1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 43 页 1 1 绪论绪论 在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被 控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类 加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控 制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指 标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工 业生产中经常会遇到的控制问题。 1.1 1.1 温度控制器的发展状况温度控制器的发展状况 温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产
2、和日常生活中经常测量的物理量， 也是人类研究最早测量方法最多的物理量之一。因而温度检测仪应用领域之广，使用数 量之多，一直高居各类测量仪之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个 阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件） ；模拟集成温度传感器/控制器；智能温 度传感器（即数字温度传感器） 。 a) 分立式温度传感器 传统的热电偶、 热电阻、 热敏电阻及半导体温度传感器， 均属于分立式温度传感器， 传感器本身就是一个完整的、独立的感温元件。此类传感器通常要配温度变送器，以获 得标准的模拟量（电压或电流）输出信号。 b) 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此
3、亦称硅传感器或单片集成传感 器。 可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC， 它属于一种简单的集成温度传感器， 适合远距离测量、控温，不需要进行非线性校准，典型产品有 AD590、AD592 等。 c) 模拟集成温度控制器 模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有 LM56、 AD22105 和 MAX6509。 d) 智能温度传感器 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在 20 世纪 90 年代中期问世的。智能温 度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领 域中最具活力和发展前途的一种新产品。目前，国际上许多著名的集成电路生产厂
4、已经 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 43 页 开发出上百种智能温度传感器产品。 1.2 1.2 课题研究必要性课题研究必要性 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和 广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控 制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。温度是工业生产中常见并且十分重要 的参数之一，特别是在冶金、石油、食品、印染等工厂中。由于不同的工艺所需的温度 变化曲线各不相同，而现有的温度控制仪大多只能进行恒温控制。因此许多生产过程中 加热、保温、降温以及自然降温等操作都是由人工操作的，这就不可避免地
5、产生各种误 差，进而影响产品质量，个别采用的温度自动控制系统由于造价较高、操作复杂等原因 又限制了在中小企业的应用，因此研究和开发一种实用的温度控制系统成为当务之急。 在工业生产过程中需要实时测量控制温度，尤其是在高危生产行业，如花炮生产，煤矿 行业等。但依靠人工检测控制既浪费时间，物力，人力，又有一定的危险性，且数据也 不准确，因此研究自动的温度测量控制方法和装置具有重要的意义。 1.3 1.3 现代控制系统现代控制系统相对传统控制系统相对传统控制系统的优势的优势 传统的控制系统主要由测量电路和控制电路组成，所具备的功能较少，也比较弱， 而且结构很复杂。计算机技术的迅速发展，使得传统的控制系
6、统发生了根本性的变革， 即采用微机作为控制系统的核心，代替传统的控制系统的传统的电子线路，从而成为新 一代的微机化控制系统。将微机技术引入控制系统中，不仅可以解决传统控制系统不能 解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高控制精度和可靠性，显著增强 测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级和 维护。因此，现代控制系统设计，特别是高精度、高性能的控制系统，目前已很少不采 用计算机技术的了。 计算机技术的引入， 可以为控制系统带来以下一些新特点和新功能： a) 自动调零功能在每次采样前对传感器的输出值自动清零，从而大大降低因控制 系统漂移变化造成的误差。 b) 数字滤波功能利用已算机软件对测量数据进行处理，可以抑制各种干扰和脉冲 信号。 c) 数据处理功能利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和 运算功能。 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 3 页 共 43 页 d) 复杂控制规律利用计算机技术不仅可以实现经典的 PID 控制，还可以实现各种 复杂的控制规律，例如，自适应控制、模糊控制等。 e) 自我诊断功能采用
