单片机的智能温控制系统设计Word文档下载推荐.docx

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Abstract:

Thissystemistakethemonolithicintegratedcircuitasthecorepartautomaticcontrolsystem.Thesystemcontrolledmemberforthewarehousewarmhumidity,theexecutivecomponentistheairconditioner,goeswetmachine.Thesystemtakeinsultsthepositive89C51monolithicintegratedcircuitasacore,carriesontheexaminationthroughthesimulationtypesensortothetemperatureandthehumidity,carriesonbythemonolithicintegratedcircuitthedataprocessingtooutputandtoactuatetheexecution,realizestothewarehousewarmhumidityautomaticcontrol.

Betweentheusemonolithicintegratedcircuitcorrespondencefunction,usestheRS-485mailingaddresstocarryonthenetworktransmissioninformation.AsystemdesignhostcontrolsPCmachinetorealizetomanysubsystemsmanagementandthecontrol.Themastercontrolmicrofunctionrealizationcarriesonthereal-timemonitoringtoeachsubsystem,includingparameterhypothesis,standardvalueadjustment,namelyso-callednetworkmanagement.

Eachsubsystemhastheinformationwhichtransmitstothesensortocarryonprocessing,thekeyboardentry,thedatadisplay,actuatestheairconditionerandgoeswetmachine;

Receiveandtransmissioninformationtofunctionandsoinpositionmachine.Whenthewarmhumiditysurpassessupposesthedefinitevalue,themonolithicfunctionautomaticallysendsoutthecontrolinformation,actuatestheairconditioner,togowetmachineadjuststhewarehousethewarmhumidity.

Becausethetemperatureandthehumiditycontrolsystemisafirstorderpurelaginertialsystem,hastheobviouslagcharacteristic;

Throughtheresearchsystemcontrolalgorithm,decidedusesthePIDcontrolalgorithm,thisalgorithmstructuresimple,thetechnologyismatureandhastheverygoodcontrolperformance.

Keywords:

SingleamachineSpreadtofeelmachine

RS-485agreementsThecalculatewayofPID

第1章概述

1.1温度控制的发展

在最近几年当中，我国的工业飞速的发展，与此同时工业的发展对工业控制技术提出了新的要求。

譬如说，控制系统的响应速度，和控制的精度。

就工业控制当中的温度来说，以前为了控制温度，历来一贯的做法先把大量空气的温度一直降低到必要的露点温度以下，以除去其中的水分，然后再加热升温，才能保持室内一定的相对温度。

可是这种再热形成的冷热抵消现象所引起的能耗是十分惊人的。

并且费人力，温度变化大，不易控制。

在工业控制发展的初期，人们的一般控制策略就是通过手动控制开关阀来调节来控制变量。

这种方法控制起来特别的麻烦，难于操作。

直到现在，在长期手动操作生产实践的基础上，逐渐总结出反馈控制的理论。

随着计算机技术的发展及其在工业控制领域的广泛应用，工业控制的自动化程度逐渐提高。

传统的控制方法包括经典控制理论和现代控制理论逐渐应用于工业控制。

温度和温度应在一定范围内波动，由于仓库的热容量很大，温度和温度的动态响应惯性大，是一个非线形、大滞后的复杂系统，所以既难测，难控，又难以获得精确的数学模型，采用传统PID控制方法难以达到人们提出的控制要求，随着智能控制理论的发展，智能控制与常规的PID控制相组合，形成所谓的智能PID控制，这种新型的控制器已得到广泛的应用，它具有不依赖系统精确数学模型的特点，对系统的参数变化具有更好的鲁棒性，如专家PID控制，自学习PID控制，神经网络PID控制和模糊PID控制等智能控制。

[13]

模糊控制正成为越来越热门的控制技术。

在对温度和温度测量和控制的过程中，对一些非线形和动态时变系统不能对它们建立有效的数学模型，在传统的二值逻辑不能对它们进行定义的情况下，可以采用模糊逻辑控制的方式实现有意义和合理的控制，模糊控制器不依赖于对象的模型，但是其自适应能力有限，调整比较困难，需要经验丰富的专家或设计者。

