溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)ThismanuscriptwasrevisedbytheofficeonDecember10,2020.一種基于單片機(jī)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參量準(zhǔn)確的測(cè)量是高性能溫度控制的基礎(chǔ)。以單片機(jī)AT89C51作為溫度監(jiān)控核心部件，采用熱電偶溫度傳感囂、運(yùn)算放大囂、A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成溫度采集模塊，通過(guò)對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)值進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算處理，并采用RS485與上住機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)訃。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高、控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；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(huì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，在人們的生活中對(duì)于溫度的要求也越來(lái)越多，而溫度控制器它就可以解決人們對(duì)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(duì)冷部位（如空調(diào)室、冷凍水、庫(kù)溫等）的溫度機(jī)器波動(dòng)范圍進(jìn)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(duì)象也不同。溫度控制器可以根據(jù)舍得溫度直接控制電機(jī)或者開關(guān)的停開，使溫度到達(dá)所預(yù)定的溫度值。溫度控制器在實(shí)際中應(yīng)用很廣泛，也很實(shí)用。溫度的輸岀值也比較準(zhǔn)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(chǎng)合也越來(lái)越多，效率與穩(wěn)定也會(huì)不斷的提高，在以后的發(fā)展中會(huì)跟放假的完善和實(shí)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(jì)算機(jī)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(guò)程中的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個(gè)很重要的量，需要準(zhǔn)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(lái)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(guó)電子、冶金，機(jī)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(yùn)行慣性大，控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)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(wèn)題，達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)過(guò)髙，產(chǎn)岀品品質(zhì)差，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)改造。1.4溫度控制的認(rèn)識(shí)嚴(yán)格說(shuō)，多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對(duì)象在進(jìn)行熱交換時(shí)的溫度變化過(guò)程，既是一個(gè)時(shí)間過(guò)程，也是沿空間的一個(gè)傳播過(guò)程，需要用偏微分方程來(lái)描述個(gè)點(diǎn)溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)理論還不成熟，，而且往往過(guò)于復(fù)雜而難于在工程實(shí)際問(wèn)題中應(yīng)用。解決的途徑有二：意識(shí)吧溫度控制系統(tǒng)作為時(shí)滯系統(tǒng)來(lái)考慮。時(shí)滯較大時(shí)采用時(shí)滯補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時(shí)滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)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(guò)程在空間商分段化，每一段過(guò)程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來(lái)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(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)溫度控制調(diào)節(jié)器進(jìn)行了廣泛，深入的研究們特別是隨著計(jì)算機(jī)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(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)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(guó)外的技術(shù)比國(guó)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(qiáng)，魯棒性好響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)偏差小的特點(diǎn)，□前，國(guó)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(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成以及原理溫度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)分為三個(gè)大的部分，分別是溫度的采集與檢測(cè)部分、溫度的控制部分和溫度的顯示部分2.1溫度檢測(cè)部分溫度檢測(cè)是溫控系統(tǒng)的最關(guān)鍵部分，它只接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)勢(shì)。LI前熱電偶溫度傳感器已形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，主要優(yōu)點(diǎn)是：它屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量溫度時(shí)可以不需要外加電源；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測(cè)量溫度范圍廣，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫高達(dá)1800°C以上，低溫?zé)犭娕伎蓽y(cè)-260°C以下，LI前主要用在高溫測(cè)量工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(lái)測(cè)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(cè)量-200、+960°C范圍內(nèi)的溫度。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用釦電阻常用的分度號(hào)有Pt25、Pt100等，PtlOO即表示該電阻的阻值在0°C時(shí)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(lái)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(diǎn)有：靈墩度高；線性度好，一般不需要線性補(bǔ)償；測(cè)量重復(fù)性好；響應(yīng)速度快。但不足之處是測(cè)量溫度較窄，通常為-55「50°Co根據(jù)本課題設(shè)計(jì)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(hào)一般都非常微弱，為了更好的測(cè)量和顯示，需要放大器、濾波器等電路對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理。對(duì)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(shí)要求抑制共模干擾信號(hào)的能力要強(qiáng)。2.2溫度控制部分實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制的方法很多，有米用模擬電路實(shí)現(xiàn)的，也有米用計(jì)?算機(jī)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(cè)的溫度信號(hào)和設(shè)定的溫度值通過(guò)比較器比較后，驅(qū)動(dòng)一開關(guān)器件（一般是繼電器）控制加熱器的通斷。如當(dāng)測(cè)量的溫度低于設(shè)定的溫度值時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(shí)，驅(qū)動(dòng)電路使繼電器斷開加熱器的電源，停止對(duì)加熱器的加熱，溫度將下降。這樣繼電器反復(fù)動(dòng)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(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是控制精度較低，并且在設(shè)定溫度附近，頻繁啟動(dòng)繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個(gè)固定的時(shí)間T作為控制周期，選擇控制周期的長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，在一個(gè)控制周期T內(nèi)接通加熱器電源的時(shí)間就比較長(zhǎng)（假設(shè)為t）,隨著溫度的升高，加熱時(shí)間t逐漸減少；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，加熱時(shí)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(cè)量溫度的大小自動(dòng)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(shí)，可自動(dòng)的控制減