关于温度检测与控制的的论文
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基于PID的锅炉温度控制系统设计 摘要:利用BP神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,将神经网络PID与LabVIEW友好地人 机交互结合,实现对锅炉温度的控制.仿真结果表明,该系统具有更小的超调量,并且更快地到达需要的控制温 度. 关键词:BP神经网络;PID控制;温度控制 温度是锅炉生产蒸汽质量的重要指标之一,也是保证锅炉设备安全的重要参数.同时,温度是影响锅 炉传热过程和设备效率的主要因素.例如,在利用烟化炉对锌、铝冶炼过程中,如果温度过低,则还原速度 和挥发速度都会降低;但温度也不宜过高,否则在温度超过1 250℃时,可能形成Zn-Fe合金,有害于烟 化炉的作业,因此温度的精确测量和控制是十分必要的.作为工业控制系统中的基本方式,PID控制对于 动态反应较缓慢的工业过程是非常好的控制规律[1].但是,当工业过程复杂,负荷变化很多,对象的纯滞 后又较大时常规PID控制达不到要求,为了解决上述问题系统采用PLC作为下位机,PC作为上位机,利 用labVIEW构造人机交互界面,应用神经网络PID对系统进行控制,设计锅炉温度的监制电路. 1 系统总体设计 系统通过热电偶传感器检测出锅炉的温度,采集的信号经过A/D电路转换后传给PLC控制器.PLC 根据数据做出判断,当锅炉处在升温阶段时对锅炉进行加热,当锅炉处于保温段时调用PID算法控制温 度满足输出要求.同时PLC把数据传给PC机,PC机做出显示和报警.具体电路如图1所示. 1·1 主控芯片 S7-300PLC是西门子生产的模块式中小型PLC,提供了大量可以选择的模块,包括:PS 电源模块、CPU模块、IM接口模块、SM信号模块、FM功能模块和CP通信模块.其中FM模块可实现高 速级数、定位控制、闭环控制功能;CP模块是组态网使用的接口模块常用的网络有PROFIBUS,工业以太 网及点对点连接网络.这些模块可以通过U形总线紧密地固定在轨道上,一条导轨共有11个槽号:1号槽 至3号槽分别放置电源、CPU、IM模块4号槽至11号槽 可以随意放置其他模块. 1·2 通信网络 一般的自动化系统都是以单元生产设备 为中心进行检测和控制,不同单元的生产设备间缺乏信息 交流,难以满足生产过程的统一管理.西门子全集成自动 化解决方案顺应了当今自动化的需求,TIA从统一的组态 和编程、统一的数据管理及统一的通信三方面集成在一 起,从现场级到管理级,可以使用如工业以太网、PROFIB- BUS,MPI,EIB等通信网络.根据设计的需要可以自由选择通信网络的配置[2]. 1·3 温度传感器 热电偶是将2种不同的导体焊接起来组成闭合回路,当两端节点有温度差时,两端点 之间产生电动势,回路中会产生电流,这种现象称为热电效应.热电偶温度传感器就是利用这一效应来工 作的.在工业生产过程中被测点与基准节点之间的距离常常过远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采 用补偿导线的方式进行补偿[3]. 1·4 显示界面 LabVIEW是美国NI公司推出的图形化工业控制测控开发平台,是目前应用最广、发展 最快、功能最强的图形软件集成开发环境.LabVIEW具有界面友好、开发周期短等优点,广泛应用于仪器 控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域.所以,我们可以在计算机上采用它来实现对设备运行状态的 监控,同时也可以对各种数据进行采集显示.系统的温度显示界面如图2所示. 2 系统控制算法设计 PID控制是工业过程控制中最常用的一种控制方法, 但常规的PID控制在被控对象具有复杂的非线性时,如锅 炉的温度控制,不仅具有较大的纯延迟,而且模型也不确 定时,对于这种对象往往难以达到满意的控制效果.BP神 经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,通过神 经网络自身的学习,找到最佳组合的PID控制参数,以满 足控制系统的要求.具体的神经网络PID控制系统框图如 图3所示. 设PID神经元网络是一个3层BP网络,包括2个输入节点,3个隐含层节点,1个输出接点.输入节 点对应所选的系统运行状态量,如系统不同时刻的输入量和输出量等,必要时要进行归一化处理.输出节 点分别对应PID控制的3个可调参数KP,KI,KD.输入层的2个神经元在构成控制系统可分别输入系统 被调量的给定值和实际值.由文献[4]和[5]中的前向算法可得到输出层的权系数计算公式为: 3结论 PID控制算法是一种易于实现而且经济实用的方法,具有很强的灵活性,但在被控制对象具有复杂的 非线性时,难以满足控制要求,而神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,神经网络PID与 LabVIEW结合实现对锅炉温度的数据采集、控制和显示,提高了锅炉监控系统的效率. 参考文献: [1] 邓洪伟.供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J].动力与电力工程,2008(18):93-94. [2] 张运刚.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007. [3] 何希才.传感器及其应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004. [4] 何离庆.过程控制系统与装置[M].北京:重庆大学出版社,2003. [5] 舒怀林.PID神经元网络及其控制系统[M].北京:国防工业出版社,2006.
