温度控制系统在PCR仪中的应用
【摘要】介绍了PCR仪的温度控制系统的工作原理，并对温度控制系统软硬件进行了设计，提高了温度控制系统的升降温速度，具有广泛的应用前景。
【关键词】PCR；温度控制系统；pt100
1.引言
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，简称PCR），又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。PCR技术应用非常广泛，广泛应用在生命科学研究、生化分析、临床诊断、药物分析、法医鉴定和疫情快速检验等各个领域。
温度控制系统的主要任务就是让样品内基因在腔体内进行高温变性（T1）、低温退火（T2）和适温延伸（T3）三个温度阶段的反复循环，使样品内基因完成增殖。温控系统升降温工作循环曲线如图1所示。
目前，PCR检测仪的变温方式主要有两种，分别是变温铝块及变温气流。其优缺点为变温铝块方式应用比较广泛，升降温速率比变温水浴要快，但因PCR 管与铝块不可能完全贴使之温度均匀性较差。半导体制冷片变温结构简单，只需向半导体制冷片通电即可加热，改变电压极性即可制冷，所以变温速度较快，但是半导体制冷片容易损坏。变温气流方式，即采用电热丝进行加热，吹入冷空气进行制冷。通过调节功率输出的占空比，就可以调节温度的大小，从而可以实现对温度的升温、降温和恒温的自动控制。另一方面，由于传递热量的介质为空气，空气可以和样品之间实现无缝接触，从而样品溶液的吸热和散热的速度就会很快。
本研究设计并实现了一套适用于实时PCR仪的温度控制系统。系统采用变温气流的方式进行加热，使用常规PID算法进行温度控制。升降温速度极快，实时性强、升降温周期短，为研制商品化的实时定量PCR仪奠定了基础。
2.系统结构
温度控制系统的机械结构主体是一个风腔，采用电热丝加热，冷空气制冷。风腔设有进风口和出风口，风门由步进电机控制，可以任意控制风门的旋转角度，从而达到通过风门改变腔体内的空气流动特性，主要作用是让冷空气进入腔体，热空气从腔体流出，带走热量，达到制冷的作用。腔体内部安装有横流风机，用于加快腔体内部的空气流动，在加热时保持腔体内部空气温度的均匀，在制冷时加快空气流动达到腔体快速降温。腔体上设有装样品的盖口，用于放置样品。腔体内部结构示意图如图2所示。
温控控制系统的硬件执行部件主要包括一个横流风机、两个步进电机、两个
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王*
毕业论文设计 基于51单片机的温度控制系统
摘要 在日常生活中温度在我们身边无时不在，温度的控制和应用在各个领域都有重要的作用。很多行业中都有大量的用电加热设备，和温度控制设备，如用于报警的温度自动报警系统，热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，这些都采用单片机技术，利用单片机语言程序对它们进行控制。而单片机技术具有控制和操作使用方便、结构简单便于修改和维护、灵活性大且具有一定的智能性等特 点，可以精确的控 制技术标准，提高了温控指标，也大大的提高了产品的质量和性能。 由于单片机技术的优点突出，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本文介绍了基于单片机AT89C51 的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。采用温度传感器DS18B20 采集温度数据，7段数码管显示温度数据，按键设置温度上下限，当温度低于设定的下限时，点亮绿色发光二极管，当温度高于设定的上限时，点亮红色发光二极管。给出了系统总体框架、程序流程图和Protel 原理图，并在硬件平台上实现了所设计功能。 关键词：单片机温度控制系统温度传感器
Abstract In daily life, the temperature in our side the ever-present, the control of the temperature and the application in various fields all have important role. Many industry there are a large number of electric heating equipment, and the temperature control equipment, such as used for alarm automatic temperature alarm systems, heat treatment furnace, used to melt metal crucible resistance furnace, and all kinds of different USES of temperature box and so on, these using single chip microcomputer, using single chip computer language program to control them. And single-chip microcomputer technology has control and convenient in operation, easy to modify and maintenance of simple structure, flexibility is large and has some of the intelligence and other characteristics, we can accurately control technology standard to improve the temperature control index, also greatly improve the quality of the products and performance. Because of the advantages of the single chip microcomputer