基于单片机的温度控制系统设计-开题报告

基于单片机的温度控制系统设计-开题报告毕业生论文选题报告

学号姓名学科指导老师日期20xx年

电子工程系电气自动化教研室

1

2

3

4

5

第二篇：温度控制系统开题报告4200字

论文题目：HT100烫金机温度控制系统设计

学院：专业班级：学生姓名：学号：导师姓名：开题时间：年月日

1．课题背景及意义

1.1课题研究背景、目的及意义

在现在的社会生活中,烫金机广泛的应用于小面积的纸张，皮革，塑料工艺制作，化妆品行业的包装制作，玩具行业，文具行业以及各种包装行业等等，而完美的烫金效果主要取决于温度，压力，烫金速度等方面，因此要控制好烫金效果，对温度的控制至关重要。烫金机的温度必须控制在一定的范围内，才能保证良好的效果。如果温度过高，融化过度，烫印图文周围的电化铝就会融化脱落，同时温度过高也会是烫印产品亮度降低，失去金属光泽。如果温度过低，融化不充分，会造成烫印不上或烫印不牢，易脱落，印记发花等。

本文拟设计一个烫金机的温度控制系统，控制烫金机的温度使其在理想的温度下工作，保证烫金的质量，满足工艺生产的要求。

而且随着社会的发展，科技的进步，测温仪器在各个领域的应用，温度控制系统已经深入到人们生活的各个方面，温度控制是一个与人们生活息息相关的实际问题，对温度控制的精度、稳定性、可靠性等要求也越来越高，因此设计温度控制系统具有广泛的应有和实际意义。因此温度检测控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。温度控制技术经历了三个阶段：1、定值开关控制；2、PID控制；3、智能控制。用单片机做为处理器的温度控制系统得到广泛了的应用。通过单片机来控制烫金机加热的过程促进了生产过程的自动化。而生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、改善劳动条件、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段。采用温度控制系统来控制温度具有重要作用。

1.2课题国内外研究现状及趋势

国外对温度控制的研究较早，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年代末形成了分布式控制系统。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。系统的集成度越来越高，多种功能集成在一个芯片中，使系统电路更简洁，功能实现更方便，在多种环境中实现稳定可靠的工作[1]。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。在技术上以单片机控制的单参数单回路系统居多，与发达国家相比，仍存在较大差距。但是20世纪90年代温度的控制也成为国内学者研究的重要内容，越来越多与温度控制有关的论文在科技刊物上发表[2]。现在温度控制系统也应用在了烫金机上。近10年来在温度控制方法上有了快速的发展，已从传统的直接控制变成PID控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等控制方法。而温度的测量方法也有了很大发展，目前国内外通用的温度传感器及测温仪有热膨胀式温度计、电1

阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表等。使用比较普遍的温度传感器有铂金属传感器，适用于中高温度测量，以及便于信号采集和处理的数字温度传感器DS18B20[3][4]。

2.毕业设计研究内容及任务

2.1研究内容

设计一个HT100烫金机的温度控制系统，选择温度传感器，并设计温度传感器的后级放大电路，提取被控对象(温度)的数学模型，对控制系统进行仿真，选择一两种控制算法，设计单片机的硬件电路以及加热器的主电路，并设计出软件程序。

对该系统的性能要求如下：

1、温度在200-400℃之间可调，保持稳定；

2、控制精度为±2℃；

3、误差范围为≤3％。

2.2设计思想及设计方案

设计的温度控制系统要保证温度在一定的范围内变化，并保持稳定。开环控制系统简单但控制精度难以保证，而闭环系统可以通过补偿保证精度[5]。本文设计的温度控制系统拟采用温度传感器对温度进行检测，将其采集的温度数据进行处理，反馈到加热电路，来控制温度，使其稳定，用铂金属传感器测量加热电阻的温度，用DS12B20测量环境的温度用以对加热电阻的温度的补偿。温度传感采集的数据要经过放大电路放大后送到单片机（识别的信号为0-5V）[6]，单片机把采样值与设定值相比，然后产生PWM波形，通过驱动电路来驱动IGBT，对IGBT的门级驱动来调整IGBT的开通与关断时间[7]，调节交流电的频率，控制交变磁场的强度，进而调节电流大小，对加热电路控制，进而控制烫金机的温度。8051单片机具有40个引脚，4个I/O接口，适用于本系统的控制与编程，故选用8051[8]。被控对象为温度，属于大惯性变量，可以假设为一阶惯性环节[9]，所以采用迷糊控制较为合适。

