課程設(shè)計任務(wù)書
學(xué) 院 | | 專 業(yè) | |
學(xué)生姓名 | | 班級學(xué)號 | |
課程設(shè)計題目 | 基于單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計-----控制算法設(shè)計 |
實踐教學(xué)要求與任務(wù): 1） 構(gòu)成單片機溫度控制系統(tǒng) 2） 控制算法設(shè)計 3） 實驗調(diào)試 4） THFCS-1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗 5） 撰寫實驗報告 工作計劃與進度安排: 6） 第1～2天，查閱文獻，構(gòu)成單片機溫度控制系統(tǒng) 7） 第3～4天，控制算法設(shè)計 8） 第5～6，實驗調(diào)試 9） 第7～9天，THFCS-1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗 10） 第10天，撰寫實驗報告 |
指導(dǎo)教師： 201 年 月 日 | 專業(yè)負責(zé)人： 201 年 月 日 | 學(xué)院教學(xué)副院長： 201 年 月 日 |
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摘 要
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，人們需要對各類加熱爐、 反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。為適應(yīng)這一需要有必要設(shè)計一個性能良好、 操作方便的溫度控制系統(tǒng)。課題主要設(shè)計一個水溫測控系統(tǒng) ，控制鍋爐中水的溫度，選擇合適的控制規(guī)律，使鍋爐中水的溫度按預(yù)定規(guī)律變化，并且能夠進行越限報警?？赏ㄟ^鍵盤 ，顯示電路設(shè)定目標(biāo)溫度和參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)按功能分主要包括溫度傳感器模塊、溫度顯示/設(shè)定模塊、溫度控制模塊、單片機與上位機通信模塊。系統(tǒng)可通過鍵盤對電阻爐水溫以及恒溫時間長短進行預(yù)設(shè)，單片機根據(jù)當(dāng)前爐內(nèi)溫度和預(yù)設(shè)溫度，根據(jù)設(shè)定的算法計算出控制量，根據(jù)控制量通過PWM控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制。另外通過單片機的串口與上位機通信，通過上位機軟件實時顯示當(dāng)前溫度和歷史溫度并且繪制出溫度曲線，讓系統(tǒng)的可讀性更強，實現(xiàn)了遠程監(jiān)測的功能[2]。
關(guān)鍵詞：電阻爐，溫度曲線，PWM，上位機
1 緒論
1.1 選題意義
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)囟瓤刂葡到y(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等的要求越來越高，控制系統(tǒng)也千變?nèi)f化。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制等等。而且在我們的日常生活中也使用微波爐、電阻爐、電熱水器、空調(diào)等家用電器，溫度與我們息息相關(guān)?？梢姕囟瓤刂齐娐窂V泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，所以對溫度進行控制是非常有必要和有意義的。隨著電爐廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)， 其溫度控制通常采用模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)儀表進行調(diào)節(jié)，但存在著某些固有的缺點。而采用單片機進行爐溫控制，不僅可以大大地提高控制質(zhì)量和自動化水平，而且具有良好的經(jīng)濟效益和
推廣價值。為適應(yīng)以上現(xiàn)實需要有必要設(shè)計一個基于單片機的性能良好、 操作方便的溫度控制系統(tǒng)。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展趨勢
自1980年以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度測控系統(tǒng)發(fā)展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得顯著成果。在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化、性能優(yōu)異的溫度控制儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。其特點是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度測控系統(tǒng)，具有參數(shù)自整定功能和自學(xué)習(xí)功能，即溫控器對控制對象、控制參數(shù)及特性進行自動整定，并根據(jù)歷史經(jīng)驗及控制對象的變化情況，自動調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強等特點。目前，國外溫度控制儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。
電阻爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的加熱設(shè)備，它在機械，冶金等行業(yè)的生產(chǎn)中占有十分重要的地位。對電阻爐溫度控制的好壞直接影響工藝要求的溫度水平和加熱質(zhì)量，以致直
接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)消耗指標(biāo)，所以國內(nèi)外關(guān)于電阻爐自動控制的研究一直備受重視，發(fā)展比較快，也取得了較為豐碩的成果。總的來說，電阻爐溫度控制的發(fā)展分為以下三類：
第一類: 經(jīng)典控制方案
第二類: 基于現(xiàn)代控制理論的設(shè)計方案
第三類: 智能控制方案
1.3 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)
根據(jù)生活、生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)計本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)為：
測溫范圍：0℃——+99.9℃ 。
溫度測量精度：在0～85℃ 時精度為±0.5℃。
可設(shè)置上限報警值，當(dāng)溫度超限時，發(fā)出報警信號。
電源工作范圍：DC4.5～5.5V。
能夠按照設(shè)定的溫度曲線控溫。1.4 主要工作任務(wù)
在對各類溫度傳感器原理介紹的基礎(chǔ)上，根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計實際的任務(wù)要求，完成溫度傳感器芯片的選型，系統(tǒng)芯片的選擇，并設(shè)計電源電路、顯示接口電路、鍵盤電路、報警電路、時鐘電路、單片機與上位機通信電平轉(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)開始工作后，根據(jù)初始條件讀取溫度值，測量數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，將其與設(shè)定的溫度值比較，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的溫度超限，則發(fā)出報警信號，未超限時，系統(tǒng)顯示正常的溫度度值，并在達到設(shè)定的恒溫溫度時開始恒溫計時。根據(jù)設(shè)定的算法計算出控制量，根據(jù)控制量通過控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制[3]。
2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理
2.1 系統(tǒng)綜述
本文所要研究的課題是基于單片機控制的水爐溫度控制系統(tǒng)，主要是介紹了對水箱溫度的測控，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。用DS18B20、STC89C52單片機及LCD的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，由DS18B20檢測爐內(nèi)溫度，并在LCD1602中顯示?？刂破魇怯肧TC89C52單片機，根據(jù)設(shè)定的算法計算出控制量，根據(jù)控制量通過控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制。DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，故不需要額外電源。同時DS18B20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。本設(shè)計主要實現(xiàn)溫度測控，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時自動啟動相應(yīng)的功能。而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接，再結(jié)合上位機通信部分來共同實現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。
