恒温加热炉的控制设计【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 恒温加热炉的控制设计 恒温加热炉的最大优点在于它的准确控制温度，而且在系统控制中通过以单片机为核心的控制系统使其自动运行，在系统自动运行中，通过人机界面的 LED 显示和键盘设置来时时了解加热炉自动控制系统的运行状况和更改设置。 还有温度在工业生产控制中是一个很重要的变量，然而用传统的温度控制方法 潜力是有限的，难以满足较高的性能要求 ，严重影响着 工业生产中的成本及效率，由于这些原因的存在促使了智能化控制恒温加热炉的设计。现在越来越多的工业生产控制都在向智能化发展。 恒温 加热炉的设计中，单片机是这个系统的核心部分。 单片机作为计算机家族中的一员，它

2、以集成度高、功能强、通用性好，特别是体积小、价格便宜、能耗低、重量轻、抗干扰能力强、可靠性高和使用方便等独特优点而得到广泛应用。单片机的使用使传统的工业生产走向智能化。 用单片机可以构成形式多样的控制系统、 数据采集系统 。 例如工厂流水线的 智能化生产及 管理 、各种生产因素的 智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 单 片机的运用正在越来越良好的改变传统工业的不足，为智能化工业生产开辟广阔前景。 目前世界上的各大公司推出的单片机，从 4 位、 8 位到 16 位已经有几十个系列，上百个品种。单片机正在向着多集成功能、多适用性方向发展。工业生产控制的种类很多，功能要求各不

3、相同，因此选择最适宜的机种是关键。在通用型系列芯片中选择最合适的机种，然后进行程序的开发和掩模，形成目标芯片是一种很常用的方法。另一方面，在某些工业产品中，为了使系统设计的达到更高的要求，就必须借助于工作站进行 ASIC设计 (专用芯片设计 )。即以通用的单片机内核为 基础，将一些专用接口及其外围元器件与单片机核心部分进行一体化设计，把硬件及功能去掉，设计出版图，在集成电路厂家进行制作加工及程序掩模。 单片机在工业生产控制中的应用，并不是一个简单的技术替换问题，而是一个机电一体化的系统设计和制造技术问题。因此除了对功能方面的技术实现外，还需要研究可靠性、系统性和先进性方面的技术。 单片机诞生于

4、 20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、 MCU、 SoC 三大阶段。 SCM 即单片微型计算机（ Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌 入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展1 道路。 MCU 即微控制器（ Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向 MCU 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决。 我国开始使用单片机

5、是在 1982 年，短短五年时间里发展极为迅速。 1986 年在上海召开了全国首届单片机开与应用交流会，有的地区还成 立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。截止今日，单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（ CPU）、随机存 取存储器（ RAM）、只读存储器（ ROM）、输入 /输出端口 （ I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。微计算机（单片机）在这种情况下诞生了

6、，纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导 航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期 使用也不会担心精度达不到了。 恒温加热炉

7、除了核心的单片机之外，温度传感器 PT100也是一个很重要的组成部分。 温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。 由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温传感器就会相应产生。 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值岁温度变化而变化的原理 进行测温的一种传感器温度计。 热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测量 -200+850C 范围内的温度，少数

8、情况下，低温可测至 1K，高温达 1000C。 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻2 的引线对测量结果会有较大的影响。热电阻大都由纯金属材料制成，目前用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 在所有的温度计 中，温度传感器 PT100的准确度最高，可以达到 1Mk。 输出信号大，灵敏度高。 PT100热电阻温度计的灵敏度比热电温度计（热电偶）高一个数量级。测温范围广，稳定性能好。在振动小而适宜的环境下，可以在长时间内保持 0.

9、1 以下的稳定性。 参考文献 1 模拟电子技术基础 周良权、傅恩锡、李世馨第二版 高等教育出版社 . 2 单片机与控制技术 杨宁、胡学军 北京航空航天大学出版社 . 3 全国大学生电子设计竞赛训练教程 黄智伟、王彦、陈文光、朱卫华 电子工业出版社 . 4 数字电子技术基础简明教程 清华大学电子学教研组、余孟尝 第二版 .高等教育出版社 . 5 单片机原理与应用 朱月秀、濮阳槟、骆经备 科学出版社 . 6 自动控制理论 浙江大学、邹伯敏 机械工业出版社 . 7 单片机原理及系统设计 胡汉才清华大学出版社 . 8 MCS-51 系列单片机系统及其应用 蔡没琴、张为民、沈新群、张荣娟 高等教育出版社

10、 . 9 单片机应用文集 何立民 北京航空航天大学出版社 . 10Godbole, Kedar, Skinner-Gray, et al. Selecting an embedded smart motor controller .Electronic Products (Garden City, New York), 2003,v46, v46 (n7) 11 Donald E T, Jay K A, Herman S. A model and methodology for hardware-software codesign .IEEE Design & Test of Computers. 1993,103, 10(3)