1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：溫度傳感與溫度過(guò)程控制研究 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電氣工程系 年級(jí)專業(yè)：07儀表2班 學(xué)生姓名：饒佳新 指導(dǎo)教師：程淑紅 完成日期：2011.3.15 一、 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義 1.國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。溫度控制器是一種溫度控制裝置，它根據(jù)用戶所需溫度與設(shè)定溫度之差值來(lái)控制加熱器運(yùn)作，從而達(dá)到改變用戶所需溫度的目的。近百年來(lái)，溫度控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下階段： (1)模擬、集成機(jī)械式溫度

2、控制器； (2) 電子式智能溫度控制器。目前，國(guó)際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。現(xiàn)今基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在生產(chǎn)、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率逐年增長(zhǎng)，進(jìn)入21世紀(jì)后，智能的溫控系統(tǒng)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 但是比起國(guó)外，我們?nèi)蕴幱谄鸩酵恚叨鹊停夹g(shù)創(chuàng)新能力薄弱的狀況，技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，自主研發(fā)

3、產(chǎn)品少，缺乏核心技術(shù)是硬傷。就單片而言，以歐美和日韓的技術(shù)最為成熟，他們幾乎霸占了智能市場(chǎng)，并制定了相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)方面不斷的革新使產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，使之功能、精度、安全性等都不斷得到新的提升。在這方面我們做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大。我們?cè)谘芯啃录夹g(shù)的同時(shí)還要加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在產(chǎn)品的科技含量上下功夫，不斷地提高產(chǎn)品的科技附加值，使產(chǎn)品向著更加智能化、的方向發(fā)展，努力縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。2.選題的依據(jù)和意義在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫度有著密切

4、的聯(lián)系，在冶金、化工、建材、食品、石油等工業(yè)中，工藝過(guò)程所要求的溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。在傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)中，對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不同，產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而對(duì)溫度的控制方法多種多樣。因此我們需要一個(gè)更加簡(jiǎn)單、高效、穩(wěn)定、適用性好的控制系統(tǒng)。基于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和過(guò)程控制的智能化的要求，智能化的控制系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的親睞，它在節(jié)省人力和物力的同時(shí)又安全可靠。單片機(jī)作為可編程的控制器在小型的自動(dòng)控制系統(tǒng)和檢測(cè)中發(fā)揮出越來(lái)越來(lái)大

5、的作用。溫度作為系統(tǒng)經(jīng)常需要測(cè)量、保持、和控制的一個(gè)量，在化工、冶煉、電力，以至于日常生活中的空調(diào)機(jī)和電壓力鍋等，都需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。但生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的溫度控制系統(tǒng)具有大的滯后性，單純采用PID算法校正的溫度控制系統(tǒng)具有高頻擾動(dòng)大、調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、PID參數(shù)整定困難、有較大超調(diào)量等弊端。但以單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有控制參數(shù)整定方便、控制精度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。克服了傳統(tǒng)控制的系統(tǒng)復(fù)雜、精度小、成本大的缺點(diǎn)。適于普遍性生產(chǎn)和應(yīng)用，對(duì)人們的生活和生產(chǎn)效力的提高有很大作用。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)系統(tǒng)的溫度傳感及溫度過(guò)程控制研究，是

6、對(duì)溫度控制一個(gè)很好的學(xué)習(xí)和提升自身的知識(shí)水平的機(jī)會(huì)，反過(guò)來(lái)運(yùn)用自己的知識(shí)為溫度控制的發(fā)展做點(diǎn)貢獻(xiàn)，為人類工業(yè)生產(chǎn)提供更加智能、更加便捷的環(huán)境。二、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 1 研究的基本內(nèi)容主要有本文采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。它的主要組成部分有：AT89S51單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。首先溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)；然后經(jīng)過(guò)低通濾波，濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)；最后單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信息用十進(jìn)制數(shù)碼顯示溫度值并與設(shè)定值進(jìn)行比較。如果不相符，數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)

