芯耀
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一、項目介紹
注塑機是一種常用的制造設備，用于生產塑料制品。在注塑機的工作過程中，溶膠必須達到一定的溫度才能被注入模具中進行成型。因此，在注塑機的生產過程中，溫度控制是非常重要的一環(huán)。
本項目基于MCS-51單片機設計了一款溫度控制系統(tǒng)，主控芯片采用STC89C52，溫度傳感器采用鉑電阻。該系統(tǒng)主要應用于注塑機的溶膠射嘴頭上進行加熱控制，利用繼電器控制加熱器實現溫度加熱，控制系統(tǒng)檢測溫度是否到達設定閥值來控制繼電器。
本項目的設計思路是，利用鉑電阻溫度傳感器對溶膠進行實時溫度監(jiān)測，并將監(jiān)測到的溫度值通過LCD顯示屏實時顯示。控制器采用PID算法對溶膠溫度進行精準控制，當溫度低于設定閥值時，控制器將通過繼電器控制加熱器進行加熱操作，直到溫度達到設定閥值后停止加熱操作。
通過本項目的應用，可以實現對注塑機的溶膠溫度進行精準控制，從而提高注塑機的生產效率和產品質量。同時，該系統(tǒng)控制方式簡單，易于操作和維護，具有較高的實用性和可靠性。
二、技術說明和功能描述
【1】STC89C52單片機作為主控芯片，具有高性能和豐富的外設接口。
【2】鉑電阻溫度傳感器用于測量溶膠射嘴頭的溫度，并將數據傳輸給單片機。
【3】繼電器用于控制加熱器的通斷，實現溫度加熱。
【4】溫度控制系統(tǒng)可以根據設定的溫度閾值來判斷是否需要進行加熱，從而控制繼電器的狀態(tài)。
【5】系統(tǒng)可以通過LCD顯示屏顯示當前溫度和設定的目標溫度。
【6】當溫度超過或低于設定的閾值時，系統(tǒng)可以觸發(fā)報警裝置進行警示。
三、系統(tǒng)設計思路
3.1 硬件選型說明
【1】主控芯片：STC89C52單片機
- STC89C52是一款具有高性能和豐富外設接口的經典51系列單片機，適合中小型嵌入式系統(tǒng)應用。
- 它具有8位CPU、8KB的內部FLASH存儲器、256字節(jié)的RAM、3個定時器/計數器、串行通信接口等功能。
- 這款單片機運算速度快，響應迅速，可滿足本項目對性能和實時性的要求。
【2】溫度傳感器：鉑電阻溫度傳感器
- 鉑電阻溫度傳感器是一種常見的溫度傳感器，具有穩(wěn)定性好、精度高的特點。
- 它的工作原理是通過測量電阻值的變化來確定溫度變化，傳感器的電阻值與溫度呈線性關系。
- 在本項目中，鉑電阻溫度傳感器被用于測量溶膠射嘴頭的溫度，提供實時的溫度數據給單片機進行控制。
【3】繼電器：用于控制加熱器
【4】LCD顯示屏：用于顯示溫度和設定值
- LCD顯示屏是一種常見的數字顯示裝置，具有低功耗、可視角度廣、反應快速等特點。
- 在本項目中，LCD顯示屏用于顯示當前實際溫度和設定的目標溫度閾值，方便操作員進行觀察和設置。
【5】按鈕開關：用于設定目標溫度閾值
- 按鈕開關是一種常用的輸入設備，用于實現用戶與系統(tǒng)的交互。
- 在本項目中，按鈕開關用于更新設定的目標溫度閾值，供操作員根據需要進行調整。
【6】報警裝置：用于溫度異常警示
- 報警裝置能夠發(fā)出聲音或光信號，用于警示操作員溫度超過或低于設定的閾值。
- 在本項目中，報警裝置用于提醒操作員注意溫度異常，保證工作安全和質量。
3.2 設計思路
【1】硬件連接：將鉑電阻溫度傳感器連接到單片機的模擬輸入端口，將LCD顯示屏連接到單片機的數據口，將繼電器接在單片機的輸出端口，通過繼電器控制加熱器的電源。
【2】溫度采集：通過鉑電阻溫度傳感器實時采集溶膠的溫度信號，將信號轉換為數字信號，通過單片機的模擬輸入端口輸入到單片機中。
【3】溫度控制：使用PID算法對溶膠的溫度進行精準控制。PID算法是一種經典的控制算法，通過對比實際溫度和設定溫度的差異，計算出控制器輸出控制信號的大小來控制繼電器的開關狀態(tài)，從而實現對加熱器的控制。
【4】溫度顯示：將溫度值通過LCD顯示屏實時顯示，方便操作人員監(jiān)測溫度變化。
【5】控制器編程：使用C語言編寫單片機的控制程序，實現溫度采集、PID算法控制、溫度顯示等功能。
本項目的設計思路是基于MCS-51單片機和PID算法實現溫度控制系統(tǒng)，通過鉑電阻溫度傳感器實時采集溫度信號，通過PID算法實現溫度控制，通過LCD顯示屏實現溫度顯示，最終通過繼電器控制加熱器實現溫度加熱控制。