此外，模糊控制与PID相结合控制，这种控制方法是在大偏差范围内采用模糊控制，利用PID的积分特性改善系统的稳定性能，二者的转换由软件自动实现。

这种复合控制策略比PID控制有更快的动态响应和更小的超调，比模糊控制具有更高的稳态精度，这种控制器在国外得到了广泛的应用。

1.2课题研究的意义

温度自动化控制器广泛应用于农、林、牧、副、渔和工业生产的控制中，如各种仓库（冷库、保鲜库、粮库等）、各种日光温室、大棚、机房、图书馆、食品加工（酒、酱油、醋及各种发酵工艺）孵化、养殖业等需要温度监测和控制的场所等等，产品应用先进的单片机技术和表面贴装技术，智能程度高，数据稳定可靠，它除了可单独控制各种设备进行温度控制或报警外，还可通过扩展接口进行其他设备的实时控制和远程控制。

配合计算机可组成综合环境数据监控网。

数据可通过RS—485总线传输到计算机进行记录或打印、及遥控。

温度自动化控制器与计算机连接，可实现多点远距离通讯。

计算机通过系统监控软件提供WS温度自动化控制器与整个系统的交互功能以及通过数据通讯线路和现场控制机的交互功能。

现场数据采集部分通过各种传感器分别对各种环境因素数据进行实时、不断的自动收集。

现场控制机通过传感器收集现场数据采集各种数据，由现场监控软件进行处理并进行实时控制

由于生活和生产的需要,对温度进行控制的要求越来越高。

例如：

科研实验室、仓库系统、电力系统、档案资料库、食品加工等等，温度的高低对其影响很大，在科研实验室中,温度控制的要求尤其高,应为实验室中的温度直接影响着实验的结果；

粮仓中的温度过高将会是粮食变质；

档案资料库房中的温度忽高忽低，纸张纤维热胀冷缩，是强度降低，温度过大会使霉菌和害虫滋长，以致造成资料质变；

电力系统中，由于温度过高、过低引起的元件失效或由于温度过高而引起的爬电、闪络事故时有发生等等。

为避免受到温度的影响，需要安装温控制系统减少因温度和温度的变化给我们带来的不便。

同时针对于仓库管理系统对温度控制的要求，我们设计了一个自动控制温度的系统。

[2]

本系统采用了现代的科学管理模式，采用微机监控连网子系统，它具有：

测温、控温、控温功能。

系统由敏感传感器、信号调理变送装置、开关量输入输出接口、16位微型计算机处理器、单元显示器、工控机、连网装置及协议、宽行打印机等单元组成。

空气的调节包括对温度的调节和温度的调节，空调机的作用是控制仓库内的温度及温度，除温机的作用是保持仓库内温度不变。

在仓库内的温度控制，直接影响到储藏物品的质量，如果控制不当，温度和温度升高将会使物品潮温发霉，而有些物品温度的降低会使冻结变质等等不良后果。

故把温度控制在一定范围非常有意义，仓库应用的各种场合对温度的要求也不同，可以参看仓库管理手册进行温度的调节。

第2章总体设计

2.1总体方案设计

2.1.1课题基本任务及要求

以单片机为核心，设计一个仓库多路温控制系统。

温度和温度可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度温度变化时实现自动调整，以保持设定温度温度基本不变。

设计的主要内容是完成温度温度自动控制系统的软、硬件设计及调试。

包括：

1、单片机的选择；

2、总体方案的确定；

3、各模块电路的设计；

4、软件设计；

5、各模块调试；

6、编写设计说明书等。

2.1.2总体方案设计

整个系统分成几个单元进行设计。

数据采集单元、控制器数据处理单元、变送电路单元、键盘和显示电路单元、驱动电路单元。

16位单片机处理单元及网络连接工控机单元组成。

根据课题的基本任务是一个利用单片机控制系统，实现对仓库控制系统的温度控制，并且使温度在一定范围内可调。

分析整个控制系统，我们把一个单片机控制单元为一个子控制系统，引入网络控制，既通过PC机控制多个子系统，这样不仅仅能实现对单个仓库的控制，同时还可以扩展到对多个仓库的控制。

