温度监测与控制系统
摘要：本设计中，以高精度温度传感器LM35为中心元件，将温度的变化信号转化为电压信号，通过UA741放大电压后，通过AD0808转化为数字信号。人为设置方面，采用两片74HC161串行构成100进制的计数器，设定的温度可以通过数码管显示出来。之后将设定的温度与AD0808采集后的温度信号进行比较，比较的结果影响温控部分的运行。若采集的温度信号小于设定值，则功率灯丝工作给予加热；若采集的温度信号大于设定值，则风扇工作给予降温。此外，超温报警模块主要是由555定时器构成的多谐振荡器。
关键词：温度传感器，温度控制，超温报警，555定时器
Abstract：In this design, with high precision temperature sensor LM35as the center element,the temperature signal into voltage signal, amplifies the voltage by UA741, through the AD0808is converted into a digital signal. The artificially, using two pieces of 74HC161serial constitutes 100of the counter, the set temperature through the digital tube display. After the set temperature and AD0808acquisition after the temperature signal is compared, compare the results of the operation effect of the temperature control part. If the acquisition of the temperature signal is less than a set value, then the power for heating filament; if the collected temperature signal is greater than the set value, the fan for cooling. In addition, over-temperature alarm module is mainly composed of555multivibrator.
Key words：Temperature sensor, temperature control, Temperature alarm, 555 Timer
目录
1.前言 (1)
2.总体方案设计 (2)
2.1方案比较 (2)
2.2方案论证 (3)
2.3方案选择 (4)
3.单元模块设计 (4)
3.1各单元模块功能介绍及电路设计 (5)
3.1.1温度传感模块 (5)
3.1.2 AD采集模块 (6)
3.1.3 温度设定及显示模块 (6)
3.1.4 数值比较模块 (7)
3.1.5 555定时器多谐振荡器 (8)
3.1.6 超温报警模块 (9)
3.1.7 温度控制模块 (9)
3.1.8 电源模块 (10)
3.2 电路参数的计算及元器件的选择 (11)
3.2.1 NE555时基电路参数 (11)
3.2.2 温度控制模块参数 (12)
3.3 特殊（重要）器件的介绍 (12)
3.3.1 LM35温度传感器介绍 (12)
3.3.2 UA741运放介绍 (17)
3.3.3 NE555时钟芯片 (18)
4 相关设计软件 (19)
5.系统仿真 (19)
5.1 Proteus简介 (19)
5.2 仿真电路总图 (21)
5.3 功能仿真 (21)
6.设计总结、体会及改进 (23)
参考文献 (24)
附录1 仿真总图 (25)
附录2 原理图 (26)
1.前言
温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。自18世纪工业革命以来，工业过程离不开温度控制。温度控制广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等。温度控制的精度以及不同控制对象的控制方法选择都起着至关重要的作用，温度是锅炉生产质量的重要指标之一，也是保证锅炉设备安全的重要参数。同时，温度是影响锅炉传热过程和设备效率的主要因素。基于此，运用反馈控制理论对锅炉进行温度控制，满足了工业生产的需求，提高了生产力。
对温度的测量与控制在现代工业中也是运用的越来越广泛。而传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。
温度传感器是其中重要的一类传器。其发展速度之快，以及其应用之广。并且还有很大潜力为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求其波动幅度（即稳态误差）不能超过某一给定值。此次设计主要采用的是后者。
2.总体方案设计
2.1方案比较
对同一种效果的实现，可以采用不同的方案，下面就着重以下三种方案对同一目的的实现方法，然后比较这几种方案的优劣。
2.1.1方案一
图1 方案一系统框图
方案一工作原理简述：系统方框图如图1所示，该方案采用PT100温度传感器经过运放放大后经过AD 将数据采集到89C51单片机内，利用单片机的程序能简单实现复杂逻辑电路功能的特性，在软件中实现温度比较、范围设定和超温报警等功能后直接输出给各个执行电路执行，从而实现题目要求。此方案的特点就是通过编程可以比较容易的实现复杂的功能，并且拓展性比较强。
2.1.2方案二
图2 方案二系统框图
方案二工作原理简述：系统方框图如图2所示，该方案采用PT100温度传感器测量温度，转换成电压信号后经过滤波消除干扰信号，经过放大电路，一路输入给A/D转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。
2.1.3方案三
图3 方案三系统框图
方案三工作原理简述：系统方框图如图3所示，该方案采用了高精度温度传感器LM35测量温度放大后经过AD采集转换成数字信号，通过数字比较器比较与人工设定的温度进行比较，比较的结果作用于温控系统从而实现温度测量与控制的目的。本方案的特点就是可以显示人工设定的温度，所采用的温度传感器LM35精度很高，线性度非常理想，无论是实际运用和仿真应用起来都比较容易。
2.2方案论证
设计方案一由于采用了单片机，虽然实现各个功能比较容易，但不符合本设计的要求，故将其放弃。
设计方案二中的主要处理部件均采用数字式的元器件，从而使信号的模式与之匹配，设计采用PT100温度传感器来采集环境温度，由于器件线性度不高，控制起来较难。电路中采用了滑变分压器来设定温度范围，设计复杂且精度较差，不直观且不人性化，所以放弃此方案。
设计方案三中采用了高精度摄氏度传感器LM35来采集温度，该器件线性度非常理想，
无论是实际运用和仿真应用起来都比较容易，同时人工设定温度这一环节相比方案二更加精确和先进，不仅实现容易而且还操作方便，也有数码管显示功能。
2.3方案选择
在经过上面三个方案的分析论证，第三个方案的可行性高，效果好，所以我们决定选择第三个方案作为最后的设计方案。在开始动手设计前，我们先确定好总体方案，再将各个模块在PROTEUS上进行仿真，验证其是否能正常实现所需功能，最后再将各个模块联调整合，画出原理图，整个设计流程如图4所示：
3.单元模块设计
本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及对核心器件
进行必要说明。
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1温度传感模块
LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA ），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。
LM35集成温度传感器是利用一个热电偶检测相应的温度，热电偶是将两种不同材料的导体或半导体A 和B 焊接起来，构成一个闭合回路，如下图5所示。当导体A 和B 的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应工作的。
图5 热电效应原理图
LM35温度传感器其输出电压与摄氏温标呈线性关系，0℃时输出为0V ，每升高1℃，输出电压增加10mV 。转换公式如下：
_3510()out LM mV
V T T C C =?
