示内容，这些参数已在程序中设定完成。程序直接利用查表方法来得到显示段码[8]。
3.4 温度设定子程序
首先调用扫描子程序，检查有无闭合键。若无闭合键，则对数码显示器扫描显示一遍；若有闭合键，则先消抖。接着进行扫描判断，判别闭合键的具体位置以及获取对应的键值。
设计电路中有两个按键，分别是温度温度上调、温度下调，按PLUS或SUBS行调节，设置一个上限温度，这个设定值会保存在DS18B20 中，掉电后也不会丢失，下次上电时，单片机会自动读入上次的温度设定值[9]。
3.5 控制算法
由于此温度控制系统并没有冷却装置，所以根据实际情况判断，水温不能存在超调现象，温度值必须要求从低到高逐渐逼近设定值。
开始考虑使用PID算法，由于此算法结合比例、积分、微分算法，可使控制量以最短的时间到达指定数值[10]，但是考虑到本系统并没有冷却装置，温度一旦超调则无法冷却使其在设定值间震荡，而冷却只能依靠本身与周围环境的热交换来完成，降温速度很慢，无法完成迅速冷却，故本系统考虑用预先设定与温度相对应的PWM数值。
当设定温度和实际温度的差值的绝对值小于10℃时，则立即跳入相应PWM值控制热阻进行加热。当设定温度和实际温度的差值的绝对值大于10℃，热阻持续加热。当设定温度小于实际温度则立即停止加热。
热电阻加热的过程中，被加热的水向上流动，导致炉子上部的温度大于下部温度，如将传感器放在底部，则当温度到达设定温度时，冷热水充分混合之后往往大于设定温度，如果将传感器放在顶部，加热过程中顶部的水先到达指定温度，等冷热水混合之后实际温度会小于设定温度。同样是产生偏差，应选取后者，因为将传感器放在炉子的顶部，这样当冷热水混合之后实际温度小于设定温度，这样可以再次加热以精确达到指定温度；而前者一旦温度超调则降温很慢，造成较大偏差[11]。
将温度传感器放在炉子的上部，但根据水温上升的规律，设定温度和实际温度一度如按照线性升温，会使温度超过设定值而产生偏差，因为加热停止的时候还会产生一部分热量，此热量还会使水温上升。所以在相差一度的时候减小PWM低电平时间会使温度值更精确，所以经过反复测试，最后相差一度时高电平时间设定为50ms。T表示设定温度与实际温度之差，t表示一个周期的低电平时间。控制算法如表3:
表3 控制算法表
T（℃） t（ms）
4. 温度控制系统Proteus仿真
4.1 仿真说明
整体系统仿真使用Proteus软件搭建仿真平台，输入单片机的软件经过KeilC51软件生成hex文件。单片机P1.5端口输出的PWM脉冲方波对继电器进行控制，当输出的高电平出现时，继电器开始工作。