畢業(yè)設計基于單片機的溫度控制器設計-文獻綜述定稿.doc

畢業(yè)設計（論文）基于單片機的溫度控制器設計-文獻綜述定稿 四川理工學院畢業(yè)設計（論文）文獻綜述基于單片機的溫度控制器設計 學 生：XXX學 號：XXXXXXXXXXXXXXX專 業(yè)：自動化班 級：2008.2指導老師：XXX四川理工學院自動化與電子信息學院二O一二年六月前言在某些工業(yè)生產(chǎn)過程中，如恒溫爐、倉庫儲藏、花卉種植、小型溫室等領域都對溫度有著嚴格的要求，需要對其加以檢測和控制1。在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測得不準確就會發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。如化工生產(chǎn)中對溫度的檢測不當就會導致生產(chǎn)效率的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的下降。而現(xiàn)在所使用的溫濕度檢測系統(tǒng)通常都是精度為1或0.1的水銀、煤油或酒精溫度計進行的溫度檢測和用傳統(tǒng)的物理模擬量的方法進行的濕度檢測。這些溫濕度檢測計的刻度間隔通常都很密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。因此，設計先進、實用的溫度檢測和控制系統(tǒng)有著重要的意義。正文國外和國內(nèi)研究的現(xiàn)狀國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。美國、日本的溫度監(jiān)測系統(tǒng)近20年來發(fā)展很快，他們結(jié)合本國條件做出了具有創(chuàng)新特色的成就，但其監(jiān)控設備價格昂貴。我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達國家溫度測控技術(shù)的基礎上，才掌握了溫度室內(nèi)微機控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設施計算機應用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向?qū)嵱没⒕C合性應用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。 我國近年引進了多達16個國家和地區(qū)的工廠環(huán)境控制系統(tǒng)，對吸收國外先進經(jīng)驗、推動工廠溫度自動檢測產(chǎn)生了積極的作用。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有達到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。2 溫度控制器設計方案2.1 基于單片機的溫度控制器圖1是基于單片機的溫度控制器框圖。該控制器由溫度采集模塊、控制模塊、顯示模塊、報警模塊以及電源模塊等組成。圖1基于單片機溫度控制器框圖單片機是控制器的控制核心，因此單片機的選擇，對所設計系統(tǒng)的實現(xiàn)以及功能的擴展有著很大的影響。單片機種類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機，AT89C51片內(nèi)4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行電擦除和改寫，片內(nèi)有128字節(jié)的圖2基于ARM溫度控制器框圖溫度傳感器測量外部溫度信息，在CPLD的控制下，把AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入ARM微處理器中進行處理，同時通過LCD顯示處理信息，由網(wǎng)絡接121 遠程監(jiān)控。當然，現(xiàn)場也可由鍵盤實時人工干預。經(jīng)ARM微處理器處理的數(shù)據(jù)通過RS232串口傳送到上位機進行顯示存儲。當然，工作過程中若出現(xiàn)錯誤，會產(chǎn)生聲光報警等。同時，鍵盤還可現(xiàn)場干預設置，處理故障等2。這里ARM微處理器選用ATMEL公司32位的AT91M40800。AT91M40800除具有ARM7TDMI內(nèi)核外，其內(nèi)部還集成有許多外圍設備，大量內(nèi)部寄存器可快速完成中斷處理。由于AT91M40800微處理器通過可編程的EBI與片外存儲器相連，使其具有較快的訪問速度；同時它還具有8個優(yōu)先級向量中斷控制器與外部數(shù)據(jù)控制器連接，進而提高中斷響應速度。因此，AT91M40800微處理器非常適用于工業(yè)實時控制領域，是嵌入式工業(yè)控制器中處理器的最佳選擇。2.3 基于PLC的工業(yè)溫度控制器PLC與其他微型計算機相比,更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運行,且數(shù)據(jù)處理功能大大增強, 具有強大的功能指令，編程也極為方便簡單編程指令具有模塊化功能,能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問題。PLC 的梯形圖語言清晰、直觀、可讀性強, 易于掌握.PLC具有豐富的功能指令，能實現(xiàn)加減乘除四則運算及數(shù)據(jù)傳送比較移位等功能，還具有實時時鐘指令，可方便的實現(xiàn)定時及時間和年月日的設置與顯示。PLC的主要優(yōu)點可概括如下:高可靠性 ；豐富的I/O接口模塊；采用模塊化結(jié)構(gòu)；編程簡單易學；安裝簡單，維修方便。上述三種方案各有其優(yōu)點，且均適合在工業(yè)場合使用，但是基于ARM處理器的控制器設計方案，設計相對復雜，設計難度較大，開發(fā)周期較長；而基于PLC的溫度控制器，設計成本高，靈活性較低，因此，本課題擬采用單片機作為控制器的主控芯片，基于單片機的溫度控制器具有開發(fā)周期短，成本低，功耗低，設計簡單等優(yōu)點。3 溫度傳感器的方案溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來間接測量，利用這種物理特性制成的傳感器稱為溫度傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器等多種。3.1 數(shù)字溫度傳感器典型的數(shù)字溫度傳感器如DS18B20，該傳感器主要特性如下：1.適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下由數(shù)據(jù)線供電；2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；3、 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫；4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；5、測溫范圍55+125，在-10+85時精度為0.5；6、可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫； 7、在9位分辨率時最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； 8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以單總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 3.2 熱電阻溫度傳感器熱電阻的測量精度高,性能穩(wěn)定,使用方便,測量范圍寬,在高精度、低溫測量中占有重要的地位。熱電阻傳感器主要用于中低溫度 -200+650或850 范圍的溫度測量。常用的工業(yè)標準化熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑電阻傳感器是利用金屬鉑 Pt 的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而制成的溫度傳感器。以鉑電阻作為測溫元件進行溫度測量的關(guān)鍵是要能準確地測量出鉑電阻傳感器的電阻值。對比上述兩種方案，數(shù)字溫度傳感器（如DS18B20）使用方便，測量精度高，而PT100的測溫電路外圍電路較為復雜，需要單獨設計放大電路，線性化電路。因此本控制器的設計中，溫度傳感器擬選擇DS18B20作為溫度采集傳感器。結(jié)論利用51單片機對溫度檢測、控制，具有精度高、功能強、體積小、價格低、簡便靈活等優(yōu)點，很好的滿足了工藝的要求，本課題擬采用STC89C52單片機為控制核心。DS18B20溫度