溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計ThismanuscriptwasrevisedbytheofficeonDecember10,2020.一種基于單片機的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計摘要：對現(xiàn)場參量準確的測量是高性能溫度控制的基礎(chǔ)。以單片機AT89C51作為溫度監(jiān)控核心部件，采用熱電偶溫度傳感囂、運算放大囂、A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成溫度采集模塊，通過對采集到的溫度數(shù)據(jù)值進行比例積分微分運算處理，并采用RS485與上住機進行通信，實現(xiàn)一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)訃。實驗表明該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高、控制能力強等特點。關(guān)鍵詞：單片機；溫度傳感器；比例積分微分控制；數(shù)據(jù)釆集DesignofTemperatureMonitoringControlSystemBasedonSingleChipMicrocomputerAbstract：Theexactmeasurementoffieldparameterlaythefoundationforobtainingexcellenttemperaturecontrolperformance?Atemperaturemonitoringcontrolsystemisdesigned,whichisbasedonMCUAT89C52?Thetemperatureacquisitionmoduleismadeupofthermocoupletemperaturesensor,operationamplifiers,A/Dconvertersetc?ThesampledataisProcessedwithProportional—Integral一Derivativecontroller（PIDcontroller）andRS485isusedtocommunicatewiththeuppercomputer?Themeasuredresultsindicatethatthesystemhasmeritsoffastconvertedresponse,higherprecision,excellentabilityintemperaturecontro1?Keywords：singlechipmicrocomputer；temperaturesensor：PIDcontro1；dataacquisition1緒論1.1溫度控制的意義隨著社會的發(fā)展，時代的進步，在人們的生活中對于溫度的要求也越來越多，而溫度控制器它就可以解決人們對于這方面的要求，他可以把溫度控制在人們所需要的溫度范用內(nèi)。比如用在對冷部位（如空調(diào)室、冷凍水、庫溫等）的溫度機器波動范圍進行控制的電開關(guān)。根據(jù)制冷、制熱裝置方式的不同，溫度控制器電路的電控對象也不同。溫度控制器可以根據(jù)舍得溫度直接控制電機或者開關(guān)的停開，使溫度到達所預(yù)定的溫度值。溫度控制器在實際中應(yīng)用很廣泛，也很實用。溫度的輸岀值也比較準確。隨著技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的應(yīng)用更加廣泛，所應(yīng)用的場合也越來越多，效率與穩(wěn)定也會不斷的提高，在以后的發(fā)展中會跟放假的完善和實用。1?2溫度控制的必要性現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計算機技術(shù)）。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程中的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個很重要的量，需要準確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。1.3溫度控制的現(xiàn)狀分析溫度控制在我國電子、冶金，機械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于具有其工礦復(fù)雜，參數(shù)多變，運行慣性大，控制滯后等特點，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。H前，仍有相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐，烘干生產(chǎn)線存在著控制精度不髙，爐內(nèi)溫度均勻性差等問題，達不到工藝要求，造成裝備運行成本費過髙，產(chǎn)岀品品質(zhì)差，嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益，繼續(xù)進行技術(shù)改造。1.4溫度控制的認識嚴格說，多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進行熱交換時的溫度變化過程，既是一個時間過程，也是沿空間的一個傳播過程，需要用偏微分方程來描述個點溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計理論還不成熟，，而且往往過于復(fù)雜而難于在工程實際問題中應(yīng)用。解決的途徑有二：意識吧溫度控制系統(tǒng)作為時滯系統(tǒng)來考慮。