温度控制器毕业论文

题目：温度控制器的设计机电工程学院李小草摘要本文设计了一个温度自动控制器。本设计以单片机（8031）为控制核心，外加硬件电路，将温度显示和数字控制集和于一体，实现智能温度控制。并采用软件程序实现升温的调节，能对加热炉的升温速度和保温时间严格控制。单片机控制系统由微处理器和工业生产对象两大部分组成。本文是通过热敏电阻和单片机等，来实现对工程上一些系统的温度进行范围控制的过程。关键词：测温；PID算法；单片机；温度控制器目录摘要..............................................................IABSTRACT..........................................................II第1章前言......................................................11.1概述.......................................................21.2课题分析...................................................21.3设计思路...................................................2第2章系统的基本组成及工作原理....................................32.1系统的基本组成.............................................32.2系统的基本工作原理.........................................3第3章测温电路的选择及设计........................................53．1热电偶测温电路..............................................53.1.1热电偶...................................................53.1.2毫伏变送器...............................................63.2热敏电阻测温电路............................................63.2.1热敏电阻.................................................63.2.2关于铂电阻的特性.........................................73.2.3温度测量电路.............................................7第4章芯片组的电路设计...........................................84．1ADC0809与8031接口硬件电路设计...............................84．28155与8031接口硬件电路设计..................................94.2.18155芯片的结构..........................................94.2.28155与8031接口电路......................................94．32732EPROM的工作原理及硬件接口设计..........................11第5章掉电保护功能电路...........................................14第6章温度控制电路...............................................156.1温度控制电路...............................................156．2控制规律的选择.............................................16第7章系统程序设计...............................................187．1系统控制主程序.............................................187．20T中断服务程序.............................................207．3采样程序及其流程图.........................................247．4数字滤波子程序及其流程图...................................25总结............................................................27致谢...........................................................28参考文献..........................................................29附录............................................................30第1章前言1.1概述现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温度控制器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。温度控制器是基于单片机开发的温度控制装置。其主要功能是，根据用户设定温度与实际温度的差值来控制加热器等执行机构，从而改变温度至用户所需。近些年来，因为温度控制器环节已经被纳入为分布式控制系统（DCS），个人电脑（PC）和可编程逻辑控制器（PLC），全球工业电子温度控制器市场增长缓慢。随着我国电子温度控制器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外电子温度控制器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。目前主要有模拟、集成机械式温度控制器和智能电子式温度控制器两大系列。且国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式、电子式；从集成化向智能化、网络化的方向发展。在当今电子信息时代，电子自动化、信息采集控制在任何行业都是不可逆转的潮流。温度控制器发展初期是机械式温度控制器，这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测室内温度，使用波段开关直接调整风速。双金属片温度控制器现基本已淘汰，只使用在一些要求不高较低档场合；充气膜盒温度控制器当前较流行，但总体来讲机械式温度控制器缺点十分明显：1.机械式温度控制器外观陈旧呆板；2.机械式温度控制器控温精度差；3.容易打火（直接切换强电）；4.极易在一个极小温差范围内频繁开关水阀（风阀）；5.功能比较单一。鉴于这些，智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转的潮流。本文将介绍一款以单片机为核心,具有智能、可编程、环保和节能等特点的温度控制系统的设计。本设计的温度控制器是已单片机为核心的。单片微型机简称单片机，它是在一片芯片上集成了中央处理部件，存储器、定时器/计数器和各种输入输出设备等接口部件。单片机是微机发展的一个重要的分支，自问世以来，性能不断地改善和提高，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗小、使用方便、性能可靠、价格便宜等优点，故在工业控制、数据采集和处理、通信系统、家用电器等领域的应用日益广泛。国内虽然起步较晚，但单片机的潜力越来越被人们所重视，尤其在工业控制、自动化仪器仪表、计算机系统接口、智能化外设等应用领域发展很快。它的应用对于产品升级换代、机电一体化都具有重要的意义。在工业生产中，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。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，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。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。1.2课题分析单片机控制系统由微机和工业生产对象两大部分组成，其中包括硬件电路和软件程序，整个控制系统是通过接口将计算机和生产过程联系起来实现计算机对生产过程中的数据处理和控制。本文介绍了MCS—51单片机对温度控制系统硬件接口和软件设计的基本思想。包括单片机系统的扩展即程序存储器和数据存储器的扩展，输入/输出接口扩展和温度控制电路的接口。1.3设计思路首先，收集大量相关资料，参考多种温度控制器方案并确定出自己将要设计的方案；(根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。此外，整个控制系统可分为硬件电路设计和软件程序设计两大部分。可分别对它们进行分析设计)再对自己打算设计的方案进行仿真调试；当仿真调试得到理想效果时，再将设计好的原理电路制成PCB板；随后清点需要的元器件，并购买；最后，按照自己设计的电路完成实物并调试。第2章系统的基本组成及工作原理2.1系统的基本组成在工业生产中，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。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，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。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本系统是由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。方案一：采用AT89S51作为电路的控制核心,使用12位的高精度模数转换器AD574A进行数据转换,控制电路部分采用PWM控制可控硅的通断以实行对温度的连续控制,此方案精度相对较高，但价格昂贵。如用于本设计，显得浪费资源。方案二：采用8031作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0809作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温。此方案简易可行,器件的价格便宜，且应用简单。对本次设计而言，相对适宜。综上分析,针对此次设计，我们采用方案二即可：整个系统由8031单片机、8155外围接口芯片，以及2732EPROM可擦除程序存储器、ADC0809模数转换器、温度检测元件和温度控制电路组成。[8]2.2系统的基本工作原理控制系统工作如下：材料温度由热电阻测量，信号放大通过放大器，毫伏信号放大后由A/D转换成相应的数字量，再通过光电耦合器，进入主机电路。由主机进行数据处理，判断分析，再输出数字控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的控制。同时，超过上下限时进行自动报警，控制中自动显示温度值。进行系统设计时，应考虑如下问题：⑴具有掉电保护功能；⑵具有超偏报警功能，超偏时，发光管以闪光形势报警；⑶输入输出通道和主机都用光电耦合器进行隔离，使仪器具有较强的抗干扰能力；⑷采用六位LED显示；⑸温度控制范围涉及测温元件、电炉功率的选择；⑹控制精度、超调量等指标，涉及到A/D转换精度、控制规律选择等。系统原理框图如下所示：图2.1系统原理框图本设计温度控制器以单片机芯片组为控制中心，由掉电保护供电系统对各个部分进行供电。温度测试电路将温度信息转换为模电信息，经数模转换将其转换为数字信号，然后再传到温度控制中心（芯片组）进行分析处理。在芯片组的处理下，控制温度控制电路的工作，控制显示当前温度及过温报警。温度控制电路工作以改变温度，从而达到控温目的。第3章测温电路的选择及设计3.1热电偶测温电路3.1.1热电偶热电偶是将温度量转换成电势大小的热电传感器，它被广泛用来测量100℃掉电保护供电系统温度测量电路温度控制中心（芯片组）温度控制电路（可控硅）温度