四、代碼實現
4.1 溫度控制系統(tǒng)實現（PID算法）
使用STC89C52單片機、鉑電阻溫度傳感器、PCF8591模數轉換器和PID算法實現溫度控制并控制繼電器：
#include <reg52.h>
#define RELAY_PIN P1 // 繼電器控制引腳
// 溫度傳感器連接引腳
sbit TEMP_SENSOR_PIN = P2^0;
// PCF8591模數轉換器連接引腳
sbit PCF_SDA = P2^1; // I2C數據線
sbit PCF_SCL = P2^2; // I2C時鐘線
sbit PCF_EOC = P2^3; // 轉換結束標志
// PID參數
float kp = 1.0; // 比例系數
float ki = 0.5; // 積分系數
float kd = 0.2; // 微分系數
// 溫度目標值
float targetTemp = 100.0;
// PID控制誤差相關變量
float error = 0.0;
float prevError = 0.0;
float integral = 0.0;
float derivative = 0.0;
// PID控制輸出
float output = 0.0;
// 設置PWM占空比函數
void setPwmDutyCycle(unsigned char dutyCycle) {
TH0 = 256 - dutyCycle; // 設置高位
TL0 = 256 - dutyCycle; // 設置低位
}
// 定時器0初始化函數
void timer0Init() {
TMOD = 0x01; // 定時器0工作在模式1(16位定時器)
TH0 = 0; // 最初賦初值
TL0 = 0;
TR0 = 1; // 定時器0開始計時
}
// I2C總線開始信號函數
void i2cStart() {
PCF_SDA = 1;
PCF_SCL = 1;
PCF_SDA = 0;
PCF_SCL = 0;
}
// I2C總線停止信號函數
void i2cStop() {
PCF_SDA = 0;
PCF_SCL = 1;
PCF_SDA = 1;
}
// I2C寫數據函數
void i2cWriteByte(unsigned char dat) {
unsigned char i;
for (i = 0; i < 8; i++) {
PCF_SDA = (dat & 0x80) ? 1 : 0;
PCF_SCL = 1;
PCF_SCL = 0;
dat <<= 1;
}
PCF_SCL = 1;
PCF_SCL = 0;
PCF_SDA = 1;
}
// 從PCF8591讀取溫度值
unsigned char readTemperatureValue() {
unsigned char tempValue;
i2cStart();
i2cWriteByte(0x90); // PCF8591地址 + 寫操作
i2cWriteByte(0x00); // 設置輸入通道為0
i2cStart();
i2cWriteByte(0x91); // PCF8591地址 + 讀操作
tempValue = P0; // 讀取溫度值
i2cStop();
return tempValue;
}
// PID控制函數
void performPIDControl() {
error = targetTemp - readTemperatureValue(); // 計算誤差
integral += error; // 積分項
derivative = error - prevError; // 微分項
output = kp * error + ki * integral + kd * derivative; // PID輸出
if (output < 0) {
output = 0;
} else if (output > 255) {
output = 255;
}
setPwmDutyCycle((unsigned char)output); // 設置PWM占空比
prevError = error; // 更新上一次誤差
}
void main() {
timer0Init(); // 初始化定時器0