7、給定值與測(cè)得值的差值按PID控制算法設(shè)計(jì)控制量，觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元將溫度維持在所需溫度。2 擬解決的主要問(wèn)題（1）如何測(cè)量溫度及溫度傳感器的選擇。（2）如何將所得信號(hào)送入單片機(jī)。（3）如何實(shí)現(xiàn)將所得的溫度送顯。（4）如何實(shí)現(xiàn)將所測(cè)溫度與設(shè)置溫度對(duì)比并且智能調(diào)節(jié)溫度。（5）智能溫度控制的硬件電路設(shè)計(jì)。 三、 研究步驟、方法及措施 本設(shè)計(jì)的溫度控制器可分為三大部分：溫度檢測(cè)部分、溫度控制部分和顯示部分。1.溫度檢測(cè)部分：溫度檢測(cè)是溫控系統(tǒng)的最關(guān)鍵部分，它只接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、控制精度。例如熱電偶溫度傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到了廣泛的應(yīng)用，它是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)勢(shì)。目前熱

8、電偶溫度傳感器已形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，主要優(yōu)點(diǎn)是：它屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量溫度時(shí)可以不需要外加電源；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測(cè)量溫度范圍廣，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫高達(dá)1800以上，低溫?zé)犭娕伎蓽y(cè)-260以下，目前主要用在高溫測(cè)量工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中。熱電阻溫度傳感器是利用電阻值隨溫度升高而增大這一特性來(lái)測(cè)量溫度的，目前應(yīng)用較為廣泛的熱材料是銅和鉑。在銅電阻和鉑電阻中，鉑電阻性能最好，非常適合測(cè)量-200+960范圍內(nèi)的溫度。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用鉑電阻常用的分度號(hào)有Pt25、Pt100等，Pt100即表示該電阻的阻值在0時(shí)為100。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類型的集成

9、溫度傳感器應(yīng)用越來(lái)越多。集成溫度傳感器的工作原理是利用PN結(jié)的溫度特性制成的，同熱電偶、熱電阻等傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，集成溫度傳感器主要特點(diǎn)有：靈敏度高；線性度好，一般不需要線性補(bǔ)償；測(cè)量重復(fù)性好；響應(yīng)速度快。但不足之處是測(cè)量溫度較窄，通常為-55+150。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的要求，可選用集成溫度傳感器。由于溫度傳感器的直接輸出信號(hào)一般都非常微弱，為了更好的測(cè)量和顯示，需要放大器、濾波器等電路對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理。對(duì)放大器的要求是精度要高，輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流要小，同時(shí)要求抑制共模干擾信號(hào)的能力要強(qiáng)。2. 溫度控制部分：實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制的方法很多，有采用模擬電路實(shí)現(xiàn)的，也有采用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的智能控制

10、。模擬控制溫度的方法主要有開關(guān)式控制法、比例式控制法和連續(xù)式控制法。開關(guān)式控制是將檢測(cè)的溫度信號(hào)和設(shè)定的溫度值通過(guò)比較器比較后，驅(qū)動(dòng)一開關(guān)器件（一般是繼電器）控制加熱器的通斷。如當(dāng)測(cè)量的溫度低于設(shè)定的溫度值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路使繼電器接通加熱器的電源，使溫度上升；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路使繼電器斷開加熱器的電源，停止對(duì)加熱器的加熱，溫度將下降。這樣繼電器反復(fù)動(dòng)作，溫度將被控制在設(shè)定值附近。開關(guān)式溫度控制方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是控制精度較低，并且在設(shè)定溫度附近，頻繁啟動(dòng)繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個(gè)固定的時(shí)間T作為控制周期，選擇控制周期的長(zhǎng)短一般根據(jù)加熱的熱容量選取，熱容

