多路溫度控制驅(qū)動模塊開題報告

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義</p><p>　　1.國內(nèi)外研究動態(tài)：</p><p>　　多路溫度控制系統(tǒng)屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，早期的溫控系統(tǒng)一般由繼電器調(diào)溫電路組成，很便宜，但是很容易接觸不良，隨著科技的發(fā)展，這樣的溫控系

2、統(tǒng)無法滿足越來越高的精度要求，比如樣品的干燥，在某溫度下做實驗，都需要非常高的精確度。從以前最早的模擬、集成溫度控制器到智能數(shù)碼溫控儀再到現(xiàn)在的數(shù)字、智能溫控儀，數(shù)字PID控制、模糊控制等技術(shù)都在溫控系統(tǒng)上得到了應(yīng)用，這使得溫控系統(tǒng)的安全性還有穩(wěn)定性都有大幅度的提升。</p><p>　　國外儀器儀表普遍采用電子設(shè)計自動化(EDA)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)、數(shù)字信號處理(DSP)、專用

3、集成電路(ASIC)及表面貼裝技術(shù)(SMT)等技術(shù)，并且越來越智能化和數(shù)字化，其中在溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成的溫控儀器儀表這塊，英國的STRIX公司在電熱水壺溫控器方面產(chǎn)品大約占據(jù)了世界45%的銷售額，在這方面更是有其獨特的“三金屬片”，專利多達250項，主要特色是簡單快速，即方便上手，燒水又快。外國人相當重視科學(xué)儀器的發(fā)展，因為這是科研工作的基礎(chǔ)。</p><p>　　國內(nèi)對于溫控系統(tǒng)的發(fā)展相對于國外要晚一些，不過還是

4、有很多可喜的進步的，比如KL808溫控儀是國外技術(shù)壟斷，但是我國自主研發(fā)了一款叫做“二兆瓦級永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電交流器”，能夠?qū)崿F(xiàn)替代KL808溫控儀。除此之外，我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢樂觀，這更加大了市場對溫控系統(tǒng)的需求。大棚種植，大規(guī)模室內(nèi)養(yǎng)殖，要求恒溫環(huán)境的科研研究等，都需要溫控系統(tǒng)來對環(huán)境有一個良好的把握。</p><p>　　2.選題的依據(jù)和意義：</p><p>　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛

5、速發(fā)展，溫度測量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究有十分重要的意義。故本次設(shè)計通過使用51單片機來完成多路溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計全過程。在工業(yè)檢測系統(tǒng)中，熱電偶作為一種主要的測溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度控制過程中。但熱電偶輸出電勢及其微弱，而且存在冷端溫度誤差和輸出電勢與被測溫度

6、的非線性問題，易引起較大測量誤差，尤其在以單片機為核心器件的智能裝置中，需進行復(fù)雜的信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、查表線性、溫度補償及數(shù)字化輸出接口等軟硬件設(shè)計，硬件芯片使用過多，軟件編寫任務(wù)重，不能適應(yīng)現(xiàn)階段產(chǎn)品集成化、模塊化的需要。故本設(shè)計中的溫度傳感器采用MAXIM公司的MAX6675芯片，該芯片是K型熱電偶串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它能獨立完成信號放大、冷端補償、線性化、A/D轉(zhuǎn)換及SPI串口數(shù)字化輸出功能，大大簡化了熱電偶測量智能裝置的軟硬件設(shè)

7、計。</p><p>　　研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：</p><p><b>　　基本內(nèi)容：</b></p><p>　　利用單片機技術(shù)設(shè)計多路溫度測控系統(tǒng),實現(xiàn)多路溫度的測量和控制。</p><p><b>　　擬解決的主要問題：</b></p><p>　　1）溫

8、度可設(shè)定、可測、可控；</p><p>　　2）測控溫范圍0～100℃、精度0.3℃；</p><p>　　3）“多路”是指最少兩路。</p><p>　　三、研究步驟、方法及措施：</p><p>　　1.系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理：</p><p><b>　　1）溫度測量原理 </b></

9、p><p>　　多路溫度測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分由多路轉(zhuǎn)換器和熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。系統(tǒng)設(shè)定測溫范圍是0～1 000 ℃,傳感器采用K 型熱電偶。 K 型熱電偶與8 選1 多路轉(zhuǎn)換器CD4051 連接, 由單片機AT89C52 給出地址選通代碼輸入到CD4051 的輸入端,8 路溫度采樣信號經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器分時選通輸入到熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器,從而選通不同的傳感器實現(xiàn)8 路一一對應(yīng)的閉環(huán)測量控制系統(tǒng)。 見圖1 所示。</p

10、><p>　　K 型熱電偶測量電路選用MAX6675 ,MAX6675 是帶有冷端溫度補償?shù)腒型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器,主要由熱電偶模擬電勢信號放大電路、冷端溫度補償電路、A/ D 轉(zhuǎn)換電路以及數(shù)字控制電路等組成。 具有線性校正、熱電偶斷線檢測等功能。熱電偶輸出的mV 信號經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器輸入給MAX6675 ,直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給單片機AT89C52。MAX6675 數(shù)據(jù)輸出為12 分辨率。 轉(zhuǎn)換器測溫范圍0～1 023.

