【正文】 。在大部分的工業(yè)生產(chǎn)中，水溫的監(jiān)測和控制與安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等生產(chǎn)過程中的重要因素有著密不可 分的關(guān)系。以工業(yè)生產(chǎn)為例，自工業(yè)革命開始，水溫便與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可少的一部分，也成為了工業(yè)發(fā)展的推動力量。我國正處在工業(yè)發(fā)展階段，水溫控制系統(tǒng)對于大部分的工業(yè)生產(chǎn)顯得尤為重要。同時，溫度是影響鍋爐傳熱過程和設(shè)備效率的主要因素。 為了保證生產(chǎn)過程正常安全的進行，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減少勞動力和減少資源浪費，快速準確地得到實時溫度并對它進行適當?shù)目刂疲诖蟛糠值墓I(yè)生產(chǎn)中都是重要的環(huán)節(jié)。應(yīng)以單片機為核心組成一個控制系統(tǒng)，以 滿足需求。 題目要求 1．水溫控制范圍是 2550186。С；實時顯示當前溫度。 6 3. 電路由檢測與溫度變送電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采樣電路、鍵盤、顯示接 口電路、報警顯示電路、譯碼電路等組成。動態(tài)溫度跟蹤主要的研究的是利用相關(guān)技術(shù)讓被控制的物體按照人們預(yù)期并設(shè)定好的一個曲線變化。維持恒定溫度是為了讓被控制的物體的溫度保持在人們需要的數(shù)值上，而且誤差范圍應(yīng)該保持在最小范圍，不能大于預(yù)期值以實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中對溫度的精確要求，使生產(chǎn)效率，質(zhì)量都盡量達到最優(yōu)化。同過對比溫度數(shù)值，如果測量的溫度數(shù)值大于給定的溫度數(shù)值，系統(tǒng)就會讓制冷環(huán)節(jié)工作。這是一種比較簡單的控制辦法，不用太復(fù)雜的電子元件和電路，只要一些簡單的電路就能夠做到控制溫度的效果。 PID 線性溫度控制法 美國科學家在進行一項針對船的導(dǎo)航問題時提出了一個方法，這個方法為以后的控制系統(tǒng)帶來了重大的改變和進步。緊接著，由于 PID 控制器相對于別的控制方法有很多的優(yōu)點而被人們在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中廣泛應(yīng)用。 Nyquist 和 Bode 在穩(wěn)定性理論上取得了的相當大的成果。補償器的設(shè)計主要是采用由以 Nyquist穩(wěn)定準則為基礎(chǔ)發(fā)展出來的圖解法成為了補償設(shè)計器的重要依據(jù)。時域響應(yīng)指標通過 PC 機的協(xié)助也可以輕松的檢測到。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，數(shù)字計算機出現(xiàn)在了人么的眼前，這也同時給控制領(lǐng)域帶來了福音，控制方法的多樣性和易 操作性刀刀了重逢的發(fā)揮，應(yīng)用最廣泛的就是用差分方程來描述控制系統(tǒng)模型的方法。 上世紀 60 年代，能夠有絕對優(yōu)勢的控制器是基于最優(yōu)化技術(shù)的控制器，它能夠解決各種控制問題并優(yōu)點突出。但是實際上卻很難實現(xiàn)這一目標，所以魯棒性問題在上世紀 70 年代得到了人們的重新關(guān)注。 PID控制在現(xiàn)代的工業(yè)過程控制中占據(jù)著主導(dǎo)地位，它的一些特點是綜合性價比較高的，所以在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。 PID 調(diào)節(jié)器較之定制開關(guān)控溫法性能要好的多，它具備了三項別的控制沒有的部分，分別是：誤差的變化、積累等。前面陳述的為模擬 PID 調(diào)節(jié)器，后面講述的為數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。數(shù)字 PID 控制器在實際的應(yīng)用中應(yīng)用的好壞主要取決于一下幾個參數(shù)：積分值、微分值、比例值。 智能溫度控制法 上世紀 70年代，美國的著名教授傅京孫提出了關(guān)于智能控制系統(tǒng)概念，他認為這是一個人們還未開啟的研究領(lǐng)域同時也是人們值得去研究的領(lǐng)域。通過這次會議，決定建立一個 IEEE 智能控制專家委員會，這就意味著智能控制這項學科正式問世，成為了人們深刻討論和研究的問題，為人類以后的科技進步提供了足夠的基礎(chǔ)，也是我們的工業(yè)生產(chǎn)的到大幅的提升。