11、量大的可選擇控制周期長(zhǎng)一些，一般選擇T=1015秒。當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度較多時(shí)，在一個(gè)控制周期T內(nèi)接通加熱器電源的時(shí)間就比較長(zhǎng)（假設(shè)為t），隨著溫度的升高，加熱時(shí)間t逐漸減少；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，加熱時(shí)間t等于零，溫度逐漸下降，最后使溫度接近穩(wěn)定。該方法控制溫度精度將大大提高。連續(xù)控制是根據(jù)測(cè)量溫度的大小自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)加熱器電流的大小，當(dāng)溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，可自動(dòng)的控制減小加熱器的電流，反之則增大電流，可使溫度自動(dòng)的保持在設(shè)定的溫度上，該方法控制穩(wěn)定的精度最高，電路也比較復(fù)雜，同時(shí)要求一個(gè)可控的功率器件實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器電流大小的控制。3.顯示部分：該部分主要是使用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)

12、換成數(shù)字量。最后再通過(guò)數(shù)碼管等顯示出來(lái)。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器等。四、研究工作進(jìn)度 1.理解課題，消化課題，查閱有關(guān)資料；2.學(xué)習(xí)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)其硬件電路圖；3.畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關(guān)系；4. 仿真調(diào)試，撰寫論文。五、主要參考文獻(xiàn) 1. 張淑清.單片機(jī)接口技術(shù)及其運(yùn)用.國(guó)防工業(yè)出版社,2001年第1版 2. 唐文彥.傳感器.機(jī)械工業(yè)出版社,2007年第4版3. 曹潤(rùn)生,周澤魁.過(guò)程控制儀表.浙江大學(xué)出版社,2008年第2版4. 鄭毛祥.單

13、片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ).人民郵電出版社,2006年第1版5. 阮友德.電氣控制與PLC.人民郵電出版社,2009年第1版6. 朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù).電子工業(yè)出版社出版,2001第1版7. 康華光.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社,2006年第5版8. 閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社,2006年第5版六、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日七、系級(jí)教學(xué)單位審核意見：審查結(jié)果： 通過(guò) 完善后通過(guò) 未通過(guò) 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 課題名稱：溫度傳感與溫度過(guò)程控制研究 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電氣工程系 年級(jí)專業(yè)：07儀表2班 學(xué)生姓名：饒佳新 指導(dǎo)

14、教師：程淑紅 完成日期：2011.3.15 一、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀現(xiàn)今基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在生產(chǎn)、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率逐年增長(zhǎng)，進(jìn)入21世紀(jì)后，智能的溫控系統(tǒng)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 但是比起國(guó)外，我們?nèi)蕴幱谄鸩酵恚叨鹊停夹g(shù)創(chuàng)新能力薄弱的狀況，技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，自主研發(fā)產(chǎn)品少，缺乏核心技術(shù)是硬傷。就單片而言，以歐美和日韓的技術(shù)最為成熟，他

15、們幾乎霸占了智能市場(chǎng)，并制定了相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)方面不斷的革新使產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，使之功能、精度、安全性等都不斷得到新的提升。在這方面我們做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大。我們?cè)谘芯啃录夹g(shù)的同時(shí)還要加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在產(chǎn)品的科技含量上下功夫，不斷地提高產(chǎn)品的科技附加值，使產(chǎn)品向著更加智能化、的方向發(fā)展，努力縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。二、研究主要成果 1.國(guó)外溫度控制系統(tǒng)研究成果國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)

16、在世界各國(guó)的溫度控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。2.國(guó)內(nèi)溫度控制系統(tǒng)研究成果我國(guó)對(duì)于溫度控制技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫度控制設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無(wú)真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。我國(guó)溫度測(cè)量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問(wèn)題困擾著我們，存在

17、著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。三、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。1.提高溫度控制器測(cè)溫精度和分辨力：目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625°C。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。2.增加溫度控制器測(cè)試功能：智能溫度控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開

18、發(fā)多路溫度控制系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度控制器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。3.溫度控制器總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化：智能溫度控制器的溫度傳感器的總線技術(shù)也將實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。采用的溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。4.溫度控制器可靠性及安全性設(shè)計(jì)：新型智能溫度控制器普遍采用了高性能轉(zhuǎn)換器，智能溫度控制器兼有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。5.單片測(cè)溫控制系統(tǒng)：?jiǎn)纹到y(tǒng)(System On Chip)是21世紀(jì)一項(xiàng)高新科技產(chǎn)品。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)108109元件/片，