如图6所示，将LM35采集到的信号经过同相比例放大两倍后输出给AD ，为了配合AD 的使用，增益[1]选择为6.1，公式为：
125111 6.110uf R K A R K
=+=+=
图6 温度传感模块
选择适当的电阻值可以有不同的放大倍数，着有效的增加了此模块移植性[3]。将图6在PROTEUS中进行仿真后，可以看出结果十分精确，每上升一度就增加输出61mV。
3.1.2 AD采集模块
AD芯片我们采用AD0808，其工作的主要思想是运用硬件来模拟ADC0808的时序[2]，首先我们将ADC0808的通道选择地址全部接地，即选通IN0通道，再将地址锁存端ALE接地使地址被锁入，基准电压端VREF+、VREF-分别接+12V和接地。信号从IN0输入，输入脉冲由555构成的多谐振荡器提供500KHZ的脉冲信号。开始信号由多谐振荡器产生的50HZ 的脉冲信号同输出允许端EOC相与后送入START端提供开始脉冲。
3.1.3 温度设定及显示模块
此模块主要由74HC161和74HC4511构成，其中两片74HC161构成一个100进制的加法器，用户通过按键实现步进1和清零的功能，同时通过74HC4511将161输出的二进制信号转换成BCD码送给两个数码管，将当前设定温度实时显示出来。
图7 温度设定及显示电路
将上图在PROTEUS中进行仿真后结果和设计的一样。
3.1.4 数值比较模块
如图8所示，该8位二进制比较模块由两块4位数值比较器74HC85组成，将比较由AD采集来的当前温度的8位二进制数值和用户设定的温度值进行比较，将输出大于或小于两种不同的结果，其结果将分别控制后边的温控系统，从而控制环境温度。
图8 数值比较电路
3.1.5 555定时器多谐振荡器
该模块的作用是给AD芯片提供有效时钟信号，多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图9所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，电容两端电压uc总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。所示为工作波形。
图9 555定时器多谐振荡器电路
图10 555定时器多谐振荡器电路工作波形
3.1.6 超温报警模块
该模块由555定时器构成的施密特触发器组成，配合放大后转换成电压值的温度信号的输入，当电压值高于设定的门阀电压时，555芯片的3脚输出低电平，由于喇叭一端固定接电源（高电平），所以喇叭发声报警，从而实现超温报警的功能。
图11 超温报警电路
3.1.7 温度控制模块
如图12所示，该模块由三极管构成的开关电路控制继电器，从而控制风扇或灯丝的开关，该模块的思想是：数值比较器将当前温度与用户设定温度的大小比较结果输出给温度控制模块，若当前温度比用户设定温度高，FEN升为高电平，驱动Q3导通，产生的电流将驱动继电器从而使风扇开启，降低环境温度，若当前温度比用户设定温度低，也是一样的原理，改变环境温度直至与用户设定的温度一致为止。
图12 温度控制电路
3.1.8 电源模块
整个电路大部分是数字芯片，需要5V或者正负12V的供电。电源部分可以220V的市电输入，经过变压器、桥式整流、滤波、稳压和滤波几个过程。考虑到输入是220V的正负交流电，先经过变压器将220V的电压降压，再经过桥式整流在送入滤波电路。选用常用的7805、7812、7912三端稳压器作为稳压芯片，经过稳压芯片输出纹波较小的5V和正负12V电压，为消除纹波，再经过一次滤波输入系统电路。
图13 5V电源模块
图14 正负12V电源模块
3.2 电路参数的计算及元器件的选择
在设计好各个模块和总的原理图后，需要根据设计需要选择某些器件的参数，并且选择合适的元器件也尤为重要。下面我们着重介绍555定时器的参数计算和部分数字芯片的使用。
3.2.1 NE555时基电路参数
根据555的内部结构，以及构成多谐振荡器的原理，固定电容的值为C。由公式t
1
=0.7*
（R
1+R
2
）C和t2=0.7*R
2C
，可计算出电阻R
1
和R
2
的理论值，通过电位器调整可使波形尽量
准确。
3.2.2 温度控制模块参数
我们选择的继电器型号是松乐的SRD-05VDC-SL-C,其V AC为250V，可以胜任控制市电的工作，三极管选择的是8050，其基极通过一个10K的电阻接到数值比较器的输出上，当8050导通时，集电极的电流大概为30mV左右，可以驱动继电器进行工作。保护二极管选择的是HER207，其反向击穿电压参数高达800V，可以很好起到续流保护作用[3]。
3.3 特殊（重要）器件的介绍
3.3.1 LM35温度传感器介绍
图15 LM35 TO-92封装
LM35 是由National Semiconductor 所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温度呈线性关系，0℃时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。在常温下，LM35 不需要额外的校准，处理即可达到 ±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其引脚如图15所示。单电源接法的静止电流-温度关系如图16所示，在静止温度中自热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V 的供电电压范围内正常工作非常省电。
如图16，LM35有两种工作方式，其他各参数如下：
供电电压35V到-0.2V
输出电压6V至-1.0V
输出电流10mA
指定工作温度范围
LM35A -55℃to +150℃
LM35C, LM35CA -40℃to +110℃
LM35D 0℃to +100℃
图16 单、双电源工作方式
图17 单电源模式电流-温度关系图
为了保证温度传感器热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠；
④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
3.1.5 ADC0808介绍
ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换[4]，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
1) 主要技术指标和特性
（1）分辨率： 8位。
（2）总的不可调误差： ADC0808为±0.5LSB,ADC 0809为±1LSB。
（3）转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。
（4）单一电源： +5V。
（5）模拟输入电压范围：单极性0～5V；双极性±5V,±10V(需外加一定电路)。
（6）具有可控三态输出缓存器。
（7）启动转换控制为脉冲式，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使AD转换开始。
（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。
2) 内部结构和外部引脚
ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图18和图19所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：
图18 ADC0808/0809内部结构框图
（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。
（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。
（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表1所示。
（4）VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。
图19 ADC0808/0809外部引脚图
表1 地址信号与选中通道的关系
（5）ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。
（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。
（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START 端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。
（8）OE——输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。
3) 工作时序与使用说明
ADC 0808/0809的工作时序如图20所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期内(不定)，EOC 信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。
图20 ADC 0808/0809工作时序
模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换过程中进行)，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成(因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。
如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2μs+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。
3.3.2 UA741运放介绍
UA741是高增益运算放大器，常用于军事，工业和商业应用。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。它是通用高增益运算放大器,早些年最常用的运放之一。采用双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V，允许功耗500mW。该芯片采用双电源供电,也可作单电源接法.普通电路互换范围很宽。UA741这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。通用高增益运算放大器,早些年最常用的运放之一.
