河北农业大学毕业论文﹙设计﹚开题报告题目智能型温度测量控制系统-开题报告学生姓名学号所在院(系)信息工程学院专业班级通信工程2010140指导教师2014年02月23日题目基于单片机的温度控制系统设计一、选题的目的及研究意义温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用,是工业对象中主要的被控参数之一。
在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度。
在日常生活中,也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。
随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。
近年来,温度的检测在理论上发展比较成熟,但在实际测量和控制中,如何保证快速实时地对温度进行采样,确保数据的正确传输,并能对所测温度场进行较精确的控制,仍然是目前需要解决的问题。
这次毕业设计选题的目的主要是让生活在信息时代的我们,将所学知识应用于生产生活当中,掌握系统总体设计的流程,方案的论证,选择,实施与完善。
通过对温度控制通信系统的设计、制作、了解信息采集测试、控制的全过程,提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力,初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。
培养研发能力,通过对电子电路的设计,初步掌握在给定条件和要求的情况下,如何达到以最经济实用的方法、巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路,并将其连接到系统中去。
提高查阅资料、语言表达能力和理论联系实际的技能。
当今社会温度的测量与控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色,大到工业冶炼,物质分离,环境检测,电力机房,冷冻库,粮仓,医疗卫生等方面,小到家庭冰箱,空调,电饭煲,太阳能热水器等方面都得到了广泛的应用,温度控制系统的广泛应用也使得这方面研究意义非常的重要。
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等国外对温度控制技术研究较早,始于20世纪70年代。
先是采用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。
80年代末出现了分布式控制系统。
目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。
现在世界各国的温度测控技术发展很快,一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
我国对于温度测控技术的研究较晚,始于20世纪80年代。
我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上,才掌握了温度室内微机控制技术,该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。
我国温度测控设施计算机应用,在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。
在技术上,以单片机控制的单参数单回路系统居多,尚无真正意义上的多参数综合控制系统,与发达国家相比,存在较大差距。
我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度,生产实际中仍然有许多问题困扰着我们,存在着装备配套能力差,产业化程度低,环境控制水平落后,软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。
在今后的温控系统的研究中会趋于智能化,集成化,系统的各项性能指标更准确,更加稳定可靠。
应用领域非常的广泛,①冷冻库,粮仓,储罐,电信机房,电力机房,电缆线槽等测温和控制领域。
②轴瓦,缸体,纺机,空调等狭小空间工业设备测温和控制。
③汽车空调,冰箱,冷柜以及中低温干燥箱等。
④太阳能供热,制冷管道热量计量,中央空调分户热能计量等。
温度是一种最基本的环境参数,对于我们来说,不仅仅是一个量的反映,更能直接影响作用到我们的生活中,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
测量温度的关键是温度传感器。
随着科技的发展,技术要求的重视,温度测量的精度也越来越被看重。
所以高精度温度测量系统的研究就非常有意义。
本文主要着重于对水温的测量和控制的研究,在工厂锅炉、农业生产中都可得到广泛的应用。
测量温度的方法很多,按照测量体是否与被测介质接触,可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。
温度测量应用中有多种类型的传感器,其中有热敏电阻、热电偶等。
热敏电阻由于体积小,重复性好,测量方法简单,所以在一般的测量系统中广泛应用,但是热敏电阻作为传感器的测温系统需要A/D转换,信号放大与处理,并且测量精度不高,这也是热敏电阻的缺点、不足。
另一种热电偶传感器,能够检测更宽的温度范围,还具有较高的性价比。
而且热电偶的鲁棒性、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首要考虑。
但是,热电偶传感器也存在一些缺陷,比如线性特性较差,信号电平很低,常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。
随着科学技术的快速发展,特别是现代仪器的发展,微型化、集成化、数字化成为传感器发展的一个重要方向,本文所采用的DALLAS公司生产的一种新型温度传感器DS18B20,其优点急温度测量、A/D转换于一体,测量范围宽-55℃~+125℃,精度高达0.0625℃。
它采用单总线协议,即与微机接口仅需要占用一个I/O端口,不需要任何外部原件,DS18B20能代替模拟温度传感器和信号处理单元,直接测量温度并以数字信号输出(9位数字码串行输出)极大的简化了整体电路,可使整个系统更加小型化、低功耗。
由于DS18B20直接输出数字量,并直接与单片机连接,所以控制简单,它的单总线特性使其便于扩展,可以在一根总线上接挂多个DS18B20来扩展系统,组建测量网络。
综上所述,采用DS18B20与单片机所组成的系统,结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣的测量环境,也适用于日常生活和工农业生产中,有很高的应用前景。