近十幾年來，智能控制技術(shù)通過科技發(fā)展的帶動也也有了突飛猛進的進步，同時針對不同的工業(yè)生產(chǎn)和對象新生了許多的控制技術(shù)。智能控制系統(tǒng)就是要靠各 個電子電路來組成完整的、精密的并模仿人的只能工程，獲取信息，反饋信息，顯示信息，運送信息等人工智能，并且可靠精密運行，保持穩(wěn)定持續(xù)的工作而不出現(xiàn)錯誤。它應(yīng)用范圍已經(jīng)已經(jīng)覆蓋大部分的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，它解決了人力不足和大腦長時間思維導(dǎo)致的錯誤和工作效率和質(zhì)量得不到保障的問題，同時也節(jié)約了大量的人力和經(jīng)濟成本。以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)還有模糊數(shù)學為理論，實現(xiàn)智能化就需要適當?shù)募右詫＜蚁到y(tǒng)來實現(xiàn)。特別是是模糊控溫法在現(xiàn)實中的工程技術(shù)中應(yīng)用的更為廣泛一點。就專業(yè)只是而言，肯定可以全部的消除穩(wěn)態(tài)誤差。不管是以前還是現(xiàn)在，我國的溫度控制儀表的發(fā)展都沒 有辦法和國外的發(fā)展相提并論并且是相差甚遠。硬件的不足具體體現(xiàn)在產(chǎn)品控制范圍內(nèi)控制精度不好，適應(yīng)能力不好，系統(tǒng)不穩(wěn)定，不能夠穩(wěn)定獨立的達到武器目的，故致使應(yīng)用過程中成本浪費，資源浪費，生產(chǎn)效率不高，質(zhì)量不合格等問題。通過嘗試間的研究，人們得出了一個辦法，就是以PID技術(shù)為根據(jù)提前設(shè)定好控制方法然后不停的自動調(diào)整被控量讓它朝著我們預(yù)期和設(shè)置的平衡狀態(tài)發(fā)展，知道它達到我們的要求在控制精度內(nèi)穩(wěn)定動態(tài)平衡。它主要應(yīng)用對象是那些不容易取得精確數(shù)學模型以及數(shù)學模型不確定號還有總是改變的一些對象。針對基于 PID溫度控制系統(tǒng)的研究內(nèi)容，我國內(nèi)蒙古高校的董志學研究了在這種技術(shù)的基礎(chǔ)上對熱分析儀控制策略進行了改善，并且為了大幅度的提高精度，他還加同時給系統(tǒng)加入了模糊控制技術(shù)和 PID 控制技術(shù)，達到了預(yù)期的目的，很好的提高了控制精度。海軍航空工程學院李建海和部分學術(shù)研究者發(fā)明了一種軟件，它 叫做上位機監(jiān)控采用組態(tài)軟件。昆明高校的王清海等學術(shù)研究者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID結(jié)合 LabVIEW人機交互應(yīng)用在鍋爐溫度控制研究中。在國外，例如英國科學家將PID控制器加入到冰箱溫度控制系統(tǒng)中。顯示表明，ONOFF 控制在控制性能性能和精度上都是不及 PID 控制的。 設(shè)計思路 本設(shè)計的目的是設(shè)計出一個廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的的溫控系統(tǒng)，其主要特點有能夠自動檢測水溫并顯示水溫，以單片機為核心去控制水溫達到一個穩(wěn)定的理想值，從水溫檢測、信號處理、輸入、運算 再到輸出控制加熱器進行加熱以實現(xiàn)溫度控制的全過程，系統(tǒng)個部分緊密聯(lián)系協(xié)作組成一個安全、穩(wěn)定的高精度溫度控制系統(tǒng)。 完成本次設(shè)計的前提是要熟悉單片機的使用，并掌握其編程和外圍電路的擴展電路的通信；掌握 A/D 轉(zhuǎn)換器的作用和轉(zhuǎn)換原理，學會應(yīng)用；掌握 LCD 顯示器的原理，學會顯示編程等必要工作。 它的主要特點是能實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯運算，而且運算精度較高，它能將所有器件集成到一塊芯片上以減少體積，也可以通過 EDA 軟件進行仿真、調(diào)試，功能擴展也非常容易，缺點是成本較高。 方案二：采用 PID 控制器，他的主 要組成部分是模擬放大器組成。 主要是我們設(shè)置好 Kp， Ki和 Kd 這 三個參數(shù) 值 。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，有一些參數(shù)是我們在生產(chǎn)過程中必須牢牢嚴格要求的，并且必須和期望值不能差的太多，必須在預(yù)定的范圍之內(nèi)，這些參數(shù)主要體現(xiàn)在：有溫度、 11 壓力、液位等變量的工業(yè)生產(chǎn)中，我們必須做到控制好這些參數(shù)在一定的數(shù)值上，如果是 變量那么也必須有規(guī)律的變化，總而 言之必須滿足工藝的要求。