双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压±22V，差分电压±30V，输入电压±18V，允许功耗500mW。该芯片采用双电源供电，也可作单电源接法。普通电路互换范围很宽。
图21 UA741 管脚图
UA741芯片引脚功能说明：
1和5为偏置平衡(调零端)，3为反向输入端，2为正向输入端，4接地，8空脚6为输出，7接电源端。
3.3.3 NE555时钟芯片
如图22所示，555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。
图22 555引脚图
它的各个引脚功能如下：
1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS 型时基电路VCC的范围为3～18V。一般用5V。
3脚：OUT（或V o）输出端。
2脚：TR低触发端。6脚：TH高触发端。
4脚：R是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。
第一讲 1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成； 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成； 三个步骤原理： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输 入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制 规律，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完 成控制任务。 2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？ 实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。 3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。 计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。 数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号； 数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号； 模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号； 模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。 克服干扰的措施主要有：硬件措施、软件措施和软硬结合的措施。 其中硬件抗干扰措施包含：①过程通道抗干扰技术；②CPU抗干扰技术；③系统供电与接地技术。针对不同的干扰采用不用的抗干扰技术： ①过程通道抗干扰技术：针对串模干扰，采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制；针对共模干扰，采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式；针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输； ②CPU抗干扰技术：使用Watchdog(俗称看门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等；
毕业论文(论文) 题目名称：单片机温度控制系统PID设计 题目类别：毕业设计 系（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 辅导教师： 时间：至 目录 任务书............................................................ I
毕业设计(论文)开题报告........................................... IV 毕业设计(论文)指导教师审查意见.................... 错误！未定义书签。教师评语.......................................... 错误！未定义书签。摘要............................................................. V Abstract ......................................................... VI 前言........................................................... VII 1 绪论 (1) 1.1选题背景 (1) 1.2 PID算法在控制领域中的应用 (2) 1.3 课题研究的目的及意义 (3) 2 总体方案论证与设计 (4) 2.1方案设计的要求与指标 (4) 2.2方案的可行性分析与方案选择 (4) 2.2.1方案可行性分析 (4) 2.2.2 方案的选择与确定 (6) 2.2.3系统结构框图 (6) 3 温度控制系统硬件设计和软件设计 (8) 3.1 系统硬件设计 (8) 3.1.1系统硬件组成 (8) 3.1.1.1AT89C51单片机的介绍 (8) 3.1.1.2测量温度元件的选择 (9) 3.1.1.3模数转换器ADC0809的介绍 (10) 3.1.1.4键盘和LED显示电路设计 (10) 3.1.1.5温度控制电路设计 (11) 3.2 系统软件设计 (11) 3.2.1主程序流程图及主程序 (11) 3.2.2 T0中断子程序 (15) 3.2.3 A/D转换子程序 (16) 3.2.4 数字滤波子程序 (18) 3.2.5温度标度变换子程序 (19) 3.2.6键盘显示子程序 (19) 3.2.7 PID算法介绍 (21) 4 系统仿真与调试分析 (21) 4.1系统仿真 (21) 4.2系统调试 (21) 5 结束语 (23) 参考文献 (23)
E5AZ-R3-38数字式温度控制器调整说明 一、接线方式： 接线柱1、2――－AC220V电源 接线柱4、6―――低温输出101、103 接线柱7、8―――高温输出101、102 接线柱9、10、11―――PT100温度传感线A\B\B 二、界面图形 三、设定方法： 1.温度设置（此部分用于常规调整） 1)在运行菜单下，设置高温值为26.0。 2)按一次菜单键，再按一次模式键，设置高温回差1.5。 3)按一次菜单键返回运行菜单。 4)按两次模式键，设置低温值为25.5。 5)按一次模式键，返回运行菜单。 2.系统设置（以下调整为系统模式设置，请不要改动） 1)菜单键＋模式键同时按下3秒以上，进入保护菜单，按模式键切换 选项，依次按如下设置： 2)同时按菜单＋模式1秒以上，返回运行菜单。