温度传感器原理及应用论文参考文献
温度传感器原理及应用论文参考文献，温度传感器是温度测量仪表的核心部分，是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，品种繁多，也是用处比较广的工具。以下分享温度传感器原理及应用论文参考文献。
一、温度传感器工作原理–恒温器
恒温器是一种接触式温度传感器，由两种不同金属（如铝、铜、镍或钨）组成的双金属条组成。
两种金属的线性膨胀系数的差异导致它们在受热时产生机械弯曲运动。
一、温度传感器工作原理–双金属恒温器
恒温器由两种热度不同的金属背靠背粘在一起组成。当天气寒冷时，触点闭合，电流通过恒温器。当它变热时，一种金属比另一种金属膨胀得更多，粘合的双金属条向上（或向下）弯曲，打开触点，防止电流流动。
有两种主要类型的双金属条，主要基于它们在受到温度变化时的运动。有在设定温度点对电触点产生瞬时“开/关”或“关/开”类型动作的“速动”类型，以及逐渐改变其位置的较慢“蠕变”类型随着温度的变化。
速动型恒温器通常用于我们家中，用于控制烤箱、熨斗、浸入式热水箱的温度设定点，也可以在墙上找到它们来控制家庭供暖系统。
爬行器类型通常由双金属线圈或螺旋组成，随着温度的变化缓慢展开或盘绕。一般来说，爬行型双金属条对温度变化比标准的按扣开/关类型更敏感，因为条更长更薄，非常适合用于温度计和表盘等。
二、温度传感器工作原理–热敏电阻
热敏电阻通常由陶瓷材料制成，例如镀在玻璃中的镍、锰或钴的氧化物，这使得它们很容易损坏。与速动类型相比，它们的主要优势在于它们对温度、准确性和可重复性的任何变化的响应速度。
大多数热敏电阻具有负温度系数（NTC），这意味着它们的电阻随着温度的升高而降低。但是，有一些热敏电阻具有正温度系数 (PTC)，并且它们的电阻随着温度的升高而增加。
热敏电阻的额定值取决于它们在室温下的电阻值（通常为 25 o C）、它们的时间常数（对温度变化作出反应的时间）以及它们相对于流过它们的电流的额定功率。与电阻一样，热敏电阻在室温下的电阻值从 10 兆欧到几欧姆不等，但出于传感目的，通常使用以千欧为单位的那些类型。
温度传感器类毕业论文文献有哪些？
1、[期刊论文]一种高稳定性双端出纤型光纤光栅温度传感器
期刊：《声学与电子工程》 | 2021 年第 002 期
摘要：针对双端出纤型光纤光栅温度传感器线性度较差、温度测量精度低的问题,文章首先对传感器内部结构进行了优化,使光纤光栅在整个温度测量区间内不受结构件热胀冷缩的应力影响,从而提升传感器的稳定性、实验验证,采用新工艺封装的.光纤光栅温度传感器在5～65°C的范围内温度精度达到0、1°C,且重复性良好,适用于自然环境下的温度传感、
关键词：光纤光栅；温度传感器；应力；测温精度
链接：、zhangqiaokeyan、com/academic-journal-cn_acoustics-electronics-engineering_thesis/0201290086379、html
2、[期刊论文]某型温度传感器防护套弯折疲劳试验的寿命研究
期刊：《环境技术》 | 2021 年第 001 期
摘要：由于动车组轴端温度传感器的大多数已达到三级修、四级修的修程,检修的数量和成本逐年增加,检修发现出现防护套破损的情况较多,需要大量更换,本文通过对温度传感器的防护套进行弯折疲劳试验,对数据结果进行统计分析,确认导致防护套弯折老化的主要原因、
关键词：防护套；破损；弯折疲劳
链接：、zhangqiaokeyan、com/academic-journal-cn_environmental-technology_thesis/0201288850019、html
3、[期刊论文]进气压力温度传感器锡晶须的分析
期刊：《机械制造》 | 2021 年第 004 期
摘要：对进气压力温度传感器的结构进行了介绍,对进气压力温度传感器产生锡晶须问题进行了分析,并在分析锡晶须生长机理的基础上提出了抑制方法、
关键词：传感器；锡晶须；分析
链接：、zhangqiaokeyan、com/academic-journal-cn_machinery_thesis/0201288850874、html
4、[期刊论文]一种具有±0、5℃精度的CMOS数字温度传感器
期刊：《电子设计工程》 | 2021 年第 001 期
摘要：该文设计了一种基于0、35μm CMOS工艺的采用双极型晶体管作为感温元件的数字温度传感器、该温度传感器主要由正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路、一阶连续时间Σ-Δ调制器、计数器和I2C总线接口等模块组成、为提高温度传感器的测量精度
该文深入分析了在不采用校准技术的情况下工艺漂移对温度传感器精度的影响,并在此基础上提出了简单的校准电路设计、根据电路仿真结果,在加入校准电路之后,温度传感器在-40～120℃温度范围内的精度可以达到±0、5℃、
关键词：数字温度传感器；CMOS工艺；双极型晶体管；校准
链接：、zhangqiaokeyan、com/academic-journal-cn_electronic-design-engineering_thesis/0201286451032、html
5、[期刊论文]柴油机冷却水温度传感器断裂故障分析
期刊：《内燃机与配件》 | 2021 年第 004 期
摘要：针对柴油机冷却水温度传感器断裂的问题,通过对该测点管路流腔进行CFD仿真计算,分析了流腔内部速度和压力场的变化情况,确定了传感器的断裂原因。计算结果表明:传感器位置处流速较大,导致传感器下部受振荡力,且发生了空蚀,使传感器失效。
