基于单片机温度控制系统的研究
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密 惠 保
设计（论文）
题目
基于单片机温度控制系统的研究
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
√
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一、 本课题的研究目的和意义
随着控制理论和电子技术的发展，工业控制器的适应能力增强和高度智能化正逐步成为现实。其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到广泛应用。PID温度控制器作为一种重要的控制设备，在化工、食品等诸多工业生产过程中得到了广泛的应用。本文主要讨论在过程控制中得到广泛应用的数字PID控制在单片机温度控制系统中的应用。本文详细阐述了基于单片机的温度控制系统的硬件组成、软件设计及相关的接口电路设计。并且充分考虑了系统的可靠性，采取了相应的措施予以保证。针对控制对象的特点，在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究，并在单片机系统中实现了控制算法。最后针对温控系统进行了实验，通过对实验数据的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的设计的合理性和有效性。
在大部分实际的环境中，增温要比降温方便。因此，对温度的控制精度要求比较高的情况下，不允许出现过冲现象的，即不允许实际温度超过控制的目标温度。特别是隔热效果很好的环境，温度一旦出现过冲，将难以很快把温度降下来。这是因为很多应用中只有加热环节，而没有冷却的装置。同样道理，对于只有冷却没有加热环节的应用中，实际温度低于控制的目标温度，对控制效果的影响也是很大的。
二、 本课题的主要研究内容（提纲）
1 温度测控技术的发展与现状。
2 硬件设计：
（1）系统硬件总体结构，单片机的选用。
（2）输出通道设计和输出通道设计。
（3）保护电路、串行通信接口电路。电源电路及硬件抗干扰措施。
3 软件设计
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4 控制方案的设计
5 系统调试
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三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）
近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。
在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度;但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测温方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是:不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。
温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类:动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等;恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某允许值。本文所讨论的基于单片机的温度控制系统就是要实现对温控箱的恒值温度控制要求，故以下仅对恒值温度控制进行讨论。
而过发展更是比我过发展成熟的多，因此我们更要奋发向上，努力提高我国在这方面的技术水平。
四、 拟解决的关键问题
1 硬件的设计，单片机的选取。
2 软件的设计，程序的编写，数据的采集与处理。
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3 PID的控制。
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五、 研究思路和方法
1 了解温度控制的原理，及温度控制的方法。
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2 把握总体思路，提出总体设计方案。
3 了解单片机的功能从而做出主控模块的选型及设计。
4学习软件设计的思想，做出各模块的软件程序。
5 进一步了解PID，做出控制方案。
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6 系统调试。
六、 本课题的进度安排
第1周 选择课题名称，对课题做初步了解。
第2周--第3周 毕业实习，在学校锅炉房参观，了解其工作流程。在肥城查庄煤矿参观实习。
第4周--第5周 查阅资料，了解国内外发展状况，了解其工作原理，完成开题报告和任务书。
第6周--第7周 完成硬件原理的设计，完成控制系统及整个系统的完整柔和
第8周--第11周 各种功能模块的子程序编程及调试。
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第12周--第14周 系统调试，实现所有编程，达到设计功能要求。
第15周--第16周 撰写设计说明书，准备毕业答辩。
七、 参考文献
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[1]陈国将.基于模糊PID控制的玻璃纤维机械温度控制系统研究[D].西安建筑科技大学硕士学位论文，2006
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[2]苏卫东，任思聪等.温度箱数学模型的建立及其自适应PID控制[J].中国惯性技术学报，1995年第3卷第4期
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[3]徐建林.热处理电阻炉炉温控制系统的分析及仿真[J].金属热处理，2002年第27卷第11期
[4]Ljung, Lennard. Theory And Practice of Recursive Identification [M].The MIT press,1983
[5]齐志才，赵继印.MCS-51系列单片机原理及接口技术[M].中国建筑工业出版社，2005
[6]赖寿宏.微型计算机控制技术[M].北京机械工业出版社
[7]张文娜.电控空气悬架PID控制系统设计与实验研究[D].江苏大学硕士学位论文
[8]王幸之，王雷，翟成等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京航空航天大学出版社
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指导教师意见
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指导教师（签名）：
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年 月 日
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所在系（所）意见
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负责人（签章）：
年 月 日
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