intelligent temperature control technology outstanding, is being widely adopted. This paper introduces the temperature control based on single chip microcomputer AT89C51 design scheme of the system and the hardware and software implementation. The temperature sensor DS18B20 collection temperature data, 7 period of digital pipe display, the upper and lower limits of temperature button when temperature below the setting of the lower limit, light green leds, when the temperature is higher than the set on the limit, light red leds. Given the system framework and program flow chart and principle chart, and in Protel hardware platform to realize the function of the design. Keywords：SCM Temperature control system Temperature sensors
计算机控制课程设计 报告 设计题目：电阻炉温度控制系统设计 年级专业：09级测控技术与仪器 化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计就是利用单片机来控制高温加热炉的温度，传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产
生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1.1电阻炉组成及其加热方式 电阻炉是工业炉的一种，是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化元件或物料的热加工设备。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成，炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加
热方法也不同;由于工艺不同，所要求的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，对控温精度要求不同，因而控制系统的组成也不相同。电气控制系统包括主机与外围电路、仪表显示等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，因炉种的不同而各异。电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件， （4）电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性; （5）具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃; （6）具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
单片机在温度控制系统中的应用分析 摘要对工业生产而言，对产品质量及设备寿命具有决定性作用的因素为温度高度，对温度进行控制，使其始终处于所设定范围内，具有的现实意义自然不言而喻。文章首先对单片机温度控制系统的原理和构成进行了概述，然后运用理论与实际相结合的方式，从温度采集模块、报警系统、软件以及硬件四个方面出发，分别围绕着温度控制系统中单片机的具体应用展开了分析，以期能够在某些方面给人以帮助。 关键词单片机；温度控制系统；具体应用 引言 在发展速度极快的当今社会，无论是温度测量还是温度控制，其重要性与过去相比都具有明显提升，如何保证所获取温度信息的准确性，为后续温度控制工作的开展奠定良好基础，自然成为人们关注的重点。而单片机具有的体积小、成本低以及处理能力强的特点，使其占据着越来越大的市场份额，将单片机与温度控制系统相结合是大势所趋，实践结果表明，应用单片机的温度控制系统，与传统控制系统相比，存在精度高、范围广等诸多优点。 1 单片机温度控制系统的概述 无论是在日常生活还是在工业生产中，人们针对温度控制系统提出的要求，均可以概括如下：保证温度始终在所规定温度范围内波动或变化，不振荡并具有良好的稳定性，但是在系统快速性方面并为提出过于严格的要求。下面就围绕着应用单片机的温度控制系统的设计与实现展开分析：首先是利用温度传感器对现场温度进行采样，并将采样所得温度向电压信号进行转换，其次经由低通滤波将干扰信号进行过滤，接下来将过滤后的电压信号送至放大器，将其向数字信号进行转换，在此基础上完成将数字信号送至单片机的工作，最后以所规定温度范围为依据，经由继电器对加热设备进行控制，达到控制温度的效果[1]。需要注意的是，在这一过程中，单片机主要负责逻辑运算，如果想要对温度进行实时的检测与控制，在条件允许的前提下，可以通过键盘对温度控制范围进行人为设定，即使实际温度低于或高于所规定温度范围，系统也会通过自动调节的方式，使温度满足所设定的范围。目前，在市场上较为常见的应用单片机的温度控制系统，通常以1℃为单位对温度进行区分，就是说在正常情况下，温度控制不会存在>0.5℃的误差，这也从侧面间接表明了該系统具有灵活性优、稳定性好以及可靠性高等诸多优点。 2 单片机在温度控制系统中的应用 2.1 温度采集模块的应用 对应用单片机的温度控制系统而言，为了保证测量结果的精确程度，采集温
温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:
2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)
5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。
目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)
第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、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、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-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。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。 ，
目录摘要2 1.设计目的3 2.设计要求和设计指标3 3. 总体方案设计 3 4.硬件选择以及相关电路设计3 温度传感器的选择3 模数转换器4 内部结构4 信号引脚5 工作时序与使用说明6 控制器89C51 7 数码管显示电路8 LED数码管的组成8 数码管显示方式9 控制算法10 6. 各子程序流程图11 PID控制程序流程图11 A/D转换程序流程图11 显示程序流程图11 温度控制总程序流程图12 心得体会12
参考文献13 附录1：温度控制系统总电路图14 附录2：温度控制系统程序清单16 摘要 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。 论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。 关键字：单片机89C51 温度传感器A/D转换器温度控制
计算机温度测控系统 1.设计目的 设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。 2.设计要求和设计指标 1、每组4～5同学，每个小组根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。 2、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法， 框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。 编制程序温度指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。 总体方案设计 本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计思想是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，但我们要知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果是非常不明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制烘箱的电炉加热，并且使数码管显示实时温度，从而实现温度的高精度控制。 4.硬件选择以及相关电路设计 温度传感器的选择 传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方案：方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器在各方面特性都比较优秀，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590，此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此此次设计选用方案三。
基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
基于单片机的温度控制 系统设计文献综述 前言 随着现代工业的发展，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温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。而且，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。且在很多热处理行业都存在类似的问题，所以，设计一个较为通用的温度控制系统具有重要意义。这时我们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. 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。 1.陈岩《基于ARM 的远程控制温控系统的设计》一个基于ARM的远程控制系统的设计.该系统以无线寻呼网络接收POCSAG编码的控制命令字,同时利用DIMF信号发送器将要反馈的数据通过公用电话网络以DTMF编码传送回去,从而实现了一个功能完整的远程控制系统,弥补了以往远程控制系统的不足同。 2．金凯鹏胡即明《基于模糊PID 算法远程温度控制系统的实现》针对实时温度控制对象,算法远程温度控制系统是一套远程控制系统,并结合了模糊PID控制算法,利用其电路组成和设计原理,实现了对远程温度系统的监视和控制功能.采集端主要实现温度采集、数码显示、温度设定、无线编码发射、加热开关控制等功能;监控部分主要实现无线解码接收、温度显示、报警等功能模块.本系统实现了实时控制与无线传输结合. 3.王晓员《基于单片机多点温度控制的硬件构建设计》针对目前许多塑料反应炉温度控制不准确的现状,进行了基于MCS-51系列单片机多点温度控制的硬件构建的设计.采用数字化温度传感器DS18820,TLC2543型号的12位开关电容运次逼近模数A/D转换器.成本低、可靠性高 4.王芳《利用单片机实现温度智能控制》温度控制系统是