3.第二步：模式设置 1)按菜单3秒以上，进入初始菜单，按模式键切换选项，依次按如下 设置： ?设置温度传感器类型为1。 ?设置温度单位为℃。 ?设置最高温度限制值： ?设置最低温度限制值： ?设置ON/OFF方式为ONOF。 ?设置控制方式为标准方式。 ?设置动作方向为正方向。 ?设置报警1种类为0。 ?设置报警2种类为8。 ?设置报警3种类为0。 ?设置密码为-169，等待3秒，自动进入高级模式： ?设置 ?设置低温回差为1.5。
设置 2)按菜单键3秒以上，返回运行菜单。 4.第三步：状态设置 1)按一次模式键，进入状态设置，按上调或下调键设置为RUN。则温 控器开始工作。 2)如设置为STOP，则温控器STOP灯亮，停止工作。 TMC229-HT-DAA038数字式温度控制器调整说明 一、接线方式： 与E5AX相同，内芯可互换。 二、界面图形 三、设定方法： 1.温度设置（此部分用于常规调整） 1)在运行菜单下，设置低温值SV为24.0 2)按2次SET键，设置高温值SV2为26.0（一般要求SV2=SV1+2） 2.系统设置（以下调整为系统模式设置，请不要改动） 1)解锁：同时按SET和︽5秒，出现画面LOC-3，将3改为0后，先 按下SET不松开，再按︽后立即全部松开，解锁完毕。 2)调整：同时按下SET和︾键5秒，出现设置界面，按SET切换设置
在定值控制问题中,如果控制精度要求不高,一般采用双位调节法,不用PID。但如果要求控制精度高,而且要求波动小,响应快,那就要用PID调节或更新的智能调节。调节器就是根据设定值与实际检测到的输出值之间的误差来校正直接控制量的,温度控制中的直接控制量就是加热或制冷的功率。PID调节中,用比例环节(P)来决定基本的调节响应力度,用微分环节(D)来加速对快速变动的响应,用积分环节(I)来消除残留误差。PID调节按基本理论就是属于线性调节。但由于直接控制量的幅度总就是受到限定,所以在实际工作过程中三个调节环节都有可能使控制量进入受限状态。这时系统就是非线性工作。手动对PID进行整定时,总就是先调节比例环节,然后一般就是调节积分环节,最后调节微分环节。温度控制中控制功率与温度之间具有积分关系,为多容系统,积分环节应用不当会造成系统不稳定。许多文献对PID整定都给出推荐参数。 PID就是依据瞬时误差(设定值与实际值的差值)随时间的变化量来对加热器的控制进行相应修正的一种方法!!!如果不修正,温度由于热惯性会有很大的波动、大家讲的都不错、比例:实际温度与设定温度差得越大,输出控制参数越大。例如:设定温控于60度,在实际温度为50与55度时,加热的功率就不一样。而20度与40度时,一般都就是全功率加热、就是一样的、积分:如果长时间达不到设定值,积分器起作用,进行修正积分的特点就是随时间延长而增大、在可预见的时间里,温度按趋势将达到设定值时,积分将起作用防止过冲! 微分:用来修正很小的振荡、方法就是按比例、微分、积分的顺序调、一次调一个值、调到振荡范围最小为止、再调下一个量、调完后再重复精调一次、要求不就是很严格、 先复习一下P、I、D的作用,P就就是比例控制,就是一种放大(或缩小)的作用,它的控制优点就就是:误差一旦产生,控制器立即就有控制作用,使被控量朝着减小误差方向变化,控制作用的强弱取决于比例系数Kp。举个例子:如果您煮的牛奶迅速沸腾了(您的火开的太大了),您就会立马把火关小,关小多少就取决于经验了(这就就是人脑的优越性了),这个过程就就是一个比例控制。缺点就是对于具有自平衡性的被控对象存在静态误差,加大Kp可以减小静差,但Kp过大时,会导致控制系统的动态性能变坏,甚至出现不稳定。所谓自平衡性就是指系统阶跃响应的终值为一有限值,举个例子:您用10％的功率去加热一块铁,铁最终保持在50度左右,这就就是一个自平衡对象,那静差就是怎样出现的呢？比例控制就是通过比例系数与误差的乘积来对系统进行闭环控制的,当控制的结果越接近目标的时候,误差也就越小,同时比例系数与误差的乘积(控制作用)也在减小,当误差等于0时控制作用也为0,这就就是我们最终希望的控制效果(误差＝0),但就是对于一个自平衡对象来说这一时刻就是不会持续的。就像此时您把功率降为0,铁就是不会维持50度的(不考虑理想状态下),铁的温度开始下降了,误差又出现了(本人文采不就是很好,废这么多话相信大家应该明白了！)。也就就是比例控制最终会维持一个输出值来使系统处于一个固定状态,既然又输出,误差也就不等于0了,这个误差就就是静差。
《计算机控制系统A》课程设计 任务书 一、目的与要求 1、通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握； 2、结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力； 3、培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力； 4、要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要 求，进行方案的总体设计和分析评估； 5、报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。 二、主要内容 1、数字控制算法分析设计； 2、现代控制理论算法分析设计； 3、模糊控制理论算法分析设计； 4、过程数字控制系统方案分析设计； 5、微机硬件应用接口电路设计； 6、微机应用装置硬件电路、软件方案设计； 7、数字控制系统I/O通道方案设计与实现； 8、PLC应用控制方案分析与设计； 9、数据通信接口电路硬件方案设计与性能分析； 10、现场总线控制技术应用方案设计； 11、数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法； 12、基于嵌入式处理器技术的应用方案设计； 13、计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计； 14、计算机控制系统差错控制技术分析设计； 15、计算机控制系统容错技术分析设计； 16、工程过程建模方法分析； 三、进度计划 序号设计内容完成时间备注 1 选择课程设计题目，查阅相关文献资料7月13日 2 文献资料的学习，根据所选题目进行方案设计7月14日
