便携式低功耗温度控制系统设计毕业设计

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1、1引言1.1课题研究的目的和意义在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统[1]。例如：航空航天领域、粮食存储、酒类生产、在食品加工、冶金工业、电力工程、造纸行业和机械制造，还有广泛使用的各种锅炉、加热炉、热处理炉和反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。在实际生产应用中，发电厂锅炉的温度必须控制在一定范围之内；许多化学反应工艺过程必须在适当温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同温度和压力条件下分馏才能得到汽油、柴油、煤油的产品；

2、没有合适的温度环境许多电子设备就不能正常工作，粮仓的粮食就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。这些都是以适当的温度检测与控制温度对于提高产品质量，节约能耗，降低成本，都具有重要意义[2]。在实际的生产实验环境下，由于系统内部和外界的热交换通常是难以控制的，再加上其他热源的干扰也是无法精确计算的。因此，温度量的变化往往受到不可预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能满足人们的要求，就需要采取一定的手段来对温度进行准确的控制。在利用电阻炉加热过程中当燃料的热值与压力稳定时，这种控制系统的控制效果还比较好，而对于燃料的热值与压力频繁波动的情况，常规模拟仪表系统就

3、难以达到预期目标，操作者必须经常通过“看火孔”去观察火焰，调节空燃比以改善燃烧效果，或者手动的调节电源的电压大小[3]。这不仅给操作者带来许多不便，而且靠人工随时调节空燃比或者电压大小，很难跟踪热值变化的速度，加之加热炉都需要按照加热工艺曲线进行周期性的加热，而炉子的特性是变化的，要使加热炉实现最有效的节能运行还应该考虑到进料状况（冷锭或热锭）以及轧机故障待轧的运行状态。对这些要求，模拟控制系统是难以实现的。出于上述原因，为提高工业效率，新型温度控制系统应运而生。第42页共36页在实际的生产实验环境下，由于系统内部和外界的热交换通常是难以控制的，再加上其他热源的干扰也是无

4、法精确计算的。因此，温度量的变化往往受到不可预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能满足人们的要求，就需要采取一定的手段来对温度进行准确的控制。在利用电阻炉加热过程中当燃料的热值与压力稳定时，这种控制系统的控制效果还比较好，而对于燃料的热值与压力频繁波动的情况，常规模拟仪表系统就难以达到预期目标，操作者必须经常通过“看火孔”去观察火焰，调节空燃比以改善燃烧效果，或者手动的调节电源的电压大小[3]。这不仅给操作者带来许多不便，而且靠人工随时调节空燃比或者电压大小，很难跟踪热值变化的速度，加之加热炉都需要按照加热工艺曲线进行周期性的加热，而炉子的特性是变化的

5、，要使加热炉实现最有效的节能运行还应该考虑到进料状况（冷锭或热锭）以及轧机故障待轧的运行状态。对这些要求，模拟控制系统是难以实现的。出于上述原因，为提高工业效率，新型温度控制系统应运而生[4]。可见温度的测量和控制是非常重要的。采用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。因此单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本次设计采用AT89C51单片机与各种外围电路构成单片机温度自动检测和控制系统，实现对温度的实时检测和控制。同时设计模/数转换电路，键盘/LED显

6、示电路,报警电路，信号放大电路；在描述了外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括数据处理软件，PID控制算法。1.2温度控制系统的国内外现状近年来，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，如何保证快速实时的随温度进行采样，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。温度测控技术主要包括温度测量技术和温度控制技术两方面。在温度测量技术方面，主要的温度仪表，热电偶、热电阻及辐射温度计等技术已经成熟。目前，在高科技领域，国内外专家都竞相在有针对性的开放各种新型温度传感器和特殊测量环境的测温技术，延生或扩展测温和温标上下限[

7、5,6]第42页共36页。就一般温度控制系统中的测量装置而言，它对被控温度进行测量，并将测量值与给定值比较，若存在偏差便由调节器对偏差信号进行处理，再输送给执行机构来增加或减少供给被控对象的热量，使被控温度调节到整定值。测量装置是温度控制系统的重要部件，包括温度传感器和相应的辅助部分，如放大、变换电路等。通过网上查询、翻阅图书了解到目前国内外市场以单片机为核心的温度控制系统很多，而且方案灵活，且应用面比较广，可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉，在生活当中的应用也比较广泛，如热水器，室温控制，农业中的大棚温度控制等。选出其中