基于单片机水温控制系统 摘要：随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，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。本设计以保质、节能、安全和方便为基准设计了一套电热壶水温控制系统，能实现在40℃~90℃X围内设定控制温度，且95℃时高温报警，十进制数码管显示温度，在PC机上显示温度曲线等功能，并具有较快响应与较小的超调。整个系统核心为SPCE061A，前向通道包括传感器及信号放大电路，按键输入电路；后向通道包括三部分：LED显示电路，上位机通信电路以及控制加热器的继电器驱动电路。利用SPCE061A的8路10位精度的A/D转换器，完成对水温的实时采样与模数转换，通过数字滤波消除系统干扰，并对温度值进行PID运算处理，以调节加热功率大小。同时在下位机上通过数码管显示当前温度，通过USB接口传送信息至上位机，可以直接在PC端观察温度的变化曲线，并根据需要进行相应的数据分析和处理，由此完成对水温的采样和控制。通过验证取得了较满意的结果。
关键词：码分多址、walsh扩频、pn扩频、电路设计、程序设计、仿真 目录 1 引言1 1.1水温控制系统概述1 1.2本设计任务和主要内容2 2 基于单片机水温控制系统设计过程2 2.1水温控制系统总体框图2 2.2总体方案论证3 2.3 各部分电路方案论证4 2.4键盘及数字显示结合5 2.5温度设定和传送电路6 3硬件电路设计与计算6 3.1 温度采样和转换电路6 3.2 温度控制电路8 3.3 单片机控制部分9 3.4键盘及数字显示部分9 参考文献9
水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变PID 调节参数值以取得佳性能。 本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然后在模型参考自适应算法MRAC基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。
温度为Ｔ １ 度，在入口处以常速流入温 度为Ｔ １ （ｔ）的液体。在出口处流出等量 液体，使槽内液面保持不变。槽内装有 不停转动的搅拌器，使液体完全处于混 合状态。经搅拌器搅拌的液体温度实际 上是均匀的，设ｔ时刻槽内的温度为Ｔ （ｔ）。问题如何选择Ｔ １ （ｔ），使在ｓ时间 内使槽内温度由Ｔ １ 调整到Ｔ ０ ，并且使 槽内温度Ｔ（ｔ）和入口温度Ｔ １ （ｔ）都与Ｔ ０ 的偏差尽可能得小。 根据所要解决的问题，构造新的 状态变量ｘ（ｔ）和控制变量ｕ（ｔ），设 ｘ（ｔ）＝Ｔ（ｔ）－Ｔ ０ ，ｕ（ｔ）＝Ｔ １ （ｔ）Ｔ ０ ， （１） 由热力学知，温度的变化率 与温差Ｔ １ （ｔ）－Ｔ（ｔ）成正比，因此存在正 常数ｋ，使得 ＝ｋ（ｕ（ｔ）－ｘ（ｔ）），（２） 满足初始条件：ｘ（０）＝Ｔ（０）－ Ｔ ０ ＝Ｔ １ －Ｔ ０ 。 为使Ｔ １ （ｔ）与Ｔ ０ ，Ｔ（ｔ）与Ｔ ０ 的偏差 均尽可能的小，可选择目标函数 （３） 其中ｒ体现了两种偏差的重要程 度。于是问题归结为：寻求最优控制ｕ＊ （ｔ），使ｘ（ｔ），ｕ（ｔ）尽可能地接近于零， 使目标函数取得最小值。 构造一个关于的函数 最优温度调节 在温度控制系统中的应用 莫凯林 卢书成 牡丹江医学院 １５７０１１ 从五十年代贝尔曼（Ｂｅｌｌｍａｎ）和 庞特里雅金（Ｐｏｎｔｒｙａｇｉｎ）先后给出 动态规划法和极大值原理求解最优控制 问题以来，最优控制理论及应用有了 飞速发展，加之古典变分法理论构成 了最优控制理论的三大支柱体系，使 它能够在解决实际控制问题时发挥作 用。例如，在恒温的自动控制过程中， 由于外界干扰使温度产生了偏差，采用 何种方法可以最快地消除偏差使系统恢 复到平衡状态。在温度控制系统中，为 使温度控制在某一点，需要输入和输出 设备的调节，给出按某种规律调整输入 设备，在调整过程中，使系统的输出和 目标的偏差达到最小。 一、最优温度调节模型 假设有一连续搅拌槽，槽内开始 （４） 其中为最优协态向量。状态 方程为 （５） 取ｋ＝ｒ＝１，Ｔ １ ＝００ｃ令，则 有ｕ（ｔ）＋＝０，从而 （６） 正规方程组为 （７） 应用式（６），（７）得正规方 程组 （８） 即 （９） 这是一个一阶线性齐次方程组 于是得方程组（８）的通解为
工业大学 《计算机控制技术》课程设计 ——电阻炉温度控制系统设计 学院专业 姓名 学号_______ ________ _ 完成时间
摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 关键词：炉温控制；高效率；加热 一、总体方案设计 本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。 1、设计容及要求 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间将炉温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 2、工艺要求及要现的基本功能 本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，
且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。 3、控制系统整体设计 电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶作为测温元件，经变送器及A/D转换电路对测得的温度信号进行处理，送入主机与给定值比较，按控制算法计算后输出控制量，通过固态继电器实现对电阻炉加热功率的调节，使炉温按设定温度曲线变化。各部分方案如下： （1）控制系统主机 考虑到MCS-51系列单片机已经过长期的应用，性能比较稳定，其功能完全可以满足本系统控制要求，人们对它又比较熟悉，因此主机采用AT89C51单片机。 （2）检测装置 系统选用镍铬-镍硅热电偶作为测温元件检测炉膛中的温度。镍铬-镍硅热电偶测温围为-200～+1200℃（分度号为k）。它线性度较好，价格便宜，输出热电动势较大（40μA/℃），便于测量放大器的选配。热电偶冷端温度补偿采用集成温度传感器AD590。变送器采用两级放大，第一级选用高稳定性运放ICL7650，第二级由通用型集成运算放大器μA741构成。 （3）执行机构 采用交流过零触发型固态继电器控制电路。这种控制方式与传统的采用移相
