文献综述 (2)

文献综述

题目智能温度控制系统的设计学生姓名黄建新

专业班级电信08K-1

学号0819********

院（系）华北电力大学科技学院指导教师麻丽娜

完成时间2012年03月22日

智能温度控制系统设计文献综述

1．前言

为了适应现代工业的发展，人们需要对工业生产中有关温度系统进行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚出炉的钢铁进行热处理，塑料的定型及各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行实时监测和精确控制。而有很多领域的温度可能较高或较低，现场也会较复杂，有时人无法靠近或现场无需人力来监控。因此智能电子式温度控制器必将在短期内全面取代机械式温度控制器。并且，智能温度控制器还将在精度、功能、可靠性及安全性等方向迅速发展。所以，设计一个较为通用的温度控制系统具有重要意义。

单片机系统是为实现某一个控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统，单片机应用系统正在逐步取代现有的多片微机应用系统。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。可以采用单片机控制，这些控制技术会大大提高控制精度，不但使控制简捷，降低了产品的成本，还可以和计算机通讯，提高了生产效率。【10】

本文介绍了一个由AT89C51为控制芯片、温度传感器DS18B20等器件构成的一个智能温度控制系统

2．主题

温度控制器发展初期是机械式温度控制器，这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测室内温度，使用波段开关直接调整风速。双金属片温度控制器现基本已淘汰，只使用在一些要求不高较低档场合；充气膜盒温度控制器当前较流行，但总体来讲机械式温度控制器

缺点十分明显：1.机械式温度控制器外观陈旧呆板；2.机械式温度控制器控温精度差；3.容易打火（直接切换强电）；4.极易在一个极小温差范围内频繁开关水阀（风阀）；5.功能比较单一。鉴于这些，智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转的潮流。

（1）一种基于单片机控制的智能式温度控制仪器.该仪器集成了信号的变换、处理、控制功能,使用了∑-△原理的高精度A/D转换及标准0～10mA电流型输出D/A转换,辅助以键盘和数码管的人机界面,可以应用在需要精密温度控制的各种领域.该仪器输入标准铂电阻温度传感器RTD(Resistance Temperature Detector)信号,采用比例积分微分PID(Proprotional Integral Differential)控制算法,输出0～10mA电流控制功率加热元件.兼顾整机的精度和价格等因素,采用了80C51单片机系统结合专用集成电路进行设计.CPU系统采用GAL 进行译码,。【1】

（2）结合加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉等以温度控制为主的工业控制系统对产品工艺、温度的精度要求，再考虑不同的加热系统温控方法，考虑各种热炉温控方法的优缺点，选择最佳的方案，而单片机作为工业温度控制系统的温控核心在工业生产中较为合适。用单片机对热炉温度进行控制，不仅精度高，反映速度快，对环境要求不高，价格便宜并且易于实现等优点，能够大规模的运用和生产，能很好的完成对温度的监测和控制。【2】

在工业生产温控系统中采用的测温元件和测量方法不相同，产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同，因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。通常由位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统，其主回路由接触器控制时因为不能快速反

应，所以控温精度都比较低，大多在几度甚至十几度以上。随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几种解决的方案。

（1）主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温精度大大提高，常在±2℃以内，优势是采用模糊控制与PID控制相结合，对控制范围宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性。【4】（2）采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D转换采集温度的思路。用单片机对数字进行处理和控制,通过RS-232串口传到PC机对温度进行监视与报警,设置温度的上限和下限。其优势是结构简单，编程不需要用专用的编程器,只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易。

（3）ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控制。利用ARM处理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统μCLinux获得极好的实时性，并且通过TCP/IP协议能与PC机很快的通讯。其优势不只是温度控制精度高，而且能够通过现场跟远程两种方式来设定控制温度。【5】

传统的温控系统温度控制方式已不能满足高精度，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，由于它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。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，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少，

因此不适合用此种方法作加热炉的温控系统。【6】

结合加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉等以温度控制为主的工业控制系统对产品工艺、温度的精度要求，再考虑不同的加热系统温控方法，考虑各种热炉温控方法的优缺点，选择最佳的方案，而单片机作为工业温度控制系统的温控核心在工业生产中较为合适。【8】用单片机对热炉温度进行控制，不仅精度高，反映速度快，对环境要求不高，价格便宜并且易于实现等优点，能够大规模的运用和生产，能很好的完成对温度的监测和控制。

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。主要运用单片机技术，微机接口技术，传感器与信号处理技术，数字式温度传感器的结构、性能及系统资源,分析了计算机与单片机控制模块的通信方方式,建立了控制系统多点通讯协议.在以单片机AT89C2051为核心单元的基础上,搭建了温度控制系统.【7】在软件设计方面，对主程序，中断服务程序，采样子程序，数字滤波程序进行编写。