本文设计的温度控制系统包括整流电路、加热电路、放大电路三个部分。温度控制系统拟采用两种控制方法：一种是迄今为止最通用的适合非复杂系统的控制方法，常规PID控制[10]。第二种是得到广泛应用、适合于复杂控制系统(家电、冶金。化工)的模糊神经网络控制方法[11][12]。模糊神经网络控制方法是模糊逻辑与神经网络相结合，也成为种控制方法发展的趋势[13]。本文对这两种方法进行介绍。利用模块化建模工具Matlab/Simulink建立温度控制系统模型[14]。对设计的温度系统进行仿真，仿真的结果应该和所要求的性能指标一致，并对常规PID控制与模糊控制的系统仿真结果进行对比。

2

2.3毕业设计拟采用方法和手段

系统的整流电路采用6个二极管对380V的交流电路进行整流，将交流电能变为直流电能[15]，在整流电路后并联一个滤波电容，对其进行滤波，为热电阻提供加热电压。加热电路用一个热电阻与一个IGBT串联，用PT100传感器检测热电阻的温度，经过放大电路之后将信号变为0-5V的标准电压信号，然后传送到单片机，用DS18B20检测环境温度，可直接将信号传送到单片机。系统采用8051作为处理器，并与上位机PC相连接，随时改变参数，设定温度值以及温度的上限，对目标温度区间设定多个温度段[16]在软件程序中拟采用PID控制算法及模糊算法，并设计产生PWM波的子程序，产生的PWM经驱动电路控制加热电路的工作状态，同时也要设计一个中断程序，当烫金机工作出现故障时产生中断同时停止工作，以及一个报警程序.当系统温度超过上限值时报警，保证系统安全。最后要对系统进行整体的Matlab仿真，并对仿真结果进行分析，与理论计算结果进行比较。

3毕业设计工作计划及进度安排

第1周

第2周

第3周

第4周

第5周

第6周

第7周

第8周

第9周

第10周

第11周

第12周

第13周

第14周

第15周

第16周

第17周查询国内外相关资料，了解课题的相关内容。查阅文献，初步确定设计方案，撰写开题报告；外文翻译。完成开题报告，方案论证；完成外文翻译。完善课题设计方案，实施方法。硬件结构设计拓扑结构设计。加热器主电路设计。驱动、保护环节设计。温度传感器信号检测与转换设计。单片机最小系统单元设计。控制回路接口电路设计。软件流程设计，主程序设计。各功能子程序设计，完善硬件、软件设计。论文总体框架撰写。撰写论文主题部分，各章节原理，线路。修改、完善论文内容。整理论文内容，格式编辑，准备答辩。答辩。

4.主要参考文献

[1]牛昱光.单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2008.3

[2]FUKS，WALTSM.AHeuristicApproachtoReinforcementLearningControlSystem[J].IEEETrans.1965,10(4):390-398.

[3]孙传友，孙晓斌.测控系统原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社.2007.

[4]赵海兰.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[M].现代电子技术.2003.

[5]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科技出版社，2007.

[6]李群芳，张士军，黄建.单片微型计算机与接口技术[M].电子工业出版社.2005.

[7]徐德宏.现代电力电子器件原理与应用技术.机械工业出版社[M].2009.

[8]Schultz,ThomasW.Cand8051(4thEdition)[M].WoodIslandPrints.

[9]叶丹，齐国生，洪强宁，等.基于单片机的自适应温度控制系统[J].传感器技术，2002,21(3):27-30.

[10]陶永华.新型PID控制及其应用(第二版)[M].机械工业出版社.2002.

[11]MamdaniEH.ApplicationofFuzzyAlgorithmsforControlofSimpleDynamicPlant[J].ProcIEE,ControlandScience.1974,121(12):1585-1588.

[12]MooreCG,HarrisCJ.IndirectAdaptiveFuzzyControl[J].InternationnalJournalofControl.1992,56(2):441-486

[13]RubaaiA,KotaruR,KankamM.AContinuallyOnline-TrainedNeuralNeworkControllerforBrushlessDCMotorDrives[J].IEEETransonindustryApplicatong.2000,30(2):475-483