時滯較大時采用時滯補償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間商分段化，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制?？色@得較好的控制精度。1.5溫度控制的發(fā)展近年來，國內(nèi)外對溫度控制調(diào)節(jié)器進行了廣泛，深入的研究們特別是隨著計算機的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化溫度調(diào)節(jié)器。自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)，參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面，國外的技術(shù)比國內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先，門斗生產(chǎn)了一批商品化的，性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強，魯棒性好響應(yīng)快、動態(tài)偏差小的特點，□前，國內(nèi)外的溫度控制系統(tǒng)以及儀器儀表正朝著高精度，智能化，小型化等方面快速發(fā)展。2溫度自動監(jiān)控系統(tǒng)的組成以及原理溫度自動監(jiān)控系統(tǒng)分為三個大的部分，分別是溫度的采集與檢測部分、溫度的控制部分和溫度的顯示部分2.1溫度檢測部分溫度檢測是溫控系統(tǒng)的最關(guān)鍵部分，它只接影響整個系統(tǒng)的測量、控制精度。例如熱電偶溫度傳感器LI前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到了廣泛的應(yīng)用，它是將溫度信號轉(zhuǎn)化成電動勢。LI前熱電偶溫度傳感器已形成系列化和標準化，主要優(yōu)點是：它屬于自發(fā)電型傳感器，測量溫度時可以不需要外加電源；結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測量溫度范圍廣，高溫?zé)犭娕紲y溫高達1800°C以上，低溫?zé)犭娕伎蓽y-260°C以下，LI前主要用在高溫測量工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中。熱電阻溫度傳感器是利用電阻值隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的，LI前應(yīng)用較為廣泛的熱材料是銅和鈕。在銅電阻和釦電阻中，釦電阻性能最好，非常適合測量-200、+960°C范圍內(nèi)的溫度。國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用釦電阻常用的分度號有Pt25、Pt100等，PtlOO即表示該電阻的阻值在0°C時為100Q。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類型的集成溫度傳感器應(yīng)用越來越多。集成溫度傳感器的工作原理是利用P\結(jié)的溫度特性制成的，同熱電偶、熱電阻等傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，集成溫度傳感器主要特點有：靈墩度高；線性度好，一般不需要線性補償；測量重復(fù)性好；響應(yīng)速度快。但不足之處是測量溫度較窄，通常為-55「50°Co根據(jù)本課題設(shè)計的要求，可選用集成溫度傳感器。山于溫度傳感器的直接輸出信號一般都非常微弱，為了更好的測量和顯示，需要放大器、濾波器等電路對信號進一步處理。對放大器的要求是精度要高，輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流要小，同時要求抑制共模干擾信號的能力要強。2.2溫度控制部分實現(xiàn)對溫度控制的方法很多，有米用模擬電路實現(xiàn)的，也有米用計?算機構(gòu)成的智能控制。模擬控制溫度的方法主要有開關(guān)式控制法、比例式控制法和連續(xù)式控制法。開關(guān)式控制是將檢測的溫度信號和設(shè)定的溫度值通過比較器比較后，驅(qū)動一開關(guān)器件（一般是繼電器）控制加熱器的通斷。如當(dāng)測量的溫度低于設(shè)定的溫度值時，驅(qū)動電路使繼電器接通加熱器的電源，使溫度上升；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時，驅(qū)動電路使繼電器斷開加熱器的電源，停止對加熱器的加熱，溫度將下降。這樣繼電器反復(fù)動作，溫度將被控制在設(shè)定值附近。開關(guān)式溫度控制方法的優(yōu)點是電路簡單，缺點是控制精度較低，并且在設(shè)定溫度附近，頻繁啟動繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個固定的時間T作為控制周期，選擇控制周期的長短一般根據(jù)加熱的熱容量選取，熱容量大的可選擇控制周期長一些，一般選擇T二10.15秒。當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度較多時，在一個控制周期T內(nèi)接通加熱器電源的時間就比較長（假設(shè)為t）,隨著溫度的升高，加熱時間t逐漸減少；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時，加熱時間t等于零，溫度逐漸下降，最后使溫度接近穩(wěn)定。該方法控制溫度精度將大大提高。連續(xù)控制是根據(jù)測量溫度的大小自動連續(xù)調(diào)節(jié)加熱器電流的大小，當(dāng)溫度大于設(shè)定的溫度時，可自動的控制減