基于单片机系统烤箱温度闭环控制实验的设计与实现

基于单片机系统烤箱温度闭环控制实验的设计与实现

马 俊

(青海师范大学物理系,青海西宁 810008)

摘 要:本文以单片机系统为平台,设计出烤箱温度闭环控制实验,着重阐述了实验的硬件组成及原理,并给出相应的程序流程图和初始化程序.实验结果表明,该系统具有优良的性能和较好的品质。

关键词:单片机系统;温度;PID;闭环控制

中图分类号:TP503.1 文献标识码:A 文章编号:1001-7542(2003)03-0025-04

随着计算机技术、电子技术的飞速发展,微控制技术正以其优异的控制性能日益为工业所接受,特别是以单片机为核心的计算机控制系统在大、中、小过程控制中起重要作用.本文就以MCS -51单片机与PC 机连接组成单片机系统,以其为平台结合实际设计实验,利用成熟的PID 算法实现烤箱温度闭环控制,并模拟其控制曲线。

1 实验硬件组成

在一些简单的过程控制中,一般单片机作为控制的核心部件,将其嵌入到系统中来实现过程控制,由于大多数工业控制是一个复杂的过程,仅用单片机并不是最理想的选择,原因是许多复杂的过程需要大型程序,而在单片机上进行源程序的编辑、调试非常麻烦,速度慢、费时间.为此,将单片机与PC 机连接组成单片机系统,在PC 机上安装相应的软件,可以直接在PC 机上进行编辑、调试程序,需要时加载到单片机的ROM 中,这种方法具有编辑快、调试直观方便的特点.以该系统为平台的实验硬件结构框图如图1

所示。

图1

2 实验原理

在实现对温度、压强等物理量的控制中,PID 是一种较成熟的算法,该实验实现烤箱温度闭环控制,在设计实验中采用了这种算法。

2.1 PID 算法

在连续调节系统中,PID 算法的表达式为:

y (t )=K p [e(t)+1/T 1Q

e(t)dt +T D de(t)/dt]

式中:y (t))))调节器的输出信号 e(t))))调节器的偏差信号 K p )))调节器的比例系数收稿日期:2002-07-17作者简介:马俊(1973-),男(回族),青海民和人,青海师范大学物理系讲师。2003年

第3期 青海师范大学学报(自然科学版)

Journal of Qinghai Normal University(Natural Science) 2003

No.3

T 1)))调节器的积分时间 T D )))调节器的微分时间

2.2 在烤箱温度闭环控制中采用一热敏传感器,首先把过程参数进行采样,通过模拟量输入通道将其模拟量变成数字量,这些数字量输入PID 调节器,在调节器中与给定数字值进行比较,再把比较后的差值经PID 算法进行运算处理,运算结果经D /A 转换成模拟量后,有模拟量输出通道输出,并通过执行机构控制烤箱温度,以达到给定数字值,如图2

为烤箱温度闭环控制框图。

图2

2.3 在控制过程中对PID 相关参数要校正,其原则是:在控制的起始阶段取较小的PID 校正参数;当控制达到基本稳定时,根据系统的误差逐渐增大PID 校正参数,以获得平稳上升并消除稳态误差;当整个系统已基本稳定时,则根据系统要求和误差适当减小PID 校正参数,这样既消除误差,又提高了调节品质。

3 软件设计

3.1 控制系统的主程序和相关中断服务子程序流程图如图3所示,为了使温度控制响应速度快,必须选择系统的P 、I 、D 等参数,实验系统利用PLC 的高速运算和判断能力,由PID 算法子程序算出控制量,对扰动作出动态调节,

使稳态误差减小。

图3

3.2 软件设计

由于篇幅有限这里仅给出相应的初始化程序:

ORG 0000H

LJMP MAIN

,

MAIN :, ;主程序入口

26 青海师范大学学报(自然科学版) 2003年

,INIT :MOV A ,#00H ;初始化

MOV R 0,#40H

I 0:MOV

@R 0,A INC R 0

CJNE R 0,#80H ,I 0

MOV 5EH ,#01H

MOV

6AH ,#7F H MOV

68H ,#7FH MOV

90H ,#0FE H CLR

7FH MOV

TMOD,#21H MOV

IP ,#20H SETB

IT 1SETB

E X 1MOV

TH 0,#0EC H MOV

TL 0,#78H ;设置采样周期SETB

E T 0SETB

TR 0LCALL

TD ;8251SETB

E A

RET 4 实验结果

该控制系统调试过程中,给定温度为100e ,系统刚开始进行持续加热,当烤箱温度升直100e

左右

图4

时,由于PWM 脉冲作用,能够在给定温度范围内