基于数字PID 的电加热炉温度控制系统设计 1总体方案设计 温度控制是工业生产中经常碰到的过程控制问题之一。对温度准确的测量和 有效的控制是一些设备优质高产、低耗和安全生产的重要指标。当今计算机控制 技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用 电子线路进行PID 调节的效果要好得多，可控性方面也有了很大提高[1]。 1.1设计要求 该系统为基于数字PID 的电加热炉温度控制系统。电加热炉用于合金钢产 品热力特性实验，迪娜加热炉用电炉丝提供功率，使其在在预定时间内江路内温 度稳定到给定的温度值。在本控制对象加热炉功率为8KW ，有220V 交流电源 供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制 温度范围50-350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。选择合适的传感器，计算机 输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象温控 数学模型为 1)(+=-s K s G T e d s d τ （1.1） 其中：时间常数T d =350s 秒 放大系数K d =50 滞后时间τ=10秒 控制算法选用改进的PID 控制。 1.2方案设计 要想达到设计要求的内容,少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD 显示屏、直流电动机等。其中单片机用做主控制器，控制其它器件的工作和处理 数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中惊醒数 值比较；LCD 显示屏用来显示温度数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工 作情况，转动表示迪娜加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断电停止加热。 整体思路如下：首先我们通过按键设定所需要的温度，然后利用温度传感器
基于单片机的温度控制系统设计 摘要：这次综合设计，主要是设计一个温度控制系统，用STC89C52单片机控制，用智能温度传感器DS18B20对温度进行采集，用LCD1602液晶显示屏将采集到的温度显示出来。系统可以有效的将温度控制在设定的范围内。如果实际温度超出了控制范围，则系统会有自动的提示信号，并且相应的继电器会动作。我们的实际生活离不开对温度的控制，在很多情况下我们都要对我们所处的环境进行温度检测，然后通过一定的措施进行调节，从而达到我们自己想要的温度，使我们的生活环境更加适宜。 关键字：单片机；液晶显示屏；温度传感器；继电器；提示信号 Abstract:This integrated design is the design of a temperature control system. A smart temperature sensor DS18B20 is used to collect temperature and a LCD1602 Liquid Screen is used to display the collected temperature. The system controlled by STC89C52 can effectively control the temperature within the setting limits. If the actual temperature exceeds the setting range, the system will automatically give signal, and the corresponding Relay will take related actions. It is necessary for us to control the temperature because in many situations the temperature around us is not proper for us. So we need to detect it and take some actions to adjust it to the temperature we want to make the environment around us better. Key Words:DS18B20;LCD1602;STC89C52;Relay;Signal 引言
计算机温度控制系统 专业：电气自动化 姓名：罗丹 学号： 2 指导教师：喻晓红 设计时间：2010.11.18
目录 第1章系统的描述与分析 (3) 1.1 系统的介绍 (3) 1.2 技术指标 (3) 第2章设计方案 (4) 第3章控制算法 (4) 第4章系统软硬件设计 (4) 4.1 总体设计 (4) 4.2 温度检测电路 (7) 4.3 温度控制电路 (8) 4.4 人机对话电路 (9) 4.4.1 键盘管理 (9) 4.4.2 数码显示 (10) 4.4.3 报警 (11) 第5章MATLAB仿真被控对象 (11) 第6章心得体会 (12) 附：原理图 (14)
