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【科技论文】数字式温度控制器的设计

发布:论文易网2015-12-28 17:10分类: 科技论文 标签: 数字式温度控制器 数字温度传感器 温度控制器价格 温度控制器原理 电子温度控制器

信息科学和微电子技术的飞 速发展给控制领域带来了巨大的飞跃,控制技术更加趋向自动化和智能化,为无数的使用者带来了方便。在控制领域里,温度是一个常见的名词,然而它所带来的技术问题和所起的作用却是非同一般的。本文研制的数字式定时温控系统是一个基于单总线数字式温度传感器DS18B20,以单片机芯片为核心的系统。采用单片机作为主要部分。它的主要组成部分有:AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、LCD1602显示模块。它可以实时的温度显示和温度门限报警。本设计简单、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于养殖业及冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量。

关键词:温度测量、AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、LCD1602

研究背景和意义

随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同;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。传统的控制方式以不能满足高精度,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,由于他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。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式,如:PID控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制等。这些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。本系统所使用的加热器件是电炉丝,功率为三千瓦,要求温度在4001000℃。静态控制精度为2.43℃。

最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差大。荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉,把纯水凝固时的温度定为32℉,把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉,用℉代表华氏温度,这就是华氏温度计。

随着科学技术日益迅速的发展,数字监控系统已经深入到生活的各个方面。它具有技术效果好,经济效益高,维修方便等许多优点。数字温度计与传统的温度计相比,也具有读数方便,测温范围广,测温准确的优势。对其进行研究和设计,可使我们更加熟练掌握单片机编程及PROTEL的使用。有利于将所学的专业知识更好地应用于实践中。

当国内从80年代起开始了单片机的热潮,二十多年过去了,单片机从研究所走出来, 成为日常生活中的一个不可缺少的部件。硬件方面日趋多样化,4位、8位、16位、32位等型号共同并存,在不同的领域存在,如家电、玩具、工业设备、仪器、通讯等。软件方面发展主要为汇编语言、C语言、嵌入式操作系统。速度、稳定性特别要求的场合较多采用汇编语言和C语言。单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。自单片机诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

单片机的品种繁多,按应用范围分为通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的,例如用于洗衣机的单片机。通用型单片机有总线型和非总线型或者8位和16位之分,总线型设有并行地址总线、数据总线和控制总线的引脚,便于扩展外围器件。非总线型没有有总线引脚,芯片体积小,要扩展可通过I/O口,因此非线型更适合中小系统。以下就单片机部分功能器件的应用举例简要说明。首先以实时时钟为例。一些单片机控制系统要求在确定的时刻进行某种检测与操作,有的控制系统要求在进行某种操作时记下进行操作的具体时间,例如现在各公司广泛用的员工考勤打卡机,有些网页的登陆同时记下用户的登陆时间等。要达到这个目的,就要给系统配置实时时钟,一边根据时钟提供的时间,按时操作或记录。当然生产实时时钟可以用软件实现,但最方便的还是用时钟芯片,常用的时钟芯片又并行和串行两种形式。看门狗是监视程序正常运行的一种定时器。它的定时时间固定不编,一旦定时时间到,就会产生中断或产生溢出脉冲,使系统复位,为了不然系统复位,我们可以在运行的程序中,插入对看门狗定时器的清零指令,不时对它清零刷新。这样溢出就不会发生。在许多单片机内部就有看门狗电路。如AT8951以及Microchip公司的PIC系列产品等。如果单片机内部没有看门狗电路,可以用片内多余的定时器通过软件自行构成。也可选用集成电路。近年来,新型单片机内的接口,无论从类型和数量上都有很大的发展单片机从功能到形态都有了飞速的发展。在发展出新一代单片机的同时,也在不断扩充着各种功能, 如A/DPWA、高速I/O口、PCA计数器捕获比较/比较逻辑等。这不仅大大提高了单片机的功能,而且使系统的总体结构也大大简化了。

    本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。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。随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的发展。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器,是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTELZ80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

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