1、1南昌航空大学科技学院毕业设计（论文）开题报告题目 基于单片机温度控制设计专 业 名 称 自动化班 级 学 号 138202231、138202201学 生 姓 名 袁松、石荣秋指 导 教 师 杨谊华填 表 日 期 2012 年 3 月 03 日21、选题的依据及意义： 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的 PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛
2、应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数
3、据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID 控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在 4001000。静态控制精度为2.43。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机
4、具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。2、国内外研究概况及发展趋势3目前，国内在温室自动控制方面的研究已经实现了在一定面积内对各种环境因子的综合控制。1996 年，江苏理工大学研制成功了一套温室环境控制设备，通过对温室内部温度、湿度、光照及 CO2 浓度的监控，在 150m2 温室内实现了温度、湿度、光照、CO2 浓度的综合控制。当前，国内外利用单片机的温室控制系统软硬件实施方式主要有三种类型。第一种是直接使用单片机以及其他一些外围芯片作为数据采集和控制的装置，不使用上位 PC 机做数据处理。这
5、种类型的自动控制系统一般以单片机为核心，包括输入模块、控制模块、输出模块等。硬件电路一般由温度传感器及模拟信号处理电路、A/D 转换器、单片机、D/A 转换器、LED（或 LCD）显示器及微打印机、简易键盘、指示报警装置等组成，即为一个单片机的最小应用系统，实现基本的输入输出功能和简单的控制功能。软件设计一般采用中断技术定时采集环境因子参数，然后经过相关的标度转换得到环境因子的参数化值，再通过一定的控制算法与设定值进行比较从而对外设进行控制，一般常用的控制算法是数字 PID 控制算法，这种算法经过改进可以实现较为稳定和精确的控制。这种系统成本低，又有一定的控制精度，能较好的满足一般农业用户的需
6、求；但由于控制系统的核心-单片机-的数据处理能力及存储器容量的限制，控制精度有限，对生长环境参数要求较高的一些特殊作物不能很好的满足要求，另外如果没有扩展微打印机就无法查询历史温度值，因为单片机的数据存储器数据断电即逝。现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温控器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温控器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温控器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。近百年来，温控器的发展大致经历了以下三个阶段； (1)模拟、集成温度控制器；(2)智能数码温控器。目前，国际上新型温控器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。
7、3、研究内容及实验方案41、研究内容温度传感器将温度信息变换为模拟电压信号后，将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，经过低通滤波，滤掉干扰信号送入单片机。单片机将检测到的温度信息与设定值进行比较，如果检测值高于设定值，报警系统自动报警提示温度过高。从而实现对温度的一个控制功能该单片机温度控制系统是以 AT89C51 单片机为控制核心，用温度传感器DS18B20 进行温度采集。整个系统硬件部分包括温度检测系统、单片机、I/O 设备系统等。温度检测报警器是能够检测环境中的温度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：温度信号采集电路、单片机控制电路、数字显示电路及控制报警电路。2、研究
8、方案温度信号采集电路一般由温度传感器将温度信号送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值( 也就是报警限) ，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的温度值，可将温度值送到显示屏中。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。温度报警器的方案如图 1 所示。温度传感器 单片机4 位 LED蜂鸣器7 段数码管单总线输入温度输出显示温度显示状态发出报
9、警图 1 温度报警器的方案图5温度传感器及单片机是温度检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的温度传感器及单片机芯片是至关重要的。温度传感器的选型在下一节详细介绍。单片机作为硬件电路的核心，它的选型将在下面进行详述。四、目标、主要特色及工作进度1、研究目标本课题主要是通过 51 系列单片机设计一个温控系统，通过实验研究使自己能将所学的理论知识与实践工程设计联系起来掌握 protel、proteus 等软件的基本使用方法，学会温控系统的模块设计、绘制电路图和掌握单片机温控制系统软件的编程及调试。2、主要特色单机的特点是小巧灵活、成本低、易于产品化,面向控制，能针对性的解
10、决从简单到复杂的各类控制问题。从而获得最佳性价比，抗干扰能力强，适应温度范围广。这个课题本身并不是最新的研究项目，但在其研究领域有许多研究新方向，其研究应用范围比较广阔，研究前景和发展潜力十分巨大。在其它单片机控制系统领域有许多共通之处，有许多地方可以借鉴。本研究课题关键在于在原有基础上的创新设计，多型号的单片机系统的横向比较，以及与前沿设计的纵向比较。课题不单要掌握各模块设计，对软件编程及调试也要有研究。是一个多方面，跨学科的综合课题研究。片3、工作安排研究方案：从 51 单片机的基础知识入门，逐步延伸到系统的设计、仿真和测试。技术路线：以理论为基础，以试验为根本。6实验方案：在老师指导下完
11、成电路图的设计，对原理图进行论证分析其正确性，软件的编写，自己动手调试程序验证实验电路的正确性。4、工作进度1、收集有关资料，英文资料翻译（6000 字符以上） ，撰写开题报告 （4 周） 2、系统设计 （1）硬件控制电路设计（用 Protel 绘电路图） （4 周）（2）部分软件程序设计 （4 周）3、撰写毕业论文 （3 周）4、毕业设计审查、论文答辩 （2 周）五、参考文献 1余锡存、曹国华 单片机原理及接口技术 西安电子科技大学出版社20002王福瑞 单片微机测控系统设计大全 北京航空航天大学出版社 19993张友德、赵志英、涂时亮. 单片微型机原理、应用与实践（第四版）M.上海：复旦大学出版社，2003 4.高晓蓉 .传感器技术M.成都：西南交通大学出版社，2003 5.康华光.电子技术基础模拟部分M.高等教育出版社，20086.朱清惠等.Proteus 教程.电子线路设计制版与仿真M.北京：清华大学出版社，20077.王文海.单片机应用于实践化教程M.科学出版社，20108. Jorge Angeles.Fundamentals of Robotic Mechanical System.New York:Springer,1997