第1章系统的描述与分析 1.1系统的介绍 该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度0~500℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝30秒，滞后时间常数取τ＝10秒。 该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。 1.2技术指标 设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下： 1.电阻炉温度控制在0~500℃； 2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃； 3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃； 4. 采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好； 5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD显示模块可以选用RT1602C。 3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD显示模块、报警与指示模块。其相互联系
学号：0121011360424 课程设计 题目温度控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化1004班 姓名邓智斌 指导教师陈静教授 2013 年 6 月29 日
课程设计任务书 学生姓名：邓智斌专业班级：自动化1004班 指导教师：陈静教授工作单位：自动化学院 题目: 温度控制系统设计 要求完成的主要任务: 被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象的特性为二阶惯性系统，惯性时间常数为T1＝20秒。 1）设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图； 2）编写积分分离PID算法程序，从键盘接受K p、T i、T d、T及β的值； 3）通过数据分析β改变时对系统超调量的影响。 4）撰写设计说明书。 时间安排： 6月26日查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计 6月27日—6月28日完成硬件设计 6月29日—6月30日编写调试程序 7月1日—7月4日撰写课程设计说明书 7月5日提交课程设计说明书、图纸、电子文档 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。 本文主要介绍了利用8051为主控制电路实现的炉温调节控制系统，详细阐述了系统的功能，硬件组成以及软件设计，利用热电偶采集温度信号经A/D转换器转化后与给定信号送入微机系统，系统分析控制算法，信号再经D/A转换后控制调节可控硅控制器来改变炉内的温度。 另外，还需要用到MATLAB这一个功能强大的软件，而且需要编写一定的程序语句，可以通过程序的运行，将被控系统离散化。再通过PID算法计算出使系统达到稳定所用时间最短，超调最小的Ki ，Kp ，Kd，β的值。然后通过β的变化观察系统的动态性能。 关键字：8051； PID；二阶系统；积分分离；仿真
基于单片机的智能温度控制系统的设计 摘要 该水温控制系统采用单片机进行温度实时采集与控制。温度采集由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供，DS18B20在-55～25固有测温分辨率为0.5 ℃。水温实时控制采用双向可控硅BT134和光隔离器MOC3041控制电热丝和风扇进行升温、降温控制。系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。 通过对基于单片机的相对温度控制器设计，加深对传感器技术及检测技术的了解，巩固对单片机知识的掌握，并系统的复习本专业所学过的知识。 关键词：AT89C51 DS18B20 BT134 MOC3041 水温控制 Abstract This system uses the microcontroller. an measure the relative humidity of the surrounding air automatically and accurately , and after measuring the data and changing through, send it in the processor, Then through the programming of the software, after changing the value of relative humidity of the environment at present into the decimal digit, and then in charge of the number to show; And, through software programming, in addition, corresponding control circuit (such some circuit as photoelectric coupling and relay ,etc. make up ), design the relative humidity of the present environment of regulation that can be automatic: When the indoor air humidity is too high. Through designing the controller of relative humidity based on one-chip computer , strengthen the knowledge of the technology of the sensor and detection technique, the ones that consolidated to knowledge of the one-chip computer were mastered, and the systematic knowledge that a speciality has been studied of review. Keyword: AT89C51 DS18B20 BT134 MOC3041 水温控制 目录