单片机温度控制文献综述.doc

嘉兴学院南湖学院毕业设计论文文献综述 题目单片机温度控制系统软件设计 专业电气工程及其自动化 班级电气N081 姓名李文杰 1前言部分 单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展在很多自动控制系统中都用到了工控机小型机、甚至是巨型机处理机等当然这些处理机有一个很大的特点那就是很高的运行速度很大的内存大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中处理机的成本占系统成本的比例高达20而对于这些小型的系统来说配置一个如此高速的处理机没有任何必要因为这些小系统追求经济效益而不是最在乎系统的快速性所以用成本低廉的单片机控制小型的而又不是很复杂不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。 温度控制在工业自动化控制中占有非常重要的地位如在钢铁冶炼过程中要对出炉的钢铁进行热处理才能达到性能指标塑料的定型过程中也要保持一定的温度。随着科学技术的迅猛发展各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与自适应能力的要求越来越高被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等是难以按数学方法建立被控对象的精确模型的情况。 随着电子技术以及应用需求的发展单片机技术得到了迅速的发展在高集成度高速度低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展电子技术有了更高的飞跃我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测而且我们可以很容易地做到多点的温度检测甚至还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。 2主题部分 国外对温度控制技术研究较早始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 我国对于温度测控技术的研究较晚始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上才掌握了温度室内微机控制技术该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上以单片机控制的单参数单回路系统居多尚无真正意义上的多参数综合控制系统与发达国家相比存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度生产实际中仍然有许多问题困扰着我们存在着装备配套能力差产业化程度低环境控制水平落后软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。 温度控制器发展初期是机械式温度控制器这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测室内温度使用波段开关直接调整风速。双金属片温度控制器现基本已淘汰只使用在一些要求不高较低档场合充气膜盒温度控制器当前较流行但总体来讲机械式温度控制器缺点十分明显1.机械式温度控制器外观陈旧呆板2.机械式温度控制器控温精度差3.容易打火直接切换强电4.极易在一个极小温差范围内频繁开关水阀风阀5.功能比较单一。鉴于这些智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转的潮流。 单片机温度控制系统示意图如下所示 温度控制器可分为三大部分温度检测部分、温度控制部分和显示部分。 1.温度检测部分温度检测是温控系统的最关键部分它只接影响整个系统的测量、控制精度。例如热电偶温度传感器目前在工业生产和科学研究中已得到了广泛的应用它是将温度信号转化成电动势。目前热电偶温度传感器已形成系列化和标准化主要优点是它属于自发电型传感器测量温度时可以不需要外加电源结构简单使用方便热电偶的电极不受大小和形状的限制测量温度范围广高温热电偶测温高达1800以上低温热电偶可测-260以下目前主要用在高温测量工业生产现场中。热电阻温度传感器是利用电阻值随温度升高而增大这一特性来测量温度的目前应用较为广泛的热材料是铜和铂。在铜电阻和铂电阻中铂电阻性能最好非常适合测量-200960范围内的温度。国内统一设计的工业用铂电阻常用的分度号有Pt25、Pt100等Pt100即表示该电阻的阻值在0时为100。随着半导体集成电路技术的迅速发展各种类型的集成温度传感器应用越来越多。集成温度传感器的工作原理是利用PN结的温度特性制成的同热电偶、热电阻等传统的温度传感器相比集成温度传感器主要特点有灵敏度高线性度好一般不需要线性补偿测量重复性好响应速度快。但不足之处是测量温度较窄通常为-55150。根据本课题设计的要求可选用集成温度传感器。由于温度传感器的直接输出信号一般都非常微弱为了更好的测量和显示需要放大器、滤波器等电路对信号进一步处理。对放大器的要求是精度要高输入失调电压和输入失调电流要小同时要求抑制共模干扰信号的能力要强。 2.温度控制部分实现对温度控制的方法很多有采用模拟电路实现的也有采用计算机构成的智能控制。