基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計文獻綜述

1、 文獻綜述 題 目 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 學生姓名 專業(yè)班級 自動化07-2 學 號 院 （系） 電氣信息工程學院 指導教師 完成時間 2011年01月14日 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計文獻綜述摘要溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域最常遇到的一個物理量。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們需要對工業(yè)生產(chǎn)中有關溫度系統(tǒng)進行控制，如鋼鐵冶煉過程需要對剛出爐的鋼鐵進行熱處理，塑料的定型及各種加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進行實時監(jiān)測和精確控制。而有很多領域的溫度可能較高或較低，現(xiàn)場也會較復雜，有時人無法靠近或現(xiàn)場無需人力來監(jiān)控。如加熱爐大都采用簡單的溫控儀表和溫控電路進行

2、控制, 存在控制精度低、超調(diào)量大等缺點, 很難達到生產(chǎn)工藝要求。且在很多熱處理行業(yè)都存在類似的問題，所以，設計一個較為通用的溫度控制系統(tǒng)具有重要意義。這時我們可以采用單片機控制，這些控制技術(shù)會大大提高控制精度，不但使控制簡捷，降低了產(chǎn)品的成本，還可以和計算機通訊，提高了生產(chǎn)效率.單片機是指芯片本身，而單片機系統(tǒng)是為實現(xiàn)某一個控制應用需要由用戶設計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應用系統(tǒng)，這是單片機應用系統(tǒng)。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，應用日益廣泛，并且正在逐

3、步取代現(xiàn)有的多片微機應用系統(tǒng)。關鍵詞：單片機 溫度 控制系統(tǒng)1歷史研究與現(xiàn)狀傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)溫度控制方式已不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍大，由于它主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的pid控制器為主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少，因此不適合用此種方法作加熱爐的溫控系統(tǒng)。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的加熱爐溫度控制方式，如：模糊控制。這

4、個控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。不過，模糊控制系統(tǒng)動態(tài)性能好，但穩(wěn)態(tài)性能較差，且很難使兩種性能指標都達到理想要求。目前普遍采用模糊線性復合控制器發(fā)揮了模糊控制和線性控制的優(yōu)點，使設計的系統(tǒng)取得了較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標。但是，模糊線性復合控制同時也存在一些問題：線性前饋復合控制的系統(tǒng)性能對參數(shù)變化比較敏感；模糊線性雙模控制存在開關切換問題等；在線性控制的誤差通道并聯(lián)模糊控制器系統(tǒng)和模糊控制器與線性控制器并聯(lián)系統(tǒng)盡管得到了較好的效果，但并不能從根本上解決模糊控制器穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能之間的矛盾問題。結(jié)合加熱爐、熱處理爐、反應爐

5、和鍋爐等以溫度控制為主的工業(yè)控制系統(tǒng)對產(chǎn)品工藝、溫度的精度要求，再考慮不同的加熱系統(tǒng)溫控方法，考慮各種熱爐溫控方法的優(yōu)缺點，選擇最佳的方案，而單片機作為工業(yè)溫度控制系統(tǒng)的溫控核心在工業(yè)生產(chǎn)中較為合適。用單片機對熱爐溫度進行控制，不僅精度高，反映速度快，對環(huán)境要求不高，價格便宜并且易于實現(xiàn)等優(yōu)點，能夠大規(guī)模的運用和生產(chǎn)，能很好的完成對溫度的監(jiān)測和控制。2工業(yè)生產(chǎn)溫度控制系統(tǒng)的解決方案在工業(yè)生產(chǎn)溫控系統(tǒng)中采用的測溫元件和測量方法不相同，產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同，因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。通常由位式或時間比例式溫度調(diào)節(jié)儀控制的工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)，其主回路由接觸器

6、控制時因為不能快速反應，所以控溫精度都比較低，大多在幾度甚至十幾度以上。隨著電力電子技術(shù)及元器件的發(fā)展，出現(xiàn)了以下幾種解決的方案：（1）主回路用無觸點的可控硅和固態(tài)繼電器代替接觸器，配以pid或模糊邏輯控制的調(diào)節(jié)儀構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)， 其控溫精度大大提高，常在2以內(nèi)，優(yōu)勢是采用模糊控制與pid 控制相結(jié)合，對控制范圍寬、響應快且連續(xù)可調(diào)系統(tǒng)有巨大的優(yōu)越性。（2）采用單片機溫度控制系統(tǒng)。用單線數(shù)字溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù),打破了傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶再通過a/d 轉(zhuǎn)換采集溫度的思路。用單片機對數(shù)字進行處理和控制,通過rs - 232 串口傳到pc 機對溫度進行監(jiān)視與報警,設置溫度的上限和下限。其優(yōu)勢

7、是結(jié)構(gòu)簡單，編程不需要用專用的編程器,只需點擊電腦鼠標就可以把編好的程序?qū)懙絾纹瑱C中,很方便且調(diào)試、修改和升級很容易。（3）arm(advanced risc machine)嵌入式系統(tǒng)模糊溫度控制。利用arm處理器的強大功能，通過讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)，并與設定值進行比較，然后對溫度進行控制。通過內(nèi)嵌的操作系統(tǒng)clinux獲得極好的實時性，并且通過tcp/ip協(xié)議能與pc機很快的通訊。其優(yōu)勢不只是溫度控制精度高，而且能夠通過現(xiàn)場跟遠程兩種方式來設定控制溫度。 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和

8、中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。主要運用單片機技術(shù)，微機接口技術(shù)，傳感器與信號處理技術(shù)。用傳感器感知溫度，并轉(zhuǎn)換成電壓的輸出，單片機的外圍電路芯片0809把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入到單片機中。包括系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。硬件方面有8155接口電路，a/d轉(zhuǎn)換電路，溫度傳感器ds18b02進行設計，然后把它們整合成為一個整體，完成對溫度進行控制的硬件部分。在軟件設計方面，對主程序，中斷服務程序，采樣子程序，數(shù)字濾波程序進行編寫。3總結(jié)設計敘述了基于單片機對工業(yè)生產(chǎn)中溫度

9、的控制與設計，包括硬件組成和軟件的設計，該系統(tǒng)在硬件設計上主要是通過溫度傳感器對溫度進行采集，把溫度轉(zhuǎn)換成變化的電壓，然后由放大器將信號放大，通過a/d轉(zhuǎn)換器，將模擬溫度電壓信號轉(zhuǎn)化為對應的數(shù)字溫度信號電壓。其硬件設計中最為核心的器件是單片機89c51，它一方面控制a/d轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字溫度電壓值經(jīng)計算機處理得到相應的溫度值，送到led顯示器，以數(shù)字形式顯示測量的溫度。整個系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機mt89c51實現(xiàn)其控制功能。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，簡單可靠，操作靈活，功能強大，性能價格比高，較好的滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)和科研的需要。4參考文獻1 張

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