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畢業設計(論文)基于單片機的溫度控制器設計-文獻綜述定稿 四川理工學院畢業設計(論文)文獻綜述基于單片機的溫度控制器設計 學 生:XXX學 號:XXXXXXXXXXXXXXX專 業:自動化班 級:2008.2指導老師:XXX四川理工學院自動化與電子信息學院二O一二年六月前言在某些工業生產過程中,如恒溫爐、倉庫儲藏、花卉種植、小型溫室等領域都對溫度有著嚴格的要求,需要對其加以檢測和控制1。在工業生產中如果檢測得不準確就會發生許多的生產事故。如化工生產中對溫度的檢測不當就會導致生產效率的降低和產品質量的下降。而現在所使用的溫濕度檢測系統通常都是精度為1或0.1的水銀、煤油或酒精溫度計進行的溫度檢測和用傳統的物理模擬量的方法進行的濕度檢測。這些溫濕度檢測計的刻度間隔通常都很密,不容易準確分辨,讀數困難,而且他們的熱容量還比較大,達到熱平衡所需的時間較長,因此很難讀準,并且使用非常不方便。因此,設計先進、實用的溫度檢測和控制系統有著重要的意義。正文國外和國內研究的現狀國外對溫度控制技術研究較早,始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表,采集現場信息并進行指示、記錄和控制。80年代末出現了分布式控制系統。目前正開發和研制計算機數據采集控制系統的多因子綜合控制系統。現在世界各國的溫度測控技術發展很快,一些國家在實現自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方向發展。美國、日本的溫度監測系統近20年來發展很快,他們結合本國條件做出了具有創新特色的成就,但其監控設備價格昂貴。我國對于溫度測控技術的研究較晚,始于20世紀80年代。我國工程技術人員在吸收發達國家溫度測控技術的基礎上,才掌握了溫度室內微機控制技術,該技術僅限于對溫度的單項環境因子的控制。我國溫度測控設施計算機應用,在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向實用化、綜合性應用階段過渡和發展。在技術上,以單片機控制的單參數單回路系統居多,尚無真正意義上的多參數綜合控制系統,與發達國家相比,存在較大差距。 我國近年引進了多達16個國家和地區的工廠環境控制系統,對吸收國外先進經驗、推動工廠溫度自動檢測產生了積極的作用。我國溫度測量控制現狀還遠遠沒有達到工廠化的程度,生產實際中仍然有許多問題困擾著我們,存在著裝備配套能力差,產業化程度低,環境控制水平落后,軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。2 溫度控制器設計方案2.1 基于單片機的溫度控制器圖1是基于單片機的溫度控制器框圖。該控制器由溫度采集模塊、控制模塊、顯示模塊、報警模塊以及電源模塊等組成。圖1基于單片機溫度控制器框圖單片機是控制器的控制核心,因此單片機的選擇,對所設計系統的實現以及功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多,在眾多51系列單片機中,較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機,AT89C51片內4KROM是Flash工藝的,使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫,片內有128字節的圖2基于ARM溫度控制器框圖溫度傳感器測量外部溫度信息,在CPLD的控制下,把AD轉換后的數字信號送入ARM微處理器中進行處理,同時通過LCD顯示處理信息,由網絡接121 遠程監控。當然,現場也可由鍵盤實時人工干預。經ARM微處理器處理的數據通過RS232串口傳送到上位機進行顯示存儲。當然,工作過程中若出現錯誤,會產生聲光報警等。同時,鍵盤還可現場干預設置,處理故障等2。這里ARM微處理器選用ATMEL公司32位的AT91M40800。AT91M40800除具有ARM7TDMI內核外,其內部還集成有許多外圍設備,大量內部寄存器可快速完成中斷處理。由于AT91M40800微處理器通過可編程的EBI與片外存儲器相連,使其具有較快的訪問速度;同時它還具有8個優先級向量中斷控制器與外部數據控制器連接,進而提高中斷響應速度。因此,AT91M40800微處理器非常適用于工業實時控制領域,是嵌入式工業控制器中處理器的最佳選擇。2.3 基于PLC的工業溫度控制器PLC與其他微型計算機相比,更適于在惡劣的工業環境中運行,且數據處理功能大大增強, 具有強大的功能指令,編程也極為方便簡單編程指令具有模塊化功能,能夠解決就地編程、監控、通訊等問題。PLC 的梯形圖語言清晰、直觀、可讀性強, 易于掌握.PLC具有豐富的功能指令,能實現加減乘除四則運算及數據傳送比較移位等功能,還具有實時時鐘指令,可方便的實現定時及時間和年月日的設置與顯示。PLC的主要優點可概括如下:高可靠性 ;豐富的I/O接口模塊;采用模塊化結構;編程簡單易學;安裝簡單,維修方便。上述三種方案各有其優點,且均適合在工業場合使用,但是基于ARM處理器的控制器設計方案,設計相對復雜,設計難度較大,開發周期較長;而基于PLC的溫度控制器,設計成本高,靈活性較低,因此,本課題擬采用單片機作為控制器的主控芯片,基于單片機的溫度控制器具有開發周期短,成本低,功耗低,設計簡單等優點。3 溫度傳感器的方案溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性(如電阻、電壓變化等特性)來間接測量,利用這種物理特性制成的傳感器稱為溫度傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器和數字式溫度傳感器等多種。3.1 數字溫度傳感器典型的數字溫度傳感器如DS18B20,該傳感器主要特性如下:1.適應電壓范圍更寬,電壓范圍:3.05.5V,在寄生電源方式下由數據線供電;2、獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊;3、 DS18B20支持多點組網功能,多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上,實現組網多點測溫;4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件,全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內;5、測溫范圍55+125,在-10+85時精度為0.5;6、可編程的分辨率為912位,對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625,可實現高精度測溫; 7、在9位分辨率時最多在 93.75ms內把溫度轉換為數字,12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字,速度更快; 8、測量結果直接輸出數字溫度信號,以單總線串行傳送給CPU,同時可傳送CRC校驗碼,具有極強的抗干擾糾錯能力;9、負壓特性:電源極性接反時,芯片不會因發熱而燒毀, 但不能正常工作。 3.2 熱電阻溫度傳感器熱電阻的測量精度高,性能穩定,使用方便,測量范圍寬,在高精度、低溫測量中占有重要的地位。熱電阻傳感器主要用于中低溫度 -200+650或850 范圍的溫度測量。常用的工業標準化熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑電阻傳感器是利用金屬鉑 Pt 的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而制成的溫度傳感器。以鉑電阻作為測溫元件進行溫度測量的關鍵是要能準確地測量出鉑電阻傳感器的電阻值。對比上述兩種方案,數字溫度傳感器(如DS18B20)使用方便,測量精度高,而PT100的測溫電路外圍電路較為復雜,需要單獨設計放大電路,線性化電路。因此本控制器的設計中,溫度傳感器擬選擇DS18B20作為溫度采集傳感器。結論利用51單片機對溫度檢測、控制,具有精度高、功能強、體積小、價格低、簡便靈活等優點,很好的滿足了工藝的要求,本課題擬采用STC89C52單片機為控制核心。DS18B20溫度

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