本文针对此次传感器断裂故障提出了解决措施:对传感器的位置进行了优化布置;对传感器的结构形式进行了改进。通过改进,传感器随整机验证时间超过1500h,未再发生同类断裂故障,保证了柴油机的安全运行,为以后类似故障的分析和解决提供参考。
关键词：柴油机；温度传感器；流速；受力
链接：、zhangqiaokeyan、com/academic-journal-cn_internal-combustion-engine-parts_thesis/0201288594662、html
常见温度传感器
温度是与人类生活息息相关的物理量，在工业生产自动化流程中，温度测量点要占全部测量点的一半左右。它不仅和我们的生活环境密切相关，在科研及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果至关重要，所以温度传感器应用相当广泛。
温度传感器对温度敏感具有可重复性和规律性，是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。现在来介绍一些温度传感器的工作原理。
铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化介质中非常稳定。铂电阻的输入－输出特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件，还能作为温度计作基准器。
铂电阻在常用的热电阻中准确度最高，国际温标ITS-90中还规定，将具有特殊构造的铂电阻作为℃～℃标准温度计来使用。铂电阻广泛用于-200℃～850℃范围内的温度测量，工业中通常在600℃以下。
PN结温度传感器是利用PN结的结电压随温度成近似线性变化这一特性实现对温度的检测、控制和补偿等功能。实验表明，在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度之间具有很好的线性关系。
根据PN结理论，对于理想二极管，只要正向电压UF大于几个kbT/e(kb为波尔兹曼常数，e为电子电荷)。其正向电流IF与正向电压UF和温度T之间的关系可表示为
由半导体理论可知，对于实际二极管，只要它们工作的PN结空间电荷区中的复合电流和表面漏电流可以忽略，而又未发生大注入效应的电压和温度范围内，其特性与上述理想二极管是相符合的[6]。实验表明，对于砷化镓、
锗和硅二极管，在一个相当宽的温度范围内，其正向电压与温度之间的关系与式(1-3)是一致的，如图1-1所示。
实验发现晶体管发射结上的正向电压随温度的上升而近似线性下降，这种特性与二极管十分相似，但晶体管表现出比二极管更好的线性和互换性。
二极管的温度特性只对扩散电流成立，但实际二极管的正向电流除扩散电流成分外，还包括空间电荷区中的复合电流和表面漏电流成分。这两种电流与温度的关系不同于扩散电流与温度的关系，因此，实际二极管的电压—温度特性是偏离理想情况的。
由于三极管在发射结正向偏置条件下，虽然发射结也包括上述三种电流成分，但是只有其中的扩散电流成分能够到达集电极形成集电极电流，而另外两种电流成分则作为基极电流漏掉，并不到达集电极。因此，晶体管的
所以表现出更好的电压－温ICUBE关系比管的IFUF关系更符合理想情况，
度线性关系。根据晶体管的有关理论可以证明，NPN晶体管的基极—发射极电压UBE与温度T和集电极电流Ic的函数关系式与二极管的UF与T和IF函数关系式(1-3)相同。因此，在集电极电流Ic恒定条件下，晶体管的基极—发射极电压UBE与温度T呈线性关系。但严格地说，这种线性关系是不完全的，因为关系式中存在非线性项。
集成温度传感器是将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一芯片的集成化温度传感器。这种传感器的优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出[7]。目前，集成温度传感器已广泛用于-50℃～+150℃温度范围内的温度检测、控制和补偿等。集成温度传感器按输出形式可分为电压型和电流型两种。
进气温度传感器工作原理是什么？
进气温度传感器的工作原理是：进气温度传感器在工作状态下，内部安装了一个具有负温度电阻系数的热敏电阻，通过这个负温度热敏电阻感知温度变化，进而调节电阻的大小改变电路电压。
以下是关于进气温度传感器的详细介绍：
1、原理：进气温度传感器就是一个负温度系数的热敏电阻，当温度升高的时候电阻阻值会变小，当温度降低的时候电阻值会增大，汽车的电压会随着汽车电路中电阻的变化而变化，从而产生不一样的电压信号，可以完成汽车控制系统的自动操作。
2、作用：汽车的进气温度传感器就是检测汽车发动机的进气温度，将进气温度转变为电压信号输入为ecu作为喷油修正的信号使用。
温度检测控制系统论文
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必须要有实物啊，理论的东西都是要靠实物来验证的啊。温度控制系统不难吧，学过电子、单片机的都很轻松的，同学看来你大学过得还挺滋润的啊。去文库看看，基本都会有资料参考的。知识要点：1，AD采样，也就是温度的数据采集。2，中断，采集数据后比较，做相应的处理。
很简单的问题，最好使用18B20来做；使用一个字节保存温度上限，一个字节保存下限。每次测量之后，将测温结果与这两数字做比较就行了。具体的控制量自己根据要求决定。
温度控制检测系统论文
