远程温度控制系统设计

一，背景和意义

二，仪器设计任务

三，设计思想和方案论证四，硬件电路设计

五，软件设计

六，总结

1，背景介绍

当今社会，计算机的引入使仪器装置从单纯的接

收显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出；四十年代发

展和逐步成熟起来的经典控制理论在解决较简单的自动控制系统设计方面是很有力的工具。在这个基础上发展起来的模拟式自动控制系统也达到了相当完善的程度。温度控制系统在工业生产和日常生活中已经应用的非常广泛。例如在冶金工业、电力行业、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理器、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。其主要任务是是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。然而在工业控制上多用PLC来实现，随着单片机的出现，由于其集成度高，功能强，可靠性高，灵活性好，价格低廉，等一系列的优点，为工业过程控制提供了一个新的实现途径。可以说智能控制与自动控制的核心就是单片机。

2，设计意义

这个方案最大的优点就是采用51单片机来对温度进行控制

，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大

幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。MCU （微控制器或单片机）、DSP（数字信号处理器）、嵌入式系统等的问世和性能的不断改善，大大加快了仪表微机化和智能化的进程。它们具有体积小、功耗低、价格便宜等优点，另外用它们开发各类智能产品周期短、成本低，在计算机和仪表的一体化设计中有着更大的优势和潜力。

其次就是可以达到远程智能监控的目的。许多领域都需要对温度的监控,如工厂的生产设备、化工领域、农作物的种植和储存、实验室等等. 有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控，我们可以用远程监控,坐在办公室里就可以对现场进行监控,又方便又节省人力。

设计完成任务

本设计采用单片机对加热装置进行升温、降温控制，

它将采集温度、显示和数字控制集成于一体，用软件实现程序

升、降温的PID调节，并且通过通信接口实现单片机与上位机

的远程通讯。

其温度控制为：系统工作时先由使用者设定预期达到的两位温度值（该值为十进制，单位为摄氏度），即一个最高限，一个最低限。温度值输入完毕后，打开电源，单片机自动复位，进行初始化，此时LCD 显示器显示设定温度，然后温度检测电路将测试温度输入单片机，经软件滤波后取其平均值作为实测温度，此后显示器将一直显示实测温度。若实测温度高于温度最高限1℃以上，则关加热器；若实测温度低于设定温度1℃以内，则打开加热器；若实测温度在设定温度之内，则系统进行PID调节，自动打开加热器并以10s 为一个控制周期，其中每个周期有2s加热时间；若实测温度低于设定温度在1℃以上，则系统自动打开加热器并以10s为一个控制周期，其中每个控制周期内加热器全部在工作。

1，设计思想

本设计用温度传感器将被测温度转换为电量，经过放大滤波电路处理后，由模数转换器将模拟量转换为数字量，再与单片机相连，通过可编程键盘显示接口芯片实现温度限值的设定。

系统结构框图如下：

控制过程为：负载温度由热电阻测量，其信号送入放大器，

毫伏信号经放大后由A/D电路转换为相应的数字量，最后

进入主机电路。由主机进行数据处理、判断分析，并对偏差

按PID规律运算后输出数字控制量。与此同时，单片机还检测通讯口是否有通讯信号。假如有通讯信号，就进行中断处理，没就进行控制处理。最终通过SSR对负载温度进行控制。同时系统还可以通过软件分析控制信号，并等待上位机通信信号，根据上位计算机通信信号变化输出状态。本系统是以51 单片机为控制单元,并采用热电阻的桥式电路形式采集现场温度数据而设计的远程温度控制系统. 该系统具有结构新颖、电路简单和控制方便等优点,温度值显示的精度1,并可根据需要设置控制温度的上、下限,系统具有超过设置上、下限温度自动报警等功能. 系统可以被广泛地用于生产中的各领域,特别适合于人体无法接近的高温或危险场所的温度控制。

2，方案论证

目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器，这种传感器至仪表之间一般都要用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处（1KM左右）的温度信号进行控制。现有的解决方案有很多，例如：可以用PLC以及相应的接口器件来实现，但PLC虽然功能强大，但成本相对单片机一般较高，而且单片机编程语言相对灵活的多，有C语言、汇编语言等，对于智能仪表，假如用PLC，就有点大材小用了，并且性价比差。而且在单片机技术和嵌入式技术高速发展的今天，智能仪表的设计有了更为灵活的实施手段，完全可以用单片机以极低的成本来实现远程温度控制。

1，温度测量电路

图中U8构成增益可调的差动运算放大器的理想闭环增益为

U9构成反向比例运算放大器

2，A/D转换电路

本电路采用集成逐次比较型A/D转换器件ADC0804进行温度采集后的模数转换，基本外围电路图如下：

3，继电器控制模块

本设计选用了直流固态继电器SSR，来控制负载上电压的通断。电路图如下:

4，串口通信模块

本设计采用了一种性能优越的RS－485接口芯片完成单片机与PC(上位机)之间的通信。

总程序流程图如图所示：

温度控制子程序流程图如图所示：

本设计装置还存在一些不足之处。

包括硬件电路上实际参数的调整，而且对偏差信号

进行PID控制需要在一定的经验和知识的基础上对PID

参数进行设定。

因为本设计是基于单纯控制上的设计，针

对不同的实际应用项目，为了保证系统稳定和可靠地运行，还需要作出很大的改进！