数之一。随着现代工业的逐步发展,在工业生产中,液位、温度、流量、压力是最常见的过程变量,在这四种当中温度又是一个非常重要的过程变量,尤其是在化工行业、电力行业、冶金行业、机械加工业以及食品加工业应用的十分广泛,这几个行业都需要对各种反应炉、热处理炉、加热炉以及锅炉的温度进行控制,尽量按照人们的要求去变化,通过计算机控制相应的执行部件,可以避免温度过高或过低,减少带来的经济损失,使人身、财产安全得到很好的保证。在国民经济各部门和日常生活中,经常对多路温度进行信息的采集。在温度采集的时候常用到的测温元件有热电阻、热敏电阻和热电偶等。这些元件在多路采集的情况下,很难实现每一路信号的同时采集,而且电路结构相对复杂,需要连接放大和模/数转换电路。实际上,随着传感器技术和软件的不断发展,各种温度传感器的性能实现多元化,再利用计算机、单片机、CPLD/FPGA和 PLC等辅助工具或元器件,控制多路温度在实际应用中是非常广泛的。因此,从结构、性能、参数、设计思想等方面权衡把握,才能更好的设计出满足使用性能和要求的控制电路。
1.2 发展现状
多路温度控制系统的研究现状目前,多路温度控制的方法有基于计算机的温度控制系统、基于单片机的温度控制系统、基于CPLD/FPGA的温度控制系统、基于DSP控制的多路温度采集系统和基于PLC的温度控制系统。
PC机对多路温度控制系统,具有电路简单,可靠性好,通用性强的特点,广泛应用于乡镇粮站中,对粮仓温度的自动控制。用VB语言实现上位机数据传送,可方便地控制通信对象的选择,具有较大的灵活性。与一般的控制系统相同,计算机要不停的去采集被控制对象的全部状态信息,按照一定的控制方式处理后,计算机控制系统可以是开环的也可以是闭环的,有两种方式:一种是计算机把来自被控制对象的信息处理之后,仅仅向工作人员提供一些操作的信息,在通过工作人员影响被控制对象。然而另外一种是计算机仅仅按照时间或者某种设定的规律来影响被控对象。计算机的控制系统有两部分组成分为被控制对象和控制部分构成,其中控制部分又是由软件部分和硬件部分所组成,它不同于只有硬件所构成的模拟控制器。计算机的控制软件又是由应用软件和系统软件组成,计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点,因此可以实现高级复杂的控制方法,获得快速精密的控制效果。
基于FPGA的高精度多路温度采集器,无需计算机干涉,可以采集多路温度信号,对计算机的服务定时约束非常松弛。采集器内置了串行接口,可以通过电平转换芯片和计算机的串行口直接连接,电路结构小型紧凑,系统工作稳定可靠。但是不能更改程序的电路设计。
基于DSP控制的多路温度测试系统,是通过温度传感器DS18B20来实现的。此系统还带有RS232通用串行接口,可以实现与个人电脑的实时通信。整个设计电路具有很多优点,例如,结构简单、多路温度信号的采集所用的时间短、以及数据传输方便。此系统通过DSP作为温度的采集和控制核心,结合DSP软件的设计,来实现多路温度信号的同时采集。
基于PLC的温度控制系统。主要用在工业生产方面,适用于高效率的工作模式。PLC功能的扩充是在控制器中扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制的混合应用场所中,采用PLC控制较为合理。采用PLC控制不仅方便、简单、灵活性好,可以提高被测温度的技术指标,还能够提高产品的质量和数量。但是在温度测量时必须采用PLC恒温控制,同时PID算法在PLC中的实现和PID参数都将影响系统控制性能,这就对多路温度精确地控制提高了难度。由于生产现场对温度的影响是多方面的,让温度的控制相对复杂,许多传统的加热炉是采用继电器控制技术来进行电气的控制,硬件方面为了实现逻辑的控制是通过固定的方式接线,这样会使控制系统的体积变大,耗电多,容易出故障而且效率不高,无法保证正常的工业生产工作,随着LC生产技术的发展,传统继电器控制技术必然被基于PLC控制技术所取代,而PLC本身优越的性能可以使温度控制系统变得经济、高效、稳定且维护方便。这将对改造传统继电器控制系统具有重要性意义。
基于单片机89C51的温度控制系统。采用温度传感器DS18B20采集温度数据,液晶显示屏LCD1602显示温度数据,存储器存储温度上下限设定值,按键设置温度上下限,另外,单片机内的ROM比较小,所以在设计中系统必须在外面配置EPROM电路和扩展电路,所以在该项目中运用该方案必须完成硬件电路的设计、组装、调试;应用软件的编制、调试、固化、脱机运行。单片机控制的优点是成本较低。现在的整体设计成本比较低,因为现在的外围电路的元器件价格不高,而且单片机价格相对来说同样比较低。设计可以相对比较灵活,因为可以对外部存储器的容量根据所需要来进行扩展。
1.3 设计研究意义及目的
单片机的多路温度采集系统的设计有单片机模块、温度采集模块、LCD液晶显示模块、基本的复位电路和报警电路,各部分组合完成基础的电路硬件模块。需要的软件设计用的程序为C语言,并通过程序合理的编写完成要求,最后达到调试、仿真和实物。单片机在生产中应用及其广泛,涉及生活的每个角落,尤其为电子和计算机发展提供了技术实践。近年来单线多点数字化测量技术的发展使温度检测技术实现了快速、可靠、低成本、数字化与网络化。本文提出了一种结构简单、低能耗、方便实用的系统解决方案。此方案采用新型的单线智能化温度传感器,能通过数字形式直接输出被测量点的温度值,并且还具有远程传输数据、测量误差小、抗干扰能力强、分辨率高和成本低的有点,是研发和开发具有高性价比的新一代温度测量控制系统的核心部件,并使用8051单片机作为微控制器,提高了系统运行速度,最后完成多路温度采集与显示系统的仿真设计。
二十一世纪是科技高速发展的信息时代,电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛,伴随着科学技术和生产的不断发展,需要对各种参数进行温度测量。因此温度这个词语在生产和生活中出现的概率居高不下,与温度想对应的温度测量以及控制同时也成为了生活生产中广泛使用的词语,并且在各行各业同时发挥着无法替代的作用。设计的温度采集系统可以随时的采集不同地方的温度,又可以根据环境的要求实时设置温度区间并进行判断是否超出要求的温度范围,并对超出温度范围的同时响应报警电路,为进一步的人为或是计算机进行温度的调节和控制做出准备。
1.4 文章总体概述
在当今的社会,随着科学的飞速发展,人们生活水平的提高,温度的控制以及测量已经成为了工业生产和生活中必不可少的部分,在工业生产中温度是必不可少的因素,温度的控制直接关系到工业生产的效率以及成本,电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中,担负着重要的测量任务。在生活中,炎热高温的夏天,人们也需要通过空调来控制温度使得自己变得凉爽,
温度控制器的设计不但是我在论文上所要提到的,在现实生活中也是着必不可少的部分,工业生产中的成本的降低以及效率提升,都与温度有着密切的联系。接下来将会分为系统的硬件设计、软件设计以及PCB板的制作来详细介绍“基于单片机的温度控制器的设计”。
1.5 方案所实现的要求
本设计所能实现的研究目标:
1、温度显示和调节范围:-55℃—+125℃
2、显示分辨率:0.5℃
3、能随时调节改变上,
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