智能多点恒温自控仪的研制毕业论文.doc

智能多点恒温自控仪的研制摘要：温度控制广泛应用于工农业生产中，是一种非线性控制，有许多控制类型。一个完整的温度控制系统包括三个主要部分：温度采集系统、温度控制系统和温度调节系统。本文介绍一种应用单总线数字式温度传感器DS18B20作为温度信息采集系统，使用8051单片机作为温度控制器，并利用晶闸管调节电路实现温度调节的多点智能恒温自控仪。论文对该温控仪的硬件系统和软件系统的设计进行了详细的说明。关键词：温度采集、温度控制、温度调节InvestigationofIntellectualizedMulti-PointConstantTemperatureSelf-controllEquipmentAbstract：Temperaturecontrolhaswidelybeenusedinindustryandagriculture.Itisanon-linearcontrol,therearemanytypesofit.Acompletetemperaturecontrolsystemincludesthreemainparts:thetemperatureacquisitionsystem、temperaturecontrolsystemandtemperatureregulationsystem.ThispaperpresentsatemperaturecontrolinstrumentwhichusesinglebusdigitaltemperaturesensorDS18B20asthetemperatureacquisitiondevice,the8051microcontrollerasthetemperaturecontrolsystem,andusethecircuitmadeupoftheSCRtoregulatethetemperature.ThispaperdescribesthedesignsforthehardwaresystemandsoftwaresystemofthetemperaturecontrolsystemKeyWord：temperatureacquisition、temperaturecontrol、第1章绪论温度是工农业生产中主要的被控参数之一,尤其是在对环境的要求较严格的场合，温度更是一个重要的被控参数。因此温度的测量与控制是生产过程自动化的重要任务之一。工业生产中，如机械制造、冶金、化工等领域中，需要对各类加热设备的温度进行检测和控制，以使温度保持在某一个范围内，或者将温度控制在某一点上。农业生产中，如植物的温室栽培、动物的养殖等行业中，动植物的正常生长需要适宜的环境条件，而在环境因素中，温度是其中的一个重要参数。如蔬菜大棚栽培中，蔬菜的生长对温度的要求极高，而大棚的保温性能较差，因此需要对大棚内的温度进行控制；又如在养殖场中，温度是胚胎发育的首要条件，必须严格正确地控制，因为只有在适宜的孵化温度下，才能保证蛋中各种酶的活动和胚胎正常的物质代谢，从而保证胚胎正常地生长发育。因此，如何利用不同的控制理论、控制元件及控制设备设计不同的温度控制仪器以适应不同的温度控制要求及不同的场合，例如将温度控制在一个我们需要的范围内或者控制在一个点上等，并达到较高的控制精度，是国内外许多科技工作者着力研究的一个课题。1.1温度测控技术及控制理论1.1.1温度测控技术的发展现状现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温控器技术)，信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度测控属于信息技术的前沿尖端技术。近年来，温度测控在理论上已经发展成熟，但在实际应用中，如何保证快速实时采样，确保数据正确传输，并能根据具体应用场所选择合适的控制方法，仍然是目前温度测控中需要解决的问题。对应于不同的场所、不同的工艺、所需控制的温度的范围不同、精度不同，因此采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；同时产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也会不同，因而，对温度的测控方法是多种多样的。国内外关于温度控制技术的研究成果很多，从控制理论方面来看，主要可分为开关式温控技术、PID线性控温技术、PID智能温控技术等。1.1.2温度控制理论研究关于温度控制理论，国内外有许多成熟的研究成果。常用的控制理论包括传统的反馈控制、PID控制算法及最优控制等等。近些年，为适应更多的应用场合，又发展出一些智能化的温度控制理论，如模糊控制、自适应控制、神经网络控制、预测控制等等。以及将这些控制理论有机结合起来形成更加智能化的控制方法。这些理论都不同程度地改进了传统的温度控制方法，使温度测控技术得到很大的飞跃。以下简单介绍几种常用的控制理论。反馈控制，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。PID控制是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。其控制原理是调整比例、积分、微分三个参数之间的关系来达到控制目的。由于结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时适合采用PID控制技术。模糊控制又称为模糊逻辑控制，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。模糊控制具有直接采用语言型控制规则，不需要建立被控对象的精确数学模型；适用于那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象；具有一定的智能水平；鲁棒性强等突出特点。自适应控制方法是一种基于数学模型的控制方法，依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，随着生产过程的不断进行，通过在线辩识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。自适应控制的