1、基于基于 51 单片机的温度控制系统设计单片机的温度控制系统设计文献综述文献综述 1前言 日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域里面温度是最常遇到 的一个物理量。近年来现代工业的发展，人们需要对工业生产中有关温度系统进 行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚出炉的钢铁进行热处理，塑料的定型及各种加 热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行实时监测和精确控制。现在国内外市 场用单片机作为为核心的温度控制系统已经越来越广泛了， 且设计方案都很灵活， 应用起来相当的广泛，应用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉，在我们日常 生活中的应用也是比较广的， 如热水器， 室温控制， 农业中的大棚温度控制等等。
2、 现在人们的物质生活已经转好，随之而来的就是对生活质量的需求了。在舒适的 温度下休息、活动，在不同的季节里都可以吃到各种蔬菜、水果，等等这些都需 要对温度的控制。可见不仅在工业生产上温度控制是重点，在人们的日常生活中 温度控制领域也潜藏这巨大的前景。如饲养几条鱼儿也成为一种趋势，这也将会 带动与之相关的产业也应运发展起来。鱼缸是养鱼的必备用具，型鱼缸也在市场 上层出，其中水温的控制是关键。可见本次设计的温度控制系统具有实在的研究 意义。 单片机是指芯片本身， 而单片机系统是为实现某一个控制应用需要由用户设 计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统，这是单片机应用系统。 单片机自问世以来
3、， 性能不断提高和完善， 其资源又能满足很多应用场合的需要， 加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格 低廉等特点， 因此， 应用日益广泛， 并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。 2历史研究与现状 很多领域的温度可能较高或较低，现场也会较复杂，有时人无法靠近或现场 无需人力来监控。 如加热炉大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制, 存在 控制精度低、超调量大等缺点, 很难达到生产工艺要求。在工业生产温控系统中 采用的测温元件和测量方法不相同， 产品的工艺不同， 控制温度的精度也不相同， 因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。 通常由位式或时间比例式温
4、度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统， 其主 回路由接触器控制时因为不能快速反应，所以控温精度都比较低，大多在几度甚 至十几度以上。 随着电力电子技术及元器件的发展， 出现了以下几种解决的方案： （1）主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以 PID 或模糊 逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统， 其控温精度大大提高， 常在2以内， 优势是采用模糊控制与 PID 控制相结合，对控制范围宽、响应快且连续可调系 统有巨大的优越性。 （2）采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破 了传统的热电阻、热电偶再通过 A/D 转换采集温度的思路。用单片机对数字进 行处理和控制,
5、通过 RS - 232 串口传到 PC 机对温度进行监视与报警,设置温度 的上限和下限。其优势是结构简单，编程不需要用专用的编程器,只需点击电脑 鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易。 （3）ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控制。利用 ARM 处 理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进行比较，然后对温度 进行控制。通过内嵌的操作系统CLinux 获得极好的实时性，并且通过 TCP/IP 协议能与 PC 机很快的通讯。其优势不只是温度控制精度高，而且能够通过现场 跟远程两种方式来设定控制温度。 传统的温控系统温度控
6、制方式已不能满足高精度，高速度的控制要求，如温 度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于它主要通过控制接触 器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的， 受仪表本身误差和交流接触器的 寿命限制，通断频率很低。 成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它们只能适 应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技 术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少，因此不适合用此种方 法作加热炉的温控系统。 近几年来快速发展了多种先进的加热炉温度控制方式，如：模糊控制。这个 控制技术大大的提高了控制精度， 不但使控制变得简便， 而且使产品的质量更好， 降低了产品的成本，提高了生产效率。不过，模糊控制系统动态性能好，但稳态 性能较差，且很难使两种性能指标都达到理想要求。目前普遍采用模糊线性复 合控制器发挥了模糊控制和线性控制的优点， 使设计的系统取得了较好的动态和 稳态指标。但是，模糊线性复合控制同时也存在一些问题：线性前馈复合控制 的系统性能对参数变化比较敏感；模糊线性双模控制存在开关切换问题等；在 线性控制的误差通道