模拟控制温度的方法主要有开关式控制法、比例式控制法和连续式控制法。开关式控制是将检测的温度信号和设定的温度值通过比较器比较后驱动一开关器件一般是继电器控制加热器的通断。如当测量的温度低于设定的温度值时驱动电路使继电器接通加热器的电源使温度上升当温度高于设定的温度时驱动电路使继电器断开加热器的电源停止对加热器的加热温度将下降。这样继电器反复动作温度将被控制在设定值附近。 开关式温度控制方法的优点是电路简单缺点是控制精度较低并且在设定温度附近频繁启动继电器影响继电器的使用寿命。比例式控制是选择一个固定的时间T作为控制周期选择控制周期的长短一般根据加热的热容量选取热容量大的可选择控制周期长一些一般选择T1015秒。当温度低于设定的温度较多时在一个控制周期T内接通加热器电源的时间就比较长假设为t随着温度的升高加热时间t逐渐减少当温度高于设定的温度时加热时间t等于零温度逐渐下降最后使温度接近稳定。该方法控制温度精度将大大提高。连续控制是根据测量温度的大小自动连续调节加热器电流的大小当温度大于设定的温度时可自动的控制减小加热器的电流反之则增大电流可使温度自动的保持在设定的温度上该方法控制稳定的精度最高电路也比较复杂同时要求一个可控的功率器件实现对加热器电流大小的控制。 3.显示部分该部分主要是使用A/D转换器将模拟电压或电流转换成数字量。最后再通过数码管等显示出来。实现A/D转换的方法很多常用的有双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行比较式A/D转换器等。 进入21世纪后智能温度控制器正朝着高精度、总线标准化、高可靠性及安全性以及网络化虚拟化方向迅速发展 1.提高温度控制器测温精度和分辨力传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术其噪声容限低抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度控制器普遍采用了高性能的式A转换器它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术来提高有效分辨力。也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。 2.增加温度控制器测试功能智能温度控制器正从单通道向多通道的方向发展这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度控制器都具有多种工作模式可供选择主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式有的还增加了低温极限扩展模式操作非常简便。对某些智能温度控制器而言主机外部微处理器或单片机还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率分辨力及最大转换时间。 3.温度控制器总线技术的标准化与规范化智能温度控制器的温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化所采用的总线主要有单线1-Wire总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。采用的温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。 3总结部分 目前检测温度的传感器很多其测量范围、应用场合等也不尽相同。其中电偶温度传感器在工业生产和科学研究中已得到了广泛的应用它是将温度信号转化成电动势。它属于自发电型传感器测量温度时可以不需要外加电源且具有结构简单使用方便热电偶的电极不受大小和形状的限制测量温度范围广等优点。集成电路技术的迅速发展各种类型的集成温度传感器应用越来越多。 就目前情况而定智能电子式温度控制器必将在短期内全面取代机械式温度控制器。此外智能温度控制器还将在精度、功能、可靠性及安全性等方向迅速发展。以后全面智能化的温度控制器使用将更加方便功能将更加强大且更可靠更安全。且目前各界研究温度控制器目的大致相同但方法、技术各具一格且各有千秋。故有综各界之成果设计一新型温度控制器的想法。目前面临的问题就是如何才能做到取长补短从而来设计出新型的温度控制器。 4参考文献 1. 王志刚.现代电子线路M.北京清华大学出版社2008 2. 高西全丁玉玉.数字信号处理M.西安电子科技大学出版社2008 3. Joyec Van de Vvegte. Fundamentals of Digital Signal ProcessingM.北京电子工业出版社2003 4. 王宏. MATLAB6.5及其在信号处理中的应用M.北京清华大学出版社2004 5. Proakis J GManolakis D G. 数字信号处理:原理、算法与应用G.北京电子工业出版社2004 6. 髙西全丁玉美. 数字信号处理原理、实现及应用M.北京电子工业出版社2006 7. 张仕兵. 单片机原理及应用M.北京高等教育出版社2003.7 8. 雷霖. 微机自动检测与控制系统设计M.北京电子工业出版社2003.4 9. 王建坤. MAXPlusII入门与提高M.北京清华大学出版社2004 10.王伟. Veri Log HDL程序设计与应用M.北京人民邮电出版社2005 11.陈松金鸿. 电子设计自