毕业设计--基于单片机的恒温控制系统设计

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1、 第 1 页 共 45 页 1 绪论绪论 温度是表征物体冷热程度的物理量。 在很多生产过程中， 特别是在冶金、 化工、 建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生 产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量 与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。 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

2、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，处理机的成本占了系统成本的 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。 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。现在完全可以

3、运用单片机 和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且可以很容易地做到多点的温度检测， 如果对此原理图稍加改进，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。 工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工 业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。这就需要设计一个良好温度控制器， 随时向用户显示温度，而且能够较好控制。单片机具有和普通计算机类似的强大数 据处理能力，结合 PID，程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益1。 例如钢铁生产过程中， 按照工艺条件的规定保

4、持一定的温度才能保证产品质量 和设备的安全。 对电气设备进行温度的监控， 例如高压开关、 变压器的出线套管等， 第 2 页 共 45 页 判断可能存在的热缺陷，进而能及时发现、处理、预防重大事故的发生。因此研究 温度控制仪具有重要的意义2。 在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量 是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的 测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机 械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也 可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度

5、测量场 合3。 目前市场上热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问 题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能即使热水器具 有辅助加热功能。也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文 设计的热水器控制系统以 51 单片机为检测控制中心单元，具有温度设定与控制功 能。该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便 和性能稳定等优点，提高了电能的使用效率，具有可观的经济效益和社会效益4。 1.2 国内外发展状况国内外发展状况 温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规仪表的升级产品。温度控制的 发展引入单片机之后，有可能降低对某

6、些硬件电路的要求，但这绝不是说可以忽略 测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的 重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路，尤其是传感器的改进。 现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固 态、多功能和集成化的方向发展。 近年来，温度控制的发展尤为迅速。国内外市 场上已经出现了多种多样温度控制仪表，应用于社会的各个方面。例如能够进行程 序控温的智能多段温度控制仪， 能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能式温 度调节器等5。 水温系统的传递函数事先难以精确获得， 因而很难判断哪一种控制方法能够满 足系统对控制品质的要求。但从对控制方法的分析来看，PID 控制方法最适合本例 采用。另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制方 法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案。 因此本系统可以采用 PID 的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调 第 3 页 共 45 页 节时间和超调量等控制品质的要求6。 传统的一位式模拟控制