11、75 ℃,溫度分辨率為±0.25 ℃,在0～700 ℃范圍內(nèi)溫度顯示精度為8 LSB。 冷端補償范圍為- 20～85 ℃,工作電壓3.0～5.5 V。A/ D 轉(zhuǎn)換電路將熱電偶測量信號與溫度補償電路的補償信號相加后進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換數(shù)字量以12 位串行方式從SO 端輸出. 當12 位全為0 時,說明被測溫度為0 ℃;當12 位全為1 時,被測溫度為1 023.75 ℃. 由于MAX6675 內(nèi)部進行過激光修正,即對

12、熱電偶的非線性進行了修正,所以被測溫度值與轉(zhuǎn)換的數(shù)字量之間具有較好的線性關(guān)系,可由式(1) 給出:</p><p>　　溫度值= 1 023.75 ×轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量/4 095 (1)</p><p><b>　　控制輸出原理：</b></p><p>　　溫度采樣信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和PID 控制器運算之后 ,將數(shù)據(jù)傳給單片機

13、，然后再來選擇對應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（這里采用雙路8位并行口數(shù)模轉(zhuǎn)換器）,其輸出經(jīng)驅(qū)動電路后輸出控制信號,溫度傳感器與數(shù)模轉(zhuǎn)換形成8 路一一對應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng),可以達到多路溫度控制?？驁D可見圖1右側(cè)部分。</p><p><b>　　圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計：</b></p><p>　　

14、系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)計和PID控制器算法的設(shè)計。數(shù)據(jù)采集部分設(shè)計重點在測量電路MAX6675 測溫數(shù)據(jù)的讀取,MAX6675 與單片機通過3 線串口進行通訊?！AX6675的輸出數(shù)據(jù)為16 位,輸出時高位在前,低位在后。 第一位D15 為無用位;D14～D3 為熱電偶模擬輸出電勢轉(zhuǎn)換的12 位數(shù)字量;D2 為熱電偶斷線檢測位,當D2 為1 表明熱電偶斷線;D1 為MAX6675 標識符;D0 為三態(tài)。多路溫度測控制系統(tǒng)采用的

15、PID 控制器算法是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的一種調(diào)節(jié)器。 單片機AT89C52 輸出選通信號,使得多路轉(zhuǎn)換器的一路溫度信號選通并輸入到熱電偶溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換器,AT89C52 接受一定量的數(shù)據(jù)之后通過數(shù)據(jù)處理和PID 控制算法后數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出控制信號。 然后AT89C52 再輸出信號,選通第二路溫度采樣信號,依次類推形成循環(huán)控制。軟件流程圖見圖2。</p><p>　　圖2：軟件系統(tǒng)流程圖</p&

16、gt;<p><b>　　四、研究工作進度：</b></p><p><b>　　五、主要參考文獻：</b></p><p>　　[1]閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 高等教育出版社2009.</p><p>　　[2]李廣弟，朱秀月，冷祖祁. 單片機基礎(chǔ)[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社2008.&

17、lt;/p><p>　　[3]王曉華，朱代先. 模擬電子基礎(chǔ)[M]. 清華大學(xué)出版社2010.</p><p>　　[4]黃友銳，曲立國. PID控制參數(shù)整定與實現(xiàn)[M]. 科學(xué)出版社2006.</p><p>　　[5] 虞致國. MAX6675 的原理及應(yīng)用[J] . 國外電子元器</p><p><b>　　件

18、,2002 .</b></p><p>　　[6]魏靜韜,曲凱. 基于模糊控制的溫度傳感器動態(tài)性能</p><p>　　的改進[J] . 石油化工自動化,2005 .</p><p>　　[7]衛(wèi)曉娟,蔣趙遠. 基于AT89C51 的數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)</p><p>　　設(shè)計[J] . 工業(yè)控制計算機,2004 .</p&g

19、t;<p>　　六、指導(dǎo)教師審核意見： </p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p><p>　　2012年 2月 22 日</p><p>　　七、系（教研室）評議意見： </p><p>　　系（教研室）主任簽字： </p><p>　　2012年 2

20、月 22日</p><p>　　八、開題小組評審意見：</p><p>　　開題小組負責(zé)人簽字：　　　　 </p><p>　　2012 年2月 22 日</p><p>　　九、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)審核意見：</p><p>　　1．通過； 2．完善后通過；　　　　?。常赐ㄟ^ </p>