课程设计任务书
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学生姓名 | | 班级学号 | |
课程设计题目 | 基于单片机温度控制系统设计-----控制算法设计 |
实践教学要求与任务: 1） 构成单片机温度控制系统 2） 控制算法设计 3） 实验调试 4） THFCS-1现场总线控制系统实验 5） 撰写实验报告 工作计划与进度安排: 6） 第1～2天，查阅文献，构成单片机温度控制系统 7） 第3～4天，控制算法设计 8） 第5～6，实验调试 9） 第7～9天，THFCS-1现场总线控制系统实验 10） 第10天，撰写实验报告 |
指导教师： 201 年 月 日 | 专业负责人： 201 年 月 日 | 学院教学副院长： 201 年 月 日 |
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摘 要
在现代工业生产中，人们需要对各类加热炉、 反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。为适应这一需要有必要设计一个性能良好、 操作方便的温度控制系统。课题主要设计一个水温测控系统 ，控制锅炉中水的温度，选择合适的控制规律，使锅炉中水的温度按预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘 ，显示电路设定目标温度和参数。控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、温度显示/设定模块、温度控制模块、单片机与上位机通信模块。系统可通过键盘对电阻炉水温以及恒温时间长短进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过PWM控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。另外通过单片机的串口与上位机通信，通过上位机软件实时显示当前温度和历史温度并且绘制出温度曲线，让系统的可读性更强，实现了远程监测的功能[2]。
关键词：电阻炉，温度曲线，PWM，上位机
1 绪论
1.1 选题意义
随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，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等等。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。随着电炉广泛应用于各行各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。而采用单片机进行炉温控制，不仅可以大大地提高控制质量和自动化水平，而且具有良好的经济效益和
推广价值。为适应以上现实需要有必要设计一个基于单片机的性能良好、 操作方便的温度控制系统。
1.2 国内外发展趋势
自1980年以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度测控系统发展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自适应、参数自整定等方面取得显著成果。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化、性能优异的温度控制仪表，并在各行业广泛应用。其特点是适应于大惯性、大滞后等复杂温度测控系统，具有参数自整定功能和自学习功能，即温控器对控制对象、控制参数及特性进行自动整定，并根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强等特点。目前，国外温度控制仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方向发展。
电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，它在机械，冶金等行业的生产中占有十分重要的地位。对电阻炉温度控制的好坏直接影响工艺要求的温度水平和加热质量，以致直
接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，所以国内外关于电阻炉自动控制的研究一直备受重视，发展比较快，也取得了较为丰硕的成果。总的来说，电阻炉温度控制的发展分为以下三类：
第一类: 经典控制方案
第二类: 基于现代控制理论的设计方案
第三类: 智能控制方案
1.3 系统的主要性能指标
根据生活、生产环境，设计本产品的主要技术指标为：
测温范围：0℃——+99.9℃ 。
温度测量精度：在0～85℃ 时精度为±0.5℃。
可设置上限报警值，当温度超限时，发出报警信号。
电源工作范围：DC4.5～5.5V。
能够按照设定的温度曲线控温。1.4 主要工作任务
在对各类温度传感器原理介绍的基础上，根据本毕业设计实际的任务要求，完成温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，并设计电源电路、显示接口电路、键盘电路、报警电路、时钟电路、单片机与上位机通信电平转换电路。系统开始工作后，根据初始条件读取温度值，测量数据经处理后，将其与设定的温度值比较，如果发现当前的温度超限，则发出报警信号，未超限时，系统显示正常的温度度值，并在达到设定的恒温温度时开始恒温计时。根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制[3]。
2 系统方案选择和工作原理
2.1 系统综述
本文所要研究的课题是基于单片机控制的水炉温度控制系统，主要是介绍了对水箱温度的测控，实现了温度的实时显示及控制。用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，由DS18B20检测炉内温度，并在LCD1602中显示。控制器是用STC89C52单片机，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，故不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。本设计主要实现温度测控，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动相应的功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再结合上位机通信部分来共同实现温度的监测与控制。