建议你去"幸福校园"看看 里面有些样子 你可以参考 第一章 前言本论文介绍单片机结合DS18B20设计的智能温度控制系统，系统用一种新型的“一总线”可编程数字温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和A／D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高、功耗低、微型化、抗干扰能力强，可根据不同需要用于各种温度监控及其他各种温度测控系统中。美国DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20，具有微型化低功耗、高性能、可组网等优点，新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20的测温分辨率较高，DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号，因此特别适合和单片机配合使用，直接读取温度数据。目前DS18B20数字温度传感器已经广泛应用于恒温室、粮库、计算机机房。测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,误差为±°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。新的产品支持3V~的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS18B20使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。
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温度控制器的毕业论文
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温度控制系统的设计(555定时器) [单片机] 04-20摘要 在日常的生产与生活中，温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。所以人们需要用到良好的温度检测及控制装置系统来解决这些问题。本文介绍了采用A/D ...http:// 化工液的温度控制与检测(程序+电路图+Protel原理图+PCB图)精品☆ [电子] 01-01摘 要 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控系统。文中传感器理论单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用AD5 ...http:// 温度控制器的设计(AT89S51单片机)(程序+电路图+原理图+PCB图)☆ [单片机] 11-17摘 要 随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了以AT89C51单片机为核心的数字温度测量及自动控制系统的设计，该温度控制器可以实时显示和设定温度，实现对温度的自动控制。其 ...http:// MCS-51单片机智能温度控制系统设计 [单片机] 07-16温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。控制精度直接影响着产品质量的好坏。本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。 ...http:// 基于AT89C2051单片机的温度控制系统的设计(程序+电路图)☆ [单片机] 07-16摘 要 ：温度控制在工业生产中运用的非常广泛，其控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰。采用一般的控制方法如PID控制，都不能很好地满足要求。而基于AT89C2051单片机的温度控制策略可以很容易的解决这些问题。 以AT89C2051单片机为基础，结合温度传感 ...http:// 基于单片机饮水机温度控制的设计(实物图+原理图+PCB图+程序)☆ [单片机] 07-16摘 要 温度是表征物体冷却程度的物理量，也是一种最基本的环境参数。在农工业生产及日常生活中，对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。目前,典型的温度测控系统由模拟式温度传感器、A/D 转换电路和单片机组成。由于模拟式温度传感器输出的模拟信号必 ...http:// 基于AT89S51单片机核心的温度控制系统的设计 [单片机] 07-16摘要 本文介绍了以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 ...http:// 基于单片机的温度控制系统的设计 [单片机] 07-16摘 要 本文列举了单片机在锅炉中的一个实际应用，并对设计的温度控制系统的组成及主要电路的作用进行了详细的介绍。 文章介绍了用单片机控制的、基于数字温度传感器DS1820的温度测量和控制系统：重点阐述了DS1820的工作原理、指令系统、单片机与DS1820之间的 ...http:// 基于单片机的模糊PID温度控制系统设计 [单片机] 07-16摘 要 温度控制在热处理工艺过程中,是一个非常重要的环节。控制精度直接影响着产品质量的好坏。本文研究的电炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，传统的加热炉控制系统大多建立在一定的模型基础上，难以保证加热工艺要求。因此本文将模糊控制算法引入传统的加热 ...http:// 嵌入式系统在多点温度控制中的应用 [嵌入式] 07-16第一章 概述 引言 嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上嵌入式系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技 ...http://