3 讨论设计内容，修改设计方案7月15日 4 撰写课程设计报告7月16日 5 课程设计答辩7月17日 四、设计成果要求 1、针对所选题目的国内外应用发展概述； 2、课程设计正文内容包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等； 3、课程设计总结或结论以及参考文献； 4、要求设计报告规范完整。 五、考核方式 通过系统设计方案、总结报告、图文质量和学习与设计态度综合考评，并结合学生的动手能力，独立分析解决问题的能力和创新精神等。 《计算机控制系统课程设计》成绩评定依据如下： 1、撰写的课程设计报告； 2、独立工作能力及设计过程的表现； 3、答辩时回答问题的情况。 优秀：设计认真，设计思路新颖，设计正确，功能完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 良好：设计认真，设计正确，功能较完善，且有一定的独到之处，打印文档规范； 及格：设计基本认真，设计有个别不完善，但完成基本内容要求，打印文档较规范； 不及格：设计不认真，未能完成设计任务，打印文档较乱或出现抄袭现象者。 说明： 同学选择题目要尽量分散，并且多位同学选同一个题目时，要求各自独立设计，避免相互参考太多，甚至抄袭等现象。 学生姓名：苏印广 指导教师：李士哲 2015年7月17日
超高精度智能温度控制仪表 特点：本温度控制仪表为高精测量仪表，可以分度0.1反映实际温度，同时可以串联多个热电偶以获得单位容积内较为平均的温度反映值。实现了快速，稳定，高精度的温度测控，是您自动化控制的得力助手。 参数及调试步骤（暂停状态中） 按住SET键约3秒钟，进入调试状态。数码管显示参数代码0500，. (按UP/DOWN键到所需调试的参数代码)，按SET进入参数内容(按UP/DOWN键到所需的参数内容)，按SET键保存，参数代码自动+1，退
参数详解（以出厂值为例） 0500：当前温度值将0501设为0可显示 0501：可设定范围0-22，可显示对应参数内容 0502：设定1号输出温度上限值 0503、0504、0505：设定1号时间上限 0506：设定1号输出偏差，如：SE02设定为2000，SE06设定为100，SE03设定为0，SE04设定为20，SE05设定为0，那么当温度到达或大于2000+100=210.0度时1号输出，当温度低于于2000-100=190.0度时1号停止输出，当系统时间大于20分钟时1号一直输出。 0507、0508、0509、0510、0511：功能等同于03-06 0512、0513、0514、0515、0516：功能等同于03-06 0517：温度修正值，如：当前温度显示为-2.7，实际温度为21度，那么两者之间相差23.7度，0517应该设置为237。 0518：这是本温度控制仪表的特殊地方，可以串联多个热电偶放置在不同位置以获得单位容积内平均温度，热电偶串联方式+——+——。 本温度控制仪表设置了TTL通讯，通讯方式为2400,8bit,无校验，无停止位， 发送方式为（01 06然后将参数0-19顺序发出）为满足不同客户的特定需求，我们可以为客户特定开发专用功能 2
ＰＩＤ温度控制系统的设计 介紹以单片机为核心的PID控制温度控制系统,并给出了系统的硬件与软件设计方案。实验结果显示该系统的先进性。 标签：温控系统单片机PID控制 0 引言 控制仪表性能指标对温度控制有很大的影响,因此,常采用高性能调节仪表组成温控系统对被控对象(温度)进行严格控制。本文介绍以单片机AT89C51为核心器件构成的温度控制系统,它具有测量、控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点,可制成单机,广泛应用于冶金、化工、食品加工等行业对温度进行精确控制。 1 温控系统结构与工作原理 温控系统的结构如图1所示。热电偶测量出电炉的实际温度(mv信号),经放大、线性化、A/D转换处理后送入单片机接口。由键盘敲入设定温度值,此值与经A/D转换过的炉温信号存在一差值(假如两者温度不一致),由单片机PID调节电路进行比例、微分及变速积分算法对温控箱进行恒温控制。该系统采用传统的AT89C52单片机,其硬、软件完全符合系统的要求,为满足测控精确度的要求,A/D 电路选用12位转换器,分辨率为2-12。本系统采用三相数字过零触发器对六只晶闸管(Y/△接法均可)进行输出功率控制,即在电源电压过零时触发晶闸管,利用PID信号产生的控制信号使电流每周期按规定的导通波头数导通负载,达到控制输出功率,也就是控制炉温的目的。采用过零触发可减少电网谐波的产生,触发器与单片机光电隔离,可减少电网对微机的干扰,调功方式下电加温炉的平均功率为:P=3nU2/NR(1) 式中:P为输入电炉的功率;R为电炉的等效电阻;U为电网相电压;n为允许导通的波头数;N为设定的波头数。 注:公式(1)为负载Y接法适用 2 系统控制软件设计 2.1 PID参数的优化系统采用遗传算法(Genetic Algorithm,简称GA)离线优化PID参数[1]。20世纪70年代由美国J.Holland教授提出的遗传算法(GA)[2]是一种模拟生物进化过程的随机化搜索方法。它采用多路径搜索,对变量进行编码处理,用对码串的遗传操作代替对变量的直接操作,从而可以更好的处理离散变量。GA用目标函数本身建立寻优方向,无需求导求逆等复导数数学运算,且可以方便的引入各种约束条件,更有利于得到最优解,适合于处理混合非线性规划和多目标优化。系统采用二进制编码选择来操作,我们称为染色体串(0或1),每个串表
成绩 《计算机控制技术》 课程设计 题目：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 班级：自动化09-1 姓名： 学号： 2013 年 1 月 1 日
基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计 摘要：电加热炉控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。本设计采用PID算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 电加热炉加热温度的改变是由上、下两组炉丝的供电功率来调节的，它们分别由两套晶闸管调功器供电。调功器的输出功率由改变过零触发器的给定电压来调节，本设计以AT89C51单片机为控制核心，输入通道使用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝。本系统PID算法，将温度控制在50～350℃范围内，并能够实时显示当前温度值。 关键词：电加热炉；PID ；功率；温度控制； 1.课程设计方案 1.1 系统组成中体结构 电加热炉温度控制系统原理图如下，主要由温度检测电路、A/D转换电路、驱动执行电路、显示电路及按键电路等组成。 系统采用可控硅交流调压器，输出不同的电压控制电阻炉温度的大小，温度通过热电偶检测，再经过变送器变成0 - 5 V 的电压信号送入A/D 转换器使之变成数字量，此数字量通过接口送到微机，这是模拟量输入通道。 2.控制系统的建模和数字控制器设计 2.1 数字PID控制算法 在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