温度是一种最基本的环境参数,对于我们来说,不仅仅是一个量的反映,更能直接影响作用到我们的生活中,人民的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
测量温度的关键是温度传感器。
随着科技的发展,技术要求的重视,温度测量的精度也越来越被看重。
所以高精度温度测量系统的研究就非常有意义。
本文主要着重于对水温的测量和控制的研究,在工厂锅炉、农业生产中都可得到广泛的应用。
测量温度的方法很多,按照测量体是否与被测介质接触,可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。
温度测量应用中有多种类型的传感器,其中有热敏电阻、热电偶等。
热敏电阻由于体积小,重复性好,测量方法简单,所以在一般的测量系统中广泛应用,但是热敏电阻作为传感器的测温系统需要A/D转换,信号放大与处理,并且测量精度不高,这也是热敏电阻的缺点、不足。
另一种热电偶传感器,能够检测更宽的温度范围,还具有较高的性价比。
而且热电偶的鲁棒性、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首要考虑。
但是,热电偶传感器也存在一些缺陷,比如线性特性较差,信号电平很低,常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。
随着科学技术的快速发展,特别是现代仪器的发展,微型化、集成化、数字化成为传感器发展的一个重要方向,本文所采用的DALLAS公司生产的一种新型温度传感器DS18B20,其优点急温度测量、A/D转换于一体,测量范围宽-55℃~+125℃,精度高达0.0625℃。
它采用单总线协议,即与微机接口仅需要占用一个I/O端口,不需要任何外部原件,DS18B20能代替模拟温度传感器和信号处理单元,直接测量温度并以数字信号输出(9位数字码串行输出)极大的简化了整体电路,可使整个系统更加小型化、低功耗。
由于DS18B20直接输出数字量,并直接与单片机连接,所以控制简单,它的单总线特性使其便于扩展,可以在一根总线上接挂多个DS18B20来扩展系统,组建测量网络。
综上所述,采用DS18B20与单片机所组成的系统,结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣的测量环境,也适用于日常生活和工农业生产中,有很高的应用前景。
在设计中,对于水温的测量和控制,采用了单总线数字式温度传感器DS18B20,和单片机组成的系统,单片机采用AT89S51。
整个系统只有一根信号线与单片机相连接,温度传感器又可直接输出数字信号,故系统电路简单可靠,功耗小,抗干扰能力强,又由于DS18B20精度高,且单片机AT89S51系统价格低廉,结构可靠,所以此系统在人们日常生活、工业生产和科学研究中可以得到广泛推广和应用。
本设计所介绍的水温测量的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89S51,测温传感器使用DS18B20,用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
本课题主要是通过51系列单片机设计一个最小实验系统,通过实验研究使同学们能将自己所学的理论知识与实践工程设计联系起来掌握protel、keil、proteus 等软件的基本使用方法,学会设计和制作电路板,掌握基本的电路焊接技术,掌握实验板的调试。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法(技术路线)或设计(实验)方案进行说明,论文要写出相应的写作提纲解决的主要问题是温度自动控制问题,使得在一定的区间内,在自动控制系统的控制下,温度始终在人们要求的范围之内。
解决问题的思路与方法有:本设计[1]是基于AT89C52为核心的单片机温度控制系统,温度信号由18B20温度传感器进行采集,然后经过转换成数字信号后传入单片机,由单片机对数字信号进行相应的处理,从而得到温度控制的目的,然后输出在数码管上进行显示。
首先要解决的是对18B20数字温度传感器本身的属性,它的用法,各个性能参数,内部功能有一个很好的掌握,还要对51单片机[2]的用法,外围电路(温度检测电路,温度控制电路,单片机串口通信的电路,复位电路,数码管显示电路[3])的设计接法进行进一步的掌握,最后就是软件编写部分了,软件部分需要解决的问题有18B20初始化模块,18B20对温度的获取并转换模块,温度数据的处理模块,温度数据显示模块,超高(低)温控制模块,串口初始化模块。
温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。
镍铬/镍铝热电偶适用于0℃-1000℃的温度检测范围,相应输出电压为0mV-41.32mV。
变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成:毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV-41.32mV变换成4mA-20mA的电流;电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的4mA-20mA电四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明参考文献[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.北京:电子工业出版社,2009.P342-P354[2]李建忠.单片机原理与应用.西安:西安电子科技大学出版社,2009.P16-P50[3]阎实.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,1983.P178-P182[4]谭浩强.C语言程序设计(第三版).北京:清华大学出版社,2005.P49-P86[5]陈杰,黄鸿.传感器监测与技术.北京:高等教育出版社,2002.P15-P50[6]张红润,张亚凡,邓洪.传感器原理与应用.北京:清华大学出版社,2008.P35-P38[7]童师白,华成英.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社,1980.[8]朱清慧,张凤蕊.proteus教程.北京:清华大学出版社,2008.五、毕业论文(设计)进程安排3月8日——4月16日:查阅资料,完成初步设计方案和开题报告。