setPwmDutyCycle(0); // 初始化PWM占空比為0
while (1) {
performPIDControl(); // 進行PID控制
if (readTemperatureValue() >= targetTemp) {
RELAY_PIN = 0; // 繼電器斷開，停止加熱
} else {
RELAY_PIN = 1; // 繼電器閉合，進行加熱
}
}
}
以上代碼是溫度控制系統(tǒng)實現代碼，使用PID算法根據目標溫度和當前溫度進行控制，并通過繼電器控制加熱器的通斷。需要通過I2C總線與PCF8591模數轉換器進行通信，讀取鉑電阻溫度傳感器的數據。
4.2 LCD1602顯示屏
下面是使用STC89C52單片機和LCD1602液晶顯示屏實現數字顯示并封裝為函數調用的代碼：
#include <reg52.h>
#define LCD_RS P2_0 // 液晶RS引腳
#define LCD_RW P2_1 // 液晶RW引腳
#define LCD_EN P2_2 // 液晶EN引腳
#define LCD_DATA P0 // 液晶數據總線
// 延時函數
void delay(unsigned int t) {
unsigned int i, j;
for (i = 0; i < t; i++) {
for (j = 0; j < 110; j++);
}
}
// 液晶寫命令函數
void lcdWriteCmd(unsigned char cmd) {
LCD_RS = 0; // 設置為寫命令模式
LCD_RW = 0; // 設置為寫入模式
LCD_DATA = cmd; // 寫入命令
LCD_EN = 1; // 使能
delay(1); // 延時
LCD_EN = 0; // 禁止
delay(1); // 延時
}
// 液晶寫數據函數
void lcdWriteData(unsigned char dat) {
LCD_RS = 1; // 設置為寫數據模式
LCD_RW = 0; // 設置為寫入模式
LCD_DATA = dat; // 寫入數據
LCD_EN = 1; // 使能
delay(1); // 延時
LCD_EN = 0; // 禁止
delay(1); // 延時
}
// 液晶初始化函數
void lcdInit() {
lcdWriteCmd(0x38); // 設置16x2顯示，5x7點陣，8位數據接口
lcdWriteCmd(0x0C); // 顯示開，光標關閉
lcdWriteCmd(0x06); // 光標右移
lcdWriteCmd(0x01); // 清屏
}
// 在液晶上顯示數字函數
void lcdDisplayNumber(unsigned int num) {
unsigned char i;
unsigned char buffer[5]; // 緩沖區(qū)，最大支持5位數
if (num == 0) {
lcdWriteData('0'); // 數字0特殊處理
return;
}
for (i = 0; i < 5; i++) {
buffer[i] = num % 10; // 從低位到高位依次取余數
num /= 10;
}
for (i = 5; i > 0; i--) {
if (buffer[i - 1] != 0 || i == 1) { // 從高位開始顯示直到遇到非零數字或者個位數
lcdWriteData(buffer[i - 1] + '0'); // 顯示數字
}
}
}
void main() {
lcdInit(); // 初始化液晶
while (1) {
unsigned int num = 12345; // 要顯示的數字
lcdWriteCmd(0x80); // 設置光標位置為第一行第一個字符
lcdDisplayNumber(num); // 顯示數字
while (1); // 循環(huán)顯示
}
}
以上代碼是LCD數字顯示程序，使用LCD1602液晶顯示屏和STC89C52單片機，通過封裝函數調用來實現數字在液晶屏上的顯示。需要進行液晶的初始化操作，使用lcdDisplayNumber函數將要顯示的數字傳入。在main函數中給出了一個例子，以連續(xù)循環(huán)顯示數字12345為示例。