温湿度控制器试验方案 1 外购件介绍 1.1 百科介绍 温湿度控制器是以单片机为控制核心，采用高性能温湿度传感器，采集被测环境的实际温、湿度数据值，可对温度、湿度信号进行测量控制，并可以实现液晶数字显示，还可通过按键或者旋钮对温、湿度分别进行上、下限设置和显示，从而使仪表可以根据现场情况，自动启动风扇或加热器，对被测环境的实际温、湿度自动调节的设备。
1.2 使用场合 对于一些现场自然环境比较恶劣的地区，特别是容易出现高温高湿、或者低温的地区，会配有温湿度控制器来调节装置的运行环境。 1.3 工作模式/原理 根据现场环境需要，温湿度控制器工作模式一般可分为1加热加湿型，2加热除湿型;3降温加湿型;4降温除湿型。我们主要使用的是2加热除湿型;4降温除湿型。 2 外购件通用调试流程 2.1 根据图纸核对温湿度控制器型号。 2.2 给温湿度控制器上电。 根据图纸原理图指示，从端子排接入正确的电源输入，一般为AC220V，也有DC低压电源，需要注意。 2.3 调试方法 根据调试方法的差别，可以将温湿度控制器分为三类：1不带液晶的温度控制器、 2带有液晶但不需要设置工作模式的、3带有液晶且且需要设置工作模式的。 2.31 不带液晶的温度控制器调试方法 此类温度控制器仅可以用于升温模式，温度传感器与控制器为一体的，例如德国Pfannenberg-FLZ520温湿度控制装置，多用于配网柜中，且图纸会要求出厂定值设置为5度。 1. 使用螺丝刀旋转调节设置温度值，调节至室温以上； 2. 用测温枪照射加热器或用手背轻触加热器，温度升高； 3. 测试完后，将温度按照图纸要求设置回定值（一般为5度）。
SFC-QA-001-08 外协外购件进料检验规范 版 本 号： 第二版 修 订 人： 作业文件 可调温控器检验规范 修订日期： 第1页共2页 批准 审核 制订 日期 日期 日期 1．目的：规范本公司外购外协零部件的检验，使其满足要求。 2．范围：适用于本公司所有可调温控器的检验。 3．检验依据：GB/T 2828.1-2003 ， GB4706.1-2005 ，JB/T3751-1997 4．职责：品保部检验和试验人员负责按标准执行检验和试验。 5．检验项目 检验 项目 缺陷 类别 检验要求和方法 使用仪表 备注 外 观 MI 金属表面保护层不得有起层，脱落，锈蚀等，绝缘层不得有肉眼可见的裂纹。 目 视 标 志 MA 要有生产厂名或商标、型号、额定电压、额定电流及 最高使用温度或唯一型号识别标志，并符合整机CDF 档。 目 视 尺 寸 MI 符合图纸要求或实装合格。 实 装 游标卡尺 S-3 阻 燃 CR 用打火机点燃塑件后移开火源30S 内应自熄。 （金属温控无此测试项目） 打火机 每批测 1～2pcs 旋转角度 MA 经过实装，旋转角度要符合丝印要求。 实 装 每批试 装2～5pcs 跌落测试 MA 从200mm 的高度自然跌落在水泥地面上，做前后左右上下各一次，然后检验其性能。 每批测 2～5pcs 绝缘电阻 CR 施加在带电部件与非带电部件之间,同极端子间额定DC500V 电压,测其绝缘电阻要求≥5M Ω. 绝缘 电阻仪
SFC-QA-001-08 外协外购件进料检验规范 版 本 号： 第二版 修 订 人： 作业文件 可调温控器检验规范 修订日期： 第2页共2页 批准 审核 制订 日期 日期 日期 检验 项目 缺陷 类别 检验要求和方法 使用仪表备注 耐压测试 CR 带电端子与非带电部件之间： 工作电压 ≤130V 1200V / 1S 工作电压130-250V 1800V / 1S 同极端子（非连续触点）: 工作电压 ≤250V 720V / 1S 耐压测试仪 接触电阻 MA 温控器两载流端子之间的接触电阻≤20m Ω 毫欧电阻测试仪 动作温度偏差：将温控旋到最高动作点，按低于额定温度15℃设定恒温，在达到此温度后恒温三分钟，再以每分钟3℃的速度升温，测量触头断开的温度，其断开温度与额定温度之差应符合±5℃。 性 能 MA 通断动作温度范围：将温控旋到最高动作点，按低于 额定温度15℃设定恒温，在达到此温度后恒温三分 钟，再以每分钟3℃的速度升温，测量触头断开的温度，接着按低于额定温度20℃设定，测量触头闭合的温度其断开温度与接通温度之差应在3～20℃之间。（有防霜冻功能的温控接通温度必须符合7℃±3℃的要求） 点温度计旋转测温仪 （自制测试台） 6．抽样检验标准------依据GB/T 2828.1-2003一般Ⅱ级水平抽检 其AQL 值为 ------- 严重缺陷（CR ）： 0/1 一般缺陷（MA ）： 0.65 轻微缺陷（MI ）： 2.5
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 前言 温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。 单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占了系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。现在完
全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。
1绪论 1.1研究的目的和意义 温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。单片机具有和普通计算机类似的强大数据处理能力，结合PID，程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益[9]。 例如钢铁生产过程中，按照工艺条件的规定保持一定的温度才能保证产品质量和设备的安全。对电气设备进行温度的监控，例如高压开关、变压器的出线套管等，判断可能存在的热缺陷，进而能及时发现、处理、预防重大事故的发生。因此研究温度控制仪具有重要的意义[10]。 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，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。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[16]。 目前市场上热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能．即使热水器具有辅助加热功能。也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文设计的热水器控制系统以51单片机为检测控制中心单元，具有温度设定与控制功能。该控制器和以往显示仪相比具有性
