基于单片机温度控制系统

摘要??? 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 本系统的温度检测电路中采用芯片MAX6675，简化了系统的软硬件设计，提高了温度检测的精度。在输出控制中主要采用硬件电路实现，降低了程序的复杂性。在系统的硬件电路中采用了抗干扰设计，增强了系统的抗干扰能力。系统的软件设计采用了模块化结构，具有可移植性强和通用性强的特点。? 关键词：MCS-51单片机；温度；热电偶 ；MAX6675 摘要??? 1Abstract??? 2第一章绪论??? 41.1课题研究的背景及意义??? 41.2国内外研究概况及发展趋势??? 5第二章 温度控制系统硬件设计??? 52.1系统总体设计??? 52.2硬件设计??? 62.2.1单片机选择??? 62.2.2 热电偶??? 72.2.2.1补偿原理??? 72.2.2.2热电偶的选择??? 82.2.3检测电路设计??? 82.2.3.1MAX6675的引脚排列??? 92.2.3.2 MAX6675的工作原理及功能特点??? 92.2.3.3温度检测硬件电路??? 112. 2. 4、A/D转换??? 122. 2. 5、D/A转换??? 142. 2. 6、键盘及显示??? 152 .2. 7? 8155芯片与8052芯片连接部分：??? 15A7? A6?? A5?? A4? A3? A2? A1 A0??? 17第三章 温度控制系统软件设计??? 173.1系统软件设计思想??? 183.2温度检测程序设计??? 183.3键盘输入程序设计??? 203.4输出程序设计??? 21第四章 硬件电路板的制作??? 22第五章 设计总结??? 23致谢??? 25参考文献??? 26 课题研究的背景及意义 ?? 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。 ?????? 度控制技术发展经历了三个阶段：1、定值开关控制；2、PID控制；3、智能控制。定值开关控制方法的原理是若所测温度比设定温度低，则开启控制开关加热，反之则关断控制开关。其控温方法简单，没有考虑温度变化的滞后性、惯性，导致系统控制精度低、超调量大、震荡明显。PID控制温度的效果主要取决于P、I、D三个参数。PID控制对于确定的温度系统，控制效果良好，但对于控制大滞后、大惯性、时变性温度系统，控制品质难以保证。电阻炉是由电阻丝加热升温，靠自然冷却降温，当电阻炉温度超调时无法靠控制手段降温，因而电阻炉温度控制具有非线性、滞后性、惯性、不确定性等特点。目前国内成熟的电阻炉温度测控系统以PID控制器为主，PID控制对于小型实验用电阻炉控制效果良好，但对于大型工业电阻炉就难以保证电阻炉控制系统的精度、稳定性等。智能控制是一类无需人的干预就能独立驱动智能机械而实现其目标的自动控制，随着科学技术和控制理论的发展，国外的温度测控系统发展迅速，实现对温度的智能控制。应用广泛的温度智能控制的方法有模糊控制、神经网络控制、专家系统等，具有自适应、自学习、自协调等能力，保证了控制系统的控制精度、抗干扰能力、稳定性等性能。比较而言，国外温度控制系统的性能要明显优于国内，其根本原因就是控制算法的不同。 采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。 1.2国内外研究概况及发展趋势 传统的PID控制及改进型PID控制原理简单、工作稳定、可靠性高、鲁棒性强，曾在电阻炉温度控制系统中得到了普遍的采用，其缺点是必须预先建立控制对象的数学模型，因而其对于一些大滞后、多输入、时变性电阻炉系统，控制效果难以满意。自智能控制理论发展以来，智能控制技术开始逐渐应用于工业控制。1974年，Mamdani首次用模糊逻辑和模糊推理实现了蒸汽机的控制，其标志着人们用模糊逻辑进行工业控制的开始，也宣告了模糊控制的问世。1976年，P.J.King和Mamdani等人合作，用模糊控制对反应器进行温度控制，他们采用模糊模型的预估方案，从而成功解决了不稳定问题。这也是控制史上首次利用模糊控制来进行温度控制。 高梅娟在电阻炉温度控制系统中应用了双模预测模糊进行温度控制，具有超调量小，抗干扰能力强和稳态误差小的特点，优于PID控制和常规模糊控制。 纪友芳等人在所设计的智能温度控制仪表中采用了模糊PID制，控制结果表明：其具有响应速度快、超调小、控制精度高等优点。 总体上说，智能控制在温度控制系统中的应用越来越广泛。目前，国外已研制出商品化、智能化、精度高、小型化的智能温度控制系统，开发出成熟的智能控制算法和控制软件。相比较而言，国内智能控制技术的应用要落后于国外，目前国内成熟的温度控制系统以常规PID和各种改进PID控制为主，商品化的智能控制系统少，在智能控制算法和控制软件的开发方面投入人力、物力也较少。