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温度检测自控风扇论文
目录引言. 11 设计要求. 控制要求. 受控对象的数学模型. 42 系统的硬件配置. 单片机和系统总线. 硬件介绍. 53 温度控制器的组成框图. 104 温度控制器结构图及总述. 125 温度控制器软件设计. Microchip PIC16F877A单片机温度控制器软件结构图如图所示。. 单片机控制流程图. 温度变换程序模块. 温度非线性转换程序模块. 156 通信协议的设计. 软件设计. 通信协议概述. 通信协议说明. 信号帧分类. 信号帧格式. 通信协议处理流程. PC 上位机的软件设计. PC软件设计方法的选择. PC软件通信方式的选择. 具体实现方法. 单片机软件设计. 波特率. 通信协议设计结论. 通信可靠性分析. 通信速度分析. 287 Protel99设计原理图. 308 硬件电路板的制作. 339 设计总结. 35谢 辞. 36参考文献. 37附 录1 38已经发了到你信箱........
很简单的问题，最好使用18B20来做；使用一个字节保存温度上限，一个字节保存下限。每次测量之后，将测温结果与这两数字做比较就行了。具体的控制量自己根据要求决定。
本科生有啥钱啊，楼上的，这点钱也想赚。。。既然是本科毕业设计，那还是老老实实自己做吧，也算对自己有个交代
本设计的温度测量及加热控制系统以 AT89S52 单片机为核心部件，外加温度采集电路、键盘及显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传感器 DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制的开关器件。本作品既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到用户需要的温度，并使其恒定在这一温度。人性化的行列式键盘设计使设置温度简单快速，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。建立在模糊控制理论上的控制算法，使控制精度完全能满足一般社会生产的要求。通过对系统软件和硬件设计的合理规划，发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降低了硬件成本，系统操控简便。 实验证明该温控系统能达到 ℃的静态误差,℃的控制精度,以及只有 的超调量,因而本设计具有很高的可靠性和稳定性。 关键 词： 单片机 恒温控制 模糊控制 1引 言 温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 硬件 系统的设计 1、电路总体原理框图 温度测量及加热系统控制的总体结构如图 1 所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心 AT89S52单片机作为微处理器。 图 1：系统总体原理框图 温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码管实时显示。 2、温度采集电路的设计 温度采集电路模块如图 2 示。DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、 温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。其中 DQ 为数字信号输 入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端。 2图 2：温度采集电路 DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例:用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃/LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1再乘于 即可得到实际温度。 3、键盘和显示的设计 键盘采用行列式和外部中断相结合的方法，图 3 中各按键的功能定义如下表 1。其中设置键与单片机的 INT 0 脚相连，S 0 −−S 9 、YES、NO 用四行三列接单片机 P0 口，REST键为硬件复位键，与 R、C 构成复位电路。模块电路如下图 3： 表 1：按键功能 按键 键名 功能REST 复位键 使系统复位RET 设置键 使系统产生中断，进入设置状态S 0 −−S 9 数字键 设置用户需要的温度YES 确认键 用户设定目标温度后进行确认NO 清除键 用户设定温度错误或误按了 YES 键后使用3图 3 键盘接口电路 显示采用 3 位共阳 LED 动态显示方式,显示内容有温度值的十位、个位及小数点后一位。用 P2 口作为段控码输出，并用 74HC244 作驱动。— 作为位控码输出，用 PNP 型三极管做驱动。