系统先从信号开始采集，通过传感器采集到现场的温度信息，一般为模拟信号，把这些信号放大滤波。

通过变送装置将模数转换结果传送到单片机。

首先处理从键盘输入的数据和信号采集进来的数据，接下来将二者进行比较：

如果采样值不超过键盘的输入值，系统将继续查询采样信号，如果采样值超过键盘输入值，单片机发出控制空调机及除温机信号，信号通过驱动电路来实现对空调器及除温机的控制，在对信号采样和处理的过程，单片机还通过网络实时与上位机进行通信，PC机可以对各子系统进行设置、调整。

下面如图2.1所示为系统主框图：

图2.1系统总框图

2.2方案论证

2.2.1控制部分

方案一：

该方案的系统原理框图如图1.2所示，此方案采用89C51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制，它能完成所要求的功能。

但是存在不足之处是：

编程不方便，主要是A/D接口和RS232接口编程不方便，同时89C51需外接模数转换器来满足数据采样，对外围电路来说也比较复杂，且软件实现

也较麻烦。

另外，51单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。

图2.2方案一系统框图

方案二:

该方案的系统原理框图如图2.3所示，它使用89C51单片机作CPU，该CPU内核具有模块化的结构。

此方案采用89C51单片机实现，此单片机内置8路ADC,2路DAC,且集成开发环境中，配有很多语音播放函数，用89C51实现语音播放极为方便。

另外，比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试。

图2.3方案二系统框图

2.2.2网络连接部分

采用RS-485通信协议，其特点为工作于半双工方式，最大传输速率可达10Mbit/s，最大传送距离300M，如果降低数据传送速率，可传送距离可达到1200M。

同时RS-485标准还允许双绞线上一个发送器驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接受器或收发器。

在与PC机连接时需加转换器。

多用于多站的相互连接，考虑到该子系统之间不要进行通信，所以就没有必要采用这种接口标准，以节省开支。

方案二：

采用RS－232通信协议，其特点为它适用于设备之间的通讯距离可达15m，传输速率最大为20kb/s。

RS-232C标准规定了数据和控制信号的电压范围。

由于RS-232C是在TTL集成电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，规定+3V-+15V之间的任意电压表示逻辑“0”电平，-3V--15V之间的任意电压表示逻辑"

1”电平，该标准可以与上位机PC直接连接，如果延长传输距离需加中继器，适合用于短距离通信。

由于RS232接口标准简单（对于一般双工通信，仅需几根信号线就可实现，包括一条接收线、一条发送线和一条地线），在各工控场合被广泛推行。

适合于这种仓库的温控制，所以采用该协议。

2.3系统技术参数

本系统是对仓库进行温度控制，仓库在存储物品不同的同时，对温度的要求也是不同的。

在存储粮食、存储钢铁用品、存储日用品以及档案等等对温度的要求都不同，所以我们首先把系统的温度可调范围扩大，使系统可以适应多种要求，同时我们要增加精确度，来更能保证在短时间内完成测量及控制。

当具体的应用上那种类型的仓库上时，在通过键盘进行设定来满足要求。

在本次设计中我们以存储粮食仓库为例进行设计。

通过查阅仓库管理手册，库房内环境可达到的具体技术指标如下：

（1）控制温度范围：

-20℃～50℃，控制精度±

1℃；

（2）控制温度范围：

40～60%（可调）；

（3）工作环境：

温度-30℃～60℃，温度≤60%，控制精度±

3%；

（4）工作电压：

220V±

15%；

参考文献

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机械工业出版社（1998）.

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[19]王元庆.新型传感器原理及应用[M]机械工业出版社2202.4

致谢

感谢我的指导老师周向红老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；

他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢周老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。

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感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。

四年了，仿佛就在昨天。

四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。

只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意