它可以滿足對溫度的控制，但是附加其它較多的外圍電路就不能顯現(xiàn)出優(yōu)勢，且反饋過程中反應(yīng)速度較慢。單片機運算速度高，外圍電路擴展容易，軟件編程簡單容易，功耗低、體積小、成本低等優(yōu)點。 溫度采集模塊 方案一：選擇熱敏電阻來做測量溫度的器件， 熱敏 電阻 器因為它有對溫度敏感、根據(jù)不同的溫度提供不同的阻值等良好特點，在簡單的溫度采集電路中經(jīng)常適用。在簡單的溫控電路中它因為穩(wěn)定性好、承受電信號的能力較強還有以上敘述的特點讓它的應(yīng)用的到了非常廣的領(lǐng)域。他的優(yōu)點有很多，但是缺點同樣存在，就是它只能適應(yīng)比較簡單的電路，如果環(huán)境溫度超過150或者低于 0度時，大部分的熱敏電阻的工作會收到嚴重影響，但是還是有一些特殊高溫熱敏 電阻 適合在溫度偏差較大的地方應(yīng)用，但是，其成本增加。我們大多時候會在測量熱力學還有攝氏溫度，兩點、多點溫差還有器平均值的實際電路中可以看到有 AD590的存在。因為 AD590精度高、價錢低、不需 輔助電源 、線性好，常用于測溫和熱電偶的 冷端補償 。℃。 顯示模塊 12 方案一：選擇用三個 LED 八段數(shù)碼管來作為顯示模塊，讓他們?nèi)齻€數(shù)碼管分別顯示溫度的十位、個位、還有小數(shù)點位。除此之外他還有耐高低溫、耐燃、超強抗沖擊老化等特點；工作環(huán)境： 40 度 +75 度；但其動態(tài)顯示組要驅(qū)動電路支持而且電路較為復(fù)雜。更有多種擴展共能，例如：光標顯示、睡眠模式、增加可讀性。 總體設(shè)計概述 根據(jù) 我們 上 面的 分析， 還有電路的性質(zhì)以及控制目的 ，確定 下面的 方案： 本系統(tǒng)以 89C51 單片機為核心，擴展外圍控制電路，檢測變送電路，按鍵電路，顯示電路，復(fù)位電路，時鐘電路，電源電路，報警電路；本系統(tǒng)的整體運行過程為：通過按鍵電路設(shè)定理想水溫范圍，實時水溫通過檢測變送電路模檢測，并將檢測到的物理量轉(zhuǎn)化成電信號，然后放大電信號并將模 擬量同過 A/D 轉(zhuǎn)換為單片機識別的數(shù)字量發(fā)送給單片機。 選擇 集成的 單片機成為主要的控制器 ， 在系統(tǒng)中溫度靠溫度傳感器獲得并 將其轉(zhuǎn)換為電信號送給 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號為單片機能夠讀懂的數(shù)字信號，然后通過單片機內(nèi)部的程序來將各種信息處理并輸出指令信號通過顯示和控制電路變現(xiàn)出來。 從而實現(xiàn)溫控功能。因此 在很多控制領(lǐng)域中我們用到的最廣泛的芯片就是單片機，單片機雖然體積 小、但是其功能卻十分驚人，其高可靠性、高性能的特點一直是人們熱衷于單片機開發(fā)的主要原因。在系統(tǒng)中應(yīng)用單片機，可以是系統(tǒng)快速的檢測到大量的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過飛速的運算處理和邏輯分析之后，可以做出快速的、實時的動態(tài)響應(yīng)。而本次磁懸浮小球控制系統(tǒng)，其需要處理的數(shù)據(jù)量并不是太大，所以考慮到系統(tǒng)的運算性能和成本問題，本次設(shè)計選用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51型號的單片機。 按鍵模塊 電源模塊 單 片 機 LCD 顯示模塊 復(fù)位電路 時鐘電路 溫 度采集模塊 14 圖 32 51 單片機最小系統(tǒng) 由圖可以看出，此單片機一共有 40 個管腳，其中可以用做輸入輸出的管腳是 P0 口、 P1口、 P2 口、 P3口，除此只外 P0 口還可以用作地址、數(shù)據(jù)總線，而P3口也有自己的第二功能， 用作第二功能的時候，每個管腳都需要單獨定義。 ● X X2 管腳用于接外接晶振，為單片機提供脈沖信號。 ● RESET 管腳外接復(fù)位電路，用于單片機的復(fù)位操作。 ● EA 管腳負責管理單片機的內(nèi)外程序存儲器，當 EA為高電平的時候，單片機可以反問片內(nèi)的 ROM存儲器；反之則訪問片外的。而輸出口則是應(yīng)用的 P2 口，用于輸出產(chǎn)生的 PWM 波。在設(shè)計總控制器的時候我也有考慮過使用其他的控制芯片，甚至也考慮過比51單片機功能更強大的種類。 單片機正因為其多功能的管腳、較小的身軀、強大的功能、出色的運算速度等，確定了其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，生活中我們的各種家電、各種智能設(shè)備，工業(yè)中所應(yīng)用的生產(chǎn)流水線，高端智能儀器等等。 復(fù)位電路 復(fù)位電路是單片機系統(tǒng) 必不可少的重要 組成部分 ， 只有在 復(fù)位 電路的可靠運行下系統(tǒng)才能可靠的運行。我們可以通過很多種方法來實現(xiàn) 復(fù)位電路， 由于