模块电路如下图 4： 4、加热控制电路的设计 图 4 显示接口电路 用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为电热杯，采用对加在电热杯两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。对电炉丝通断的控制采用 SSR-40DA 固态继电器。它的使用非常简单，只要在控制端 TTL 电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用 NPN 型三极管接成电压跟随器的形式驱动。当单片机的 为高点平时，三极管驱动固态继电器工作接通加热器工作，当单片机的 为低电平时固态继电器关断，加热器不工作。控制电路图如下图 5： 4图 5 加热控制电路 5、报警及指示灯电路的设计 当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的滴答滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警，当温度低于用户设置的目标温度 10 度或高于 10 度时蜂鸣器为连续不断的滴答滴答叫声。当单片机 输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。 为低电平时三极管关断，蜂鸣器不工作。 D1 为电热杯加热指示灯， 低电平有效；D0 为检测到 DS18B20 的指示，高电平有效；D10 为降温指示灯，低电平有效。报警及指示灯电路如下图 6 示： 图 6 报警及指示灯电路 5软 件系统的设计 系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。 1、主程序模块 主程序主要完成加热控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实 际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对外部温度进行实时显示。把设置键作为外部中断 0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如下图 7： 6图 7 主程序流程图 72、功能实现模块 以用来执行对固态继电器及电热杯的控制。功能实现模块主要由中断处理子程序、温度比较处理子程序、键盘处理子程序、显示子程序、报警子程序等部分组成。键盘显示及中断程序流程图如下图 8： 3、运算控制模块 图 8 键盘、显示、中断 子程序流程图 该模块由标度转换、模糊控制算法，及其中用到的乘法子程序。 标度转换 16式中 A 为二进制的温度值， A0 为 DS18B20 的数字信号线送回来的温度数据。 8单片机在处理标度转换时是通过把 DS18B20 的信号线送回的 16 位数据右移 4 位得到二进制的温度值。其小数部分通过查小数表的形式获取。程序流程图如下图 9： 开始将28H低4位与29H高4位组合成一个字节将合成的字节(整数部分)送29H单元将29H单元低4位送A给DPTR赋常数表格2首地址将查到的数值(即小数部分)送30H单元结束 模糊控制算法子程序 图 9 标度转换子程序流程图 该系统为一温度控制系统，由于无法确切确定电炉的物理模型，因而无法建立其数学模型和传递函数。加热器为一惯性系统，我们采用模糊控制的方法，通过多次温度测量模糊计算当用户设定目标温度时需提前关断加热器的温度，利用加热器自身的热惯性使温度上升到其设定温度。每隔 5 摄氏度我们进行一次温度测量，并当达到其温度时关断加热器记录下因加热器的热惯性而上升的温度值。从而可以建立热惯性的温度差值表，在程序中利用查表法，查出相应设定温度对应的关断温度。通过实验数据我们可以看出，当水温从 0℃加热到 50℃这段温度区域，其温度惯性曲线可近似成线性的直线，水温从 50℃加热到 100℃这段温度惯性曲线可近似成另一条线性的直线段。通过对设置的目标温度与温控系统监测温度进行差值处理就可近似的求出单片机的提前关断温度。程序流程图如图 10： 94．源程序见附录[2] 图 10 模糊控制算法子程序流程图 设计 总结 我们的温度控制系统是基于 AT89S52 单片机的设计方案，她能实时显示当前温度，并能根据用户的要求作出相应的控制。此系统为闭环系统，工作稳定稳定性高,控制精度高,利用模糊控制算法使超调量大大降低。软件采用模块化结构,提高了通用性。本设计的目的不仅仅是温度控制本身,主要提供了单片机外围电路及软件包括控制算法设计的思想,应该说,这种思想比控制系统本身更为重要。 1、设计所达到的性能指标 温控系统的标度误差我们将标准温度计和温控系统探头放人同一容器中，选定若干不同的温度点，记 录下标准温度计显示的温度和温控系统显示的温度进行比较。测量数据如下表 2 所示： 表 2 标准温度计测量的温度和温控系统显示的温度 标准温度计和温控系统显示的温度（℃）标准温度计 温控系统 差值比较 标度误差 温控系统的静态误差 通过测量在不同的温度点同标准温度的温度差来确定温控系统的静态误差。其测量 数据如下表 3： 表 3 标准温度和温控系统显示的温度 标准温度和温控系统显示的温度（℃）标准温度 系统显示值 差值 0 静态误差 ℃ 温控系统的控制精度 通过设定不同的温度值，使加热器加热，待温度稳定时记录各温度点的温度计数据 和温控系统的显示值。其记录数据如下表 4： 温度计读数和温控系统显示的温度（℃）设定温度值 系统显示值 差值 控制精度 ℃超调量 、结果分析论述 我们的系统完全满足设计要求，静态误差方面可以达到 ℃的误差，在读数正确 方面与标准温度计的读数误差为 ％，对一般的工业生产完全可以采用我们的设计。 