多路溫度控制驅(qū)動(dòng)模塊開(kāi)題報(bào)告

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義</p><p>　　1.國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)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(wú)法滿足越來(lái)越高的精度要求，比如樣品的干燥，在某溫度下做實(shí)驗(yàn)，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(guó)外儀器儀表普遍采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、專(zhuān)用

3、集成電路(ASIC)及表面貼裝技術(shù)(SMT)等技術(shù)，并且越來(lái)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(guó)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(xiāo)售額，在這方面更是有其獨(dú)特的“三金屬片”，專(zhuān)利多達(dá)250項(xiàng)，主要特色是簡(jiǎn)單快速，即方便上手，燒水又快。外國(guó)人相當(dāng)重視科學(xué)儀器的發(fā)展，因?yàn)檫@是科研工作的基礎(chǔ)。</p><p>　　國(guó)內(nèi)對(duì)于溫控系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)于國(guó)外要晚一些，不過(guò)還是

4、有很多可喜的進(jìn)步的，比如KL808溫控儀是國(guó)外技術(shù)壟斷，但是我國(guó)自主研發(fā)了一款叫做“二兆瓦級(jí)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(guó)工農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢(shì)樂(lè)觀，這更加大了市場(chǎng)對(duì)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(lái)對(duì)環(huán)境有一個(gè)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(cè)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(gè)越來(lái)越重要的角色，它對(duì)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(jì)與研究有十分重要的意義。故本次設(shè)計(jì)通過(guò)使用51單片機(jī)來(lái)完成多路溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全過(guò)程。在工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)中，熱電偶作為一種主要的測(cè)溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、使用方便、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度控制過(guò)程中。但熱電偶輸出電勢(shì)及其微弱，而且存在冷端溫度誤差和輸出電勢(shì)與被測(cè)溫度

6、的非線性問(wèn)題，易引起較大測(cè)量誤差，尤其在以單片機(jī)為核心器件的智能裝置中，需進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換、查表線性、溫度補(bǔ)償及數(shù)字化輸出接口等軟硬件設(shè)計(jì)，硬件芯片使用過(guò)多，軟件編寫(xiě)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(jì)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(dú)立完成信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、線性化、A/D轉(zhuǎn)換及SPI串口數(shù)字化輸出功能，大大簡(jiǎn)化了熱電偶測(cè)量智能裝置的軟硬件設(shè)

7、計(jì)。</p><p>　　研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題：</p><p><b>　　基本內(nèi)容：</b></p><p>　　利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)多路溫度測(cè)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)多路溫度的測(cè)量和控制。</p><p><b>　　擬解決的主要問(wèn)題：</b></p><p>　　1）溫

8、度可設(shè)定、可測(cè)、可控；</p><p>　　2）測(cè)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(cè)量原理 </b></

9、p><p>　　多路溫度測(cè)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(cè)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(jī)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(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器分時(shí)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(shí)現(xiàn)8 路一一對(duì)應(yīng)的閉環(huán)測(cè)量控制系統(tǒng)。 見(jiàn)圖1 所示。</p

10、><p>　　K 型熱電偶測(cè)量電路選用MAX6675 ,MAX6675 是帶有冷端溫度補(bǔ)償?shù)腒型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器,主要由熱電偶模擬電勢(shì)信號(hào)放大電路、冷端溫度補(bǔ)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(cè)等功能。熱電偶輸出的mV 信號(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器輸入給MAX6675 ,直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)AT89C52。MAX6675 數(shù)據(jù)輸出為12 分辨率。 轉(zhuǎn)換器測(cè)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(bǔ)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(cè)量信號(hào)與溫度補(bǔ)償電路的補(bǔ)償信號(hào)相加后進(jìn)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(dāng)12 位全為0 時(shí),說(shuō)明被測(cè)溫度為0 ℃;當(dāng)12 位全為1 時(shí),被測(cè)溫度為1 023.75 ℃. 由于MAX6675 內(nèi)部進(jìn)行過(guò)激光修正,即對(duì)

12、熱電偶的非線性進(jìn)行了修正,所以被測(cè)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(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和PID 控制器運(yùn)算之后 ,將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)

13、，然后再來(lái)選擇對(duì)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(dòng)電路后輸出控制信號(hào),溫度傳感器與數(shù)模轉(zhuǎn)換形成8 路一一對(duì)應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng),可以達(dá)到多路溫度控制。框圖可見(jiàn)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(jì)：</b></p><p>　　

14、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)和PID控制器算法的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集部分設(shè)計(jì)重點(diǎn)在測(cè)量電路MAX6675 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取,MAX6675 與單片機(jī)通過(guò)3 線串口進(jìn)行通訊?！AX6675的輸出數(shù)據(jù)為16 位,輸出時(shí)高位在前,低位在后。 第一位D15 為無(wú)用位;D14～D3 為熱電偶模擬輸出電勢(shì)轉(zhuǎn)換的12 位數(shù)字量;D2 為熱電偶斷線檢測(cè)位,當(dāng)D2 為1 表明熱電偶斷線;D1 為MAX6675 標(biāo)識(shí)符;D0 為三態(tài)。多路溫度測(cè)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(jī)AT89C52 輸出選通信號(hào),使得多路轉(zhuǎn)換器的一路溫度信號(hào)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(guò)數(shù)據(jù)處理和PID 控制算法后數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出控制信號(hào)。 然后AT89C52 再輸出信號(hào),選通第二路溫度采樣信號(hào),依次類(lèi)推形成循環(huán)控制。軟件流程圖見(jiàn)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(jìn)度：</b></p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)：</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(jī)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(guó). PID控制參數(shù)整定與實(shí)現(xiàn)[M]. 科學(xué)出版社2006.</p><p>　　[5] 虞致國(guó). MAX6675 的原理及應(yīng)用[J] . 國(guó)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(dòng)態(tài)性能</p><p>　　的改進(jìn)[J] . 石油化工自動(dòng)化,2005 .</p><p>　　[7]衛(wèi)曉娟,蔣趙遠(yuǎn). 基于AT89C51 的數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)</p><p>　　設(shè)計(jì)[J] . 工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2004 .</p&g

19、t;<p>　　六、指導(dǎo)教師審核意見(jiàn)： </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(píng)議意見(jiàn)： </p><p>　　系（教研室）主任簽字： </p><p>　　2012年 2

20、月 22日</p><p>　　八、開(kāi)題小組評(píng)審意見(jiàn)：</p><p>　　開(kāi)題小組負(fù)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(jiàn)：</p><p>　　1．通過(guò)； 2．完善后通過(guò)；　　　　　３．未通過(guò) </p>