基于51单片机的温度控制系统设计文献综述
专业：计算机科学与技术班级：本科2班作者：姚灿指导老师：万国平基于51单片机的温度控制
系统设计文献综述
1．前言
日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域里面温度是最常遇到的一个物理量。近年来现代工业的发展，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。现在国内外市场用单片机作为为核心的温度控制系统已经越来越广泛了，且设计方案都很灵活，应用起来相当的广泛，应用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉，在我们日常生活中的应用也是比较广的，如热水器，室温控制，农业中的大棚温度控制等等。现在人们的物质生活已经转好，随之而来的就是对生活质量的需求了。在舒适的温度下休息、活动，在不同的季节里都可以吃到各种蔬菜、水果，等等这些都需要对温度的控制。可见不仅在工业生产上温度控制是重点，在人们的日常生活中温度控制领域也潜藏这巨大的前景。如饲养几条鱼儿也成为一种趋势，这也将会带动与之相关的产业也应运发展起来。鱼缸是养鱼的必备用具，型鱼缸也在市场上层出，其中水温的控制是关键。可见本次设计的温度控制系统具有实在的研究意义。
单片机是指芯片本身，而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，这是单片机应用系统。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。
2．历史研究与现状
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。如加热炉大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制, 存在
控制精度低、超调量大等缺点, 很难达到生产工艺要求。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。
（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。
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。
近几年来快速发展了多种先进的加热炉温度控制方式，如：模糊控制。这个控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。不过，模糊控制系统动态性能好，但稳态性能较差，且很难使两种性能指标都达到理想要求。目前普遍采用模糊—线性复合控制器发挥了模糊控制和线性控制的优点，使设计的系统取得了较好的动态和稳态指标。但是，模糊—线性复合控制同时也存在一些问题：线性前馈复合控制的系统性能对参数变化比较敏感；模糊—线性双模控制存在开关切换问题等；在线性控制的误差通道并联模糊控制器系统和模糊控制器与线性控制器并联系统尽管得到了较好的效果，但并不能从根本上解决模糊控制器稳态性能和动态性能之间的矛盾问题。
结合加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉等以温度控制为主的应的数字温度信号电压。其硬件设计中最为核心的器件是单片机89C51，它一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面，将采集到的数字温度电压值经计算机处理得到相应的温度值，送到LED显示器，以数字形式显示测量的温度。整个系统的软件编程就是通过汇编语言对单片机MT89C51实现其控制功能。整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性能价格比高，较好的满足了现代生产和科研的需要。
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。用传感器感知温度，并转换成电压的输出，单片机的外围电路芯片0809把模拟信号转换成数字信号，输入到单片机中。包括系统的硬件设计和软件设计。硬件方面有8155接口电路，A/D转换电路，温度传感器DS18B02进行设计，然后把它们整合成为一个整体，完成对温度进行控制的硬件部分。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。
3．总结
综上所述基于单片机温度的控制与设计，包括硬件组成和软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温度传感器对温度进行采集，把温度转换成变化的电压，然后由放大器将信号放大，通过A/D转换器，将模拟温度电压信号转化为对应的数字温度信号电压。传统的温度控制系统，采用的控制技术是继电控制，其采用的是固定接线的硬件实现逻辑控制，使其控制系统体积会很大，耗电会很多，效率又不高，且很容易出现故障，维修又不方便，保证不了正常高效的工业生产，势必将会被淘汰，也不可能在我们的日常生活中被广泛的应用。从70年代以来，由于工业生产过程中，生产控制的需要，特别是在电子技术领域飞速发展，以及自动控制理论和设计方法不断成熟的背景推动下，温度控制系统正在逐渐趋于成熟化发展，且在智能化方面取得了很大的成果。在此领域中日本，美国，德国，瑞典等国技术处于领先位置，且都各自生产出了一批性能优异的，商品化的温度控制器和仪器仪表，在各个行业中已经被广泛的应用。且为全世界的工业发展注入了生机勃勃的气息。
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