该系统具有较小的超调值，超调值大约为 左右。虽然超调为不利结果，但另一方面却减小了系统的调节时间。从其数据表可以看出该系统为稳定系统。 3、设计方案评价 优点 在硬件方面：本设计方案采用了单总线型数字式的温度传感器，提高了温度的采集 精度，节约了单片机的口线资源。方案还使用仅一跟口线就可控制的美国生产的固态继电器 SSR—40DA 作加热控制器件，使设计简单化，且可靠性强。在控制精度方面，本设计在不能确定执行机构的数学模型的情况下，大胆的假设小心的求证，利用模糊控制的算法来提高控制精度。在软件方面：我们采用模块化编程，思路清晰，使程序简洁、可移植性强。 缺点 本设计方案虽然采用了当前市场最先进的电子器件，使电路设计简单，但设计方案造价高。本系统虽然具有较小的超调量，但加大了调节时间。如果需要更高的控制精度，则我们的模糊控制将不适应，需修改程序。 11 方案的改进 在不改变加热器容量的情况下，为减小调节时间，可以实行在加热快达到设定温度时开启风扇来减小热惯性对温度的影响的措施。在控制精度上可采用先进的数字 PID控制算法，对加热时间进行控制，提高控制精度。 可以改进控制系统使能同 PC 联机通信，以利用 PC 的图形处理功能打印显示温度曲线。AT89S52 串行口为 TTL 电平，PC 串行口为 RS232 电平，使用一片 MAX232 作为电平转换驱动。 参考 文献 [1] 李广弟 单片机基础 北京：北京航空航天大学出版社，2001 [2] 王福瑞 单片微机测控系统设计大全 北京：北京航空航天大学出版社，1997 [3] 赵茂泰 智能仪器原理及应用（第 2 版） 北京：电子工业出版社，2004 [4] 赖寿涛 微型计算机控制技术 北京：机械工业出版社，2000[5] 沙占友 模拟与数字万用表检测及应用技术 北京：电子工业出版社 1999 12附 录 附录[1]使用说明书 按 键功能说明 数字键：按 SET 键后，按相应的数字键（0~9）可对温度进行设置，所设置的温 度将实时显示在 LED 显示器上； SET 键：按 SET 键可对温度的十位、个位以及小数部分进行设置； YES 键：设置好温度后按 YES 键，系统将据你所设置的温度（须大于当前实际 温度）对水进行加热； NO 键：若误按了 SET 键，或对输入有误，可按 NO 键进行取消； RST 键：对系统进行复位。 指示 灯及报警器说明 红 灯：加热状态标志； 绿 灯：温度传感器正常工作标志； 蓝 灯：保温状态标志； 报警器：功能①当水温达到预设值时报警提醒； 功能②当水温达到或超越上、下限时报警提示。 13附录[2]设计总电路 14附录[3]程序清单 TEMPER_L EQU 29H ;用于 保存读出温度的低 8 位 TEMPER_H EQU 28H ;用于 保存读出温度的高 8 位 FLAG EQU 38H ;是否 检测到 DS 18B20 标志位 DAYU EQU 44H ;设温 >实温 XIYU EQU 45H ;设温 <实温 DEYU EQU 46H ;设温 =实温 GAOLE EQU 47H ;水温 高于最高温度 DILE EQU 48H ;水温 低于最低温度 A_bit EQU 79h ;数码 管个位数存放内存位置 B_bit EQU 7Ah ;数码 管十位数存放内存位置 C_BIT EQU 78H ;数码 管小数存放内存位置 ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP PITO ORG 0030H START: CLR CLR CLR SETB MOV R4, #00H MOV SP, #60H ;确立堆栈区 MOV PSW, #00H ; MOV R0, #20H ;RAM 区首地址 MOV R7, #60H ;RAM 区单元个数 ML: MOV @R0, #00H INC R0 DJNZ R7, ML CLR IT0 MAIN:LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序 进行温度显示,这里我们考 ;虑用网站提供的两位数码管来显示温度 ;显示范围 00 到 99 度,显示精度为 1 度 ;因为 12 位转化时每一位的精度为 度,;我们不要求显示小数所以可以抛弃 29H 的低 4 ;位将 28H 中的低 4 位移入 29H 中的高 4 位,这 ;样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获 ;得的温度 LCALL DISPLAY ;调用数码管显示 子程序 JNB 00H, MAIN CLR 00H 15MOV A, 38H CJNE A, #00H, SS AJMP MAIN SS: LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY;调用 数码管显示子程序 LCALL BIJIAO LCALL XIAOYU LCALL JIXIAN JNB DEYU ,LOOP CLR ;关加热器 SETB ;关 蓝灯 SETB ;关风扇 CLR DEYU LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY AJMP TT2 LOOP:JNB DAYU ,TT CLR DAYU SETB SETB SETB CLR LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY AJMP TT2 TT:JNB XIYU, TT2 CLR XIYU CLR CLR CLR CLR LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY TT2:MOV A, 29H CLR C CJNE A, 50H, JX MOV A , 30H CLR C CJNE A, 51H, JIA1 AJMP YS2 JIA1:JC JX MOV A, 51H MOV 52H, A ADD A, #2 16MOV 52H, A CLR C MOV A, 30H CJNE A, 52H, JIA2 JIA2:JNC JXYS2:SETB CLR MOV R5, #20H YS:LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY DJNZ R5, YS CLR SETB MOV R5, #20H YS1:LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY DJNZ R5, YS1 YS3:SETB CLR MOV R5, #20H YS0:LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY DJNZ R5, YS0 CLR SETB MOV R5, #20H YS01:LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY DJNZ R5, YS01 YS4:SETB CLR MOV R5, #20H YS02:LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY DJNZ R5, YS02 CLR SETB MOV R5, #20H YS03:LCALL GET_TEMPER LCALL DISPLAY DJNZ R5, YS03 JX: MOV A, 29H CJNE A, 31H, JX00 JX01:SETB 17CLR C AJMP LAST JX00:JC JX01 CLR CJNE A, JX02:SETB CLR C AJMP LAST JX03:JNC JX02 32H, JX03 CLR GET_TEMPER LCALL DISPLAY AJMP SS ;***************************常数表格区**** ****************************************** TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8 H,80H ;0-8 DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH ,0CH ;9,A,B,C,D,E,F,灭,p. TAB1:DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H ,10H, ;. TAB2:DB 0, 0, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 8, 9, 9, ;小数点 ;*************************1ms 延时程序*************** ********************* ;************************* ****中断服务程序* ********************************* ; 完成按键识别,键值求取,按键实时显示 等功能; ;************************* **************** ********************************** PITO: PUSH ACC PUSH PSW SETB RS0 CLR RS1 SET B 00H MAIN1: MOV R7 , #03H ;显示位数为 2 位 MOV R0, #7AH MOV 78H, #00H MOV 79H, #00H MOV 7AH, #00H KK: LCALL DIR LCALL KEY1 LOOP1:CJNE A, #11, LOOP2 AJMP LAST0 LOOP2:CJNE A, #12, LOOP3 LJMP LAST3 LOOP3: CJNE A, #10, L4 MOV A, #00H L4: MOV @R0, A LCALL DIR DEC R0 DJNZ R7, KK 18SETB 01H LAST0:JNB 01H, KK LOOP4:LCALL KEY1 CJNE A, #12, LOOP5 AJMP LAST3 LOOP5:CJNE A, #11, LOOP4 LAST1:LCALL DIR LCALL MUN LCALL JD LCALL BIJIAO LAST3:POP PSW POP ACC RETI ;******************精度控制 子程序********** ****** JD: PUSH ACC PUSH PSW CLR C MOV A, 38H MOV 50H, A MOV A, 39H MOV 51H, A CJNE A, 29H, L001 L001:JC LAST02 ;设温<实温,则跳出 MOV A, 29H MOV 41H, A MOV A, 38H CJNE A, #25, L002 L003:CLR C ;0