基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述

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1、基于51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述1．前言日常生活、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、化工、石油等領(lǐng)域里面溫度是最常遇到的一個(gè)物理量。近年來(lái)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們需要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中有關(guān)溫度系統(tǒng)進(jìn)行控制，如鋼鐵冶煉過(guò)程需要對(duì)剛出爐的鋼鐵進(jìn)行熱處理，塑料的定型及各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確控制?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)用單片機(jī)作為為核心的溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越廣泛了，且設(shè)計(jì)方案都很靈活，應(yīng)用起來(lái)相當(dāng)?shù)膹V泛，應(yīng)用于工業(yè)上的加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用也是比較廣的，如熱水器，室溫控制，農(nóng)業(yè)中的大棚溫度控制等等?，F(xiàn)在人們的物質(zhì)生活已經(jīng)轉(zhuǎn)好，隨之而來(lái)的就是對(duì)生活質(zhì)量的

2、需求了。在舒適的溫度下休息、活動(dòng)，在不同的季節(jié)里都可以吃到各種蔬菜、水果，等等這些都需要對(duì)溫度的控制。可見(jiàn)不僅在工業(yè)生產(chǎn)上溫度控制是重點(diǎn)，在人們的日常生活中溫度控制領(lǐng)域也潛藏這巨大的前景。如飼養(yǎng)幾條魚(yú)兒也成為一種趨勢(shì)，這也將會(huì)帶動(dòng)與之相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也應(yīng)運(yùn)發(fā)展起來(lái)。魚(yú)缸是養(yǎng)魚(yú)的必備用具，型魚(yú)缸也在市場(chǎng)上層出，其中水溫的控制是關(guān)鍵。可見(jiàn)本次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)具有實(shí)在的研究意義。單片機(jī)是指芯片本身，而單片機(jī)系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)某一個(gè)控制應(yīng)用需要由用戶(hù)設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，這是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場(chǎng)合的需要，加之單片機(jī)具

3、有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此，應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。2．歷史研究與現(xiàn)狀很多領(lǐng)域的溫度可能較高或較低，現(xiàn)場(chǎng)也會(huì)較復(fù)雜，有時(shí)人無(wú)法靠近或現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需人力來(lái)監(jiān)控。如加熱爐大都采用簡(jiǎn)單的溫控儀表和溫控電路進(jìn)行控制,存在控制精度低、超調(diào)量大等缺點(diǎn),很難達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。在工業(yè)生產(chǎn)溫控系統(tǒng)中采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法不相同，產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同，因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。通常由位式或時(shí)間比例式溫度調(diào)節(jié)儀控制的工業(yè)加熱爐溫度控制系統(tǒng)，其主回路由接觸器控制時(shí)因?yàn)椴荒芸焖俜磻?yīng)，所以控溫精度都比較

4、低，大多在幾度甚至十幾度以上。隨著電力電子技術(shù)及元器件的發(fā)展，出現(xiàn)了以下幾種解決的方案：（1）主回路用無(wú)觸點(diǎn)的可控硅和固態(tài)繼電器代替接觸器，配以PID或模糊邏輯控制的調(diào)節(jié)儀構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)，其控溫精度大大提高，常在±2℃以?xún)?nèi)，優(yōu)勢(shì)是采用模糊控制與PID控制相結(jié)合，對(duì)控制范圍寬、響應(yīng)快且連續(xù)可調(diào)系統(tǒng)有巨大的優(yōu)越性。（2）采用單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)。用單線數(shù)字溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù),打破了傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換采集溫度的思路。用單片機(jī)對(duì)數(shù)字進(jìn)行處理和控制,通過(guò)RS-232串口傳到PC機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)視與報(bào)警,設(shè)置溫度的上限和下限。其優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程不需要用專(zhuān)用的編程器,只需點(diǎn)

5、擊電腦鼠標(biāo)就可以把編好的程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)中,很方便且調(diào)試、修改和升級(jí)很容易。（3）ARM(AdvancedRISCMachine)嵌入式系統(tǒng)模糊溫度控制。利用ARM處理器的強(qiáng)大功能，通過(guò)讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后對(duì)溫度進(jìn)行控制。通過(guò)內(nèi)嵌的操作系統(tǒng)μCLinux獲得極好的實(shí)時(shí)性，并且通過(guò)TCP/IP協(xié)議能與PC機(jī)很快的通訊。其優(yōu)勢(shì)不只是溫度控制精度高，而且能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟遠(yuǎn)程兩種方式來(lái)設(shè)定控制溫度。傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)溫度控制方式已不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，由于它主要通過(guò)控制接觸器的通斷時(shí)間比例來(lái)達(dá)到改變加熱功率的目的，

6、受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少，因此不適合用此種方法作加熱爐的溫控系統(tǒng)。近幾年來(lái)快速發(fā)展了多種先進(jìn)的加熱爐溫度控制方式，如：模糊控制。這個(gè)控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。不過(guò)，模糊控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，但穩(wěn)態(tài)性能較差，且很難使兩種性能指標(biāo)都達(dá)到理想要求。目前普遍采用模糊—線性復(fù)合控制器發(fā)揮了模糊控制和線性控制

7、的優(yōu)點(diǎn)，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)取得了較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。但是，模糊—線性復(fù)合控制同時(shí)也存在一些問(wèn)題：線性前饋復(fù)合控制的系統(tǒng)性能對(duì)參數(shù)變化比較敏感；模糊—線性雙?？刂拼嬖陂_(kāi)關(guān)切換問(wèn)題等；在線性控制的誤差通道并聯(lián)模糊控制器系統(tǒng)和模糊控制器與線性控制器并聯(lián)系統(tǒng)盡管得到了較好的效果，但并不能從根本上解決模糊控制器穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能之間的矛盾問(wèn)題。結(jié)合加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐等以溫度控制為主的應(yīng)的數(shù)字溫度信號(hào)電壓。其硬件設(shè)計(jì)中最為核心的器件是單片機(jī)89C5