温控器温度调节方法说明 （WDF、WDFE系列温控器温度调节） 1、接通温度调节 此螺钉不可调试 此螺钉调节接通温度 WDF系列温控器应在接通温度调试好后再调试断开温度 调试方法：调节接通温度螺钉时，顺时针调试接通温度上升，逆时针调试接通温度下降；螺钉调试360度，接通温度大约变化1℃。 调试后温度影响：如接通温度调得过高会导致箱体温度偏高，反之，接通温度调得偏低会导致箱体温度偏冷，严重的话会导致冰箱开机频繁。
2、断开温度调节 调试方法：调节断开温度螺钉时，顺时针调试断开温度下降，逆时针调试断开温度上升；螺钉调试360度，断开温度大约变化1℃。 调试后温度影响：如断开温度调得过高会导致箱体温度偏高，严重的话会导致冰箱开机频繁；反之，断开温度调得偏低会导致箱体温度偏冷，严重的话会导致冰箱不停机。 常州西玛特电器有限公司 技术部 2007-7-7
K59型温控器是美国伦科（RANCO）公司生产的定温开机型温控器，目前我们国内电冰箱产品上所用的多为由青岛引进生产的K59（WDF）型温控器。该温控器性能非常稳定，一般情况下不会出现损坏报废的情况。偶尔出现开停机不正常时，都可以通过调整温控器的参数调整螺钉解决，前提是电冰箱的制冷状况必须正常或基本正常。如果制冷太差，参数相差太大，温控器调整余量可能达不到所需要求，必须先解决制冷不足的问题。如果制冷稍有不足，使得温控器不能按正常状况进行控制开停机，就可以通过调整温控器使其与现有的制冷状况相匹配，达到正常的开停机控制。调整温控器时，应正确的选择调整螺丝、调整方向以及正确的掌握调整量，避免越调越乱，达不到调整效果。我现在把这种温控器的外形、调整螺丝的位置和各个调整螺丝的性能特点通过图形标注出来，以供参考：此主题相关图片如下：
Q/NSW 02—2004 前言 温度控制器是我公司根据市场和用户需要而精心设计和开发的专为家用和类似用途的电热水壶配套使用的元器配件，它是由限温器和热切断器两部分组成，它是采用双金属片为感温材料，具有工作稳定、可靠、反应灵敏，水沸能自动切断，防干烧和最终熔断保险等多种功能。为了贯彻执行《中华人民共和国标准化法》，确保和提高产品质量，特制定本企业标准。 本标准编制格式按照GB/1.1-1993《标准化工作导则第1单元：标准的起草与表述规则第1部分：标准编写的基本规定》和GB1.3-87《标准化工作导则产品标准编写规定》所采用的计量单位均为法定计量单位。 本标准的要求、试验方法主要参考了GB14536.1-98《家用和类似用途电自动控制器通用要求》GB14536.10-96《家用和类似用途电自动控制器温度敏感控制器的特殊要求》等标准的规定，出厂检验采用GB2828-87《逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）》进行抽样。 本标准由宁波市鑫洋电器有限公司提出 本标准起草单位为：宁波市鑫洋电器有限公司 本标准主要起草人：
宁波市鑫洋电器有限公司企业标准 Q/NXY 02—2004 JXB温度控制器 1范围 本标准规定了温度控制器的要求、试验方法、检验规则、标志及包装、运输、储存。 本标准适用于本企业电热水壶使用的温控开关、热断路器、无绳连接器。 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨,使用下列标准最新版本的可能性。 GB2828-1987 逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查） GB14536.1-1998 家用和类似用途电自动控制器通用要求 GB14536.10-1996 家用和类似用途电自动控制器温度敏感控制器的特殊要求 3要求 3.1产品的基本参数，额定交流电压230V，电流10A，频率50/60Hz。 3.2外观要求： 3.2.1绝缘体不得有裂纹，凹陷，飞边等缺陷。 3.2.2 镀层不得有起皮、剥落现象。 3.2.3双金属片不得有锈斑、伤痕现象。 3.2.4弹簧件应光洁、无锈斑现象。 3.3功能及寿命 3.2.1 温度控制器在处于工作状态时，所有触点应闭合良好，接触电阻不应大于0.02Ω。 3.3.2温度控制器接插片的最大插拔力为80N，经过6次插拔后不小于18N。 3.3.3限温器双金属片工作温度为70℃，偏差为±5℃。 3.3.4限温器工作寿命不低于10000次。 3.3.5热切断器双金属片工作温度为135℃，偏差为±5℃。 对VDE认证要求的热切断器工作寿命要求不低于3000次。 3.3.6热切断器上的保险熔断丝要求： 在热切断器双金属片工作温度范围内或工作后不允许动作。 保险熔断丝工作后必需保证电源为永久切断，不引起起火、触电等现象。 3.4电气强度和绝缘电阻 3.4.1绝缘电阻不小于7MΩ。 3.4.2在限温器俩接插端子的任一端子与限温器外壳之间施加3750V，50Hz的基本正弦波形1min，不应产生闪烁或击穿现象。 3.4.3在热切断器相线或中性线端子与外壳之间施加2250V，50Hz的基本正弦波形1Min，不应产生闪烁或击穿现象。 宁波市鑫洋电器有限公司2004-01-01批准2004-05-10实施
在定值控制问题中，如果控制精度要求不高，一般采用双位调节法，不用PID。但如果要求控制精度高，而且要求波动小，响应快，那就要用PID调节或更新的智能调节。调节器是根据设定值和实际检测到的输出值之间的误差来校正直接控制量的，温度控制中的直接控制量是加热或制冷的功率。PID调节中，用比例环节（P)来决定基本的调节响应力度，用微分环节（D)来加速对快速变动的响应，用积分环节（I)来消除残留误差。PID调节按基本理论是属于线性调节。但由于直接控制量的幅度总是受到限定，所以在实际工作过程中三个调节环节都有可能使控制量进入受限状态。这时系统是非线性工作。手动对PID进行整定时，总是先调节比例环节，然后一般是调节积分环节，最后调节微分环节。温度控制中控制功率和温度之间具有积分关系，为多容系统，积分环节应用不当会造成系统不稳定。许多文献对PID整定都给出推荐参数。 PID是依据瞬时误差(设定值和实际值的差值)随时间的变化量来对加热器的控制进行相应修正的一种方法!!!如果不修正,温度由于热惯性会有很大的波动.大家讲的都不错. 比例：实际温度与设定温度差得越大，输出控制参数越大。例如：设定温控于60度，在实际温度为50和55度时，加热的功率就不一样。而20度和40度时,一般都是全功率加热.是一样的. 积分：如果长时间达不到设定值，积分器起作用，进行修正积分的特点是随时间延长而增大.在可预见的时间里,温度按趋势将达到设定值时,积分将起作用防止过冲! 微分：用来修正很小的振荡. 方法是按比例.微分.积分的顺序调.一次调一个值.调到振荡范围最小为止.再调下一个量.调完后再重复精调一次. 要求不是很严格. 先复习一下P、I、D的作用，P就是比例控制，是一种放大（或缩小）的作用，它的控制优点就是：误差一旦产生，控制器立即就有控制作用，使被控量朝着减小误差方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp。举个例子：如果你煮的牛奶迅速沸腾了（你的火开的太大了），你就会立马把火关小，关小多少就取决于经验了（这就是人脑的优越性了），这个过程就是一个比例控制。缺点是对于具有自平衡性的被控对象存在静态误差，加大Kp可以减小静差，但Kp过大时，会导致控制系统的动态性能变坏，甚至出现不稳定。所谓自平衡性是指系统阶跃响应的终值为一有限值，举个例子：你用10％的功率去加热一块铁，铁最终保持在50度左右，这就是一个自平衡对象，那静差是怎样出现的呢？比例控制是通过比例系数与误差的乘积来对系统进行闭环控制的，当控制的结果越接近目标的时候，误差也就越小，同时比例系数与误差的乘积（控制作用）也在减小，当误差等于0时控制作用也为0，这就是我们最终希望的控制效果（误差＝0），但是对于一个自平衡对象来说这一时刻是不会持续的。就像此时你把功率降为0，铁是不会维持50度的（不考虑理想状态下），铁的温度开始下降了，误差又出现了（本人文采不是很好，废这么多话相信大家应该明白了！）。也就是比例控制最终会维持一个输出值来使系统处于一个固定状态，既然又输出，误差也就不等于0了，这个误差就是静差。
第11章计算机控制系统实例 前面几章着重介绍了计算机控制系统涉及到的软硬件知识、控制算法及设计方法等方面的内容，本章将结合两个有代表性的计算机控制系统设计和应用实例：工业锅炉计算机控制系统、硫化机计算机群控系统。 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。 按燃料种类分，在各个工业部门中，应用最多的有燃油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉。在化工、造纸、制糖等工艺过程中，还会产生各种毫无规则的聚合物、残渣等，可利用这些“燃料”产生的热量以及在化工生产中化学反应生产的热量，来生产各个部门所需要的蒸汽，因此又形成了废热锅炉。所有这些锅炉，燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。 燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。 如果蒸汽负压发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；锅炉是一个典型的多变量对象，要
进行自动控制，对多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加以处理。目前，锅炉控制系统大致可划分为三个控制系统：锅炉燃烧控制系统、锅炉给水控制系统和过热蒸汽温度控制系统。 燃烧过程控制系统 (1)燃烧过程控制任务 锅炉的燃烧过程是一个能量转换和传递的过程，其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要(常以蒸汽压力为被控变量)；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最佳经济效益的燃烧(常以烟气成分为被控变量)，提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内。 在多变量对象中，调节量和被调量之间的联系不都是等量的，也就是说，对于一个具体对象而言，在众多的信号通道中，对某一个被调量可能只有一个通道对它有较重要的影响，其它通道的影响相对于主通道来说可以忽略。协调跟踪的原则，就是在多个单回路基础上，建立回路之间相互协调和跟踪的关系，以弥补用几个近似单变量对象来代替时所忽略的变量之间的关联。 此例中，锅炉燃烧过程的上述三个子系统间使彼此仍有关联。②为了保持在任何时刻都有足够的空气以实现完全燃烧，当热负荷增大时，应先增加送风量，后增加燃料量；由此可得到最佳空燃比α与空气量、燃料 量测量信号I V 和I B 之间的关系如下： 假设机组所需负荷的信号为I Q ，当系统处于稳态时，则有： 表明系统的燃料量适合系统的要求，而且达到最佳空燃比。进一步分
模糊PID温度控制毕业设计 第一章绪论 1.1 选题背景及其意义 在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。本文主要研究电锅炉温度控制的方法。 电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置[1]。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。 锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使
用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义。 1.2 工业控制的发展概况 工业控制的形成和发展在理论上经历了三个阶段50年代末起到70年代为第一阶段，即经典控制理论阶段，这期间既是经典控制理论应用发展的鼎盛时期，又是现代控制理论应用和发展时期；70 年代至 90 年代为第二阶段，即现代控制理论阶段；90 年代至今为第三阶段，即智能控制理论阶段[2] 第一阶段：初级阶段。它以经典控制理论为主要控制方案，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制。在诸多控制系统中，以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同的对象与要求，设计了一些专门的控制算法如达林顿算法、Smith 预估器、根轨迹法等。这阶段的 主要任务是稳定系统、实现定值控制。 第二阶段：发展阶段。以现代控制理论为基础，以微型计算机和高档仪器为工具，对复杂现象进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，以满足复杂的工艺要求，提高控制质量。 第三阶段：高级阶段。不论从历史和现状，还是从发展的必要性和可能性来看，控制方法主要朝着综合化、智能化方向发展。尤其近些年来人工智能理论的迅速崛起为控制的智能化提供了一个腾飞的工具。智能控制理论中，专家系统、神经网络、模糊控制系统是最有潜力的三种方法。专家系统在工业生产过程、故障诊断和监督控制以及检测仪表有效性检测等方面获得成功应用；神经网络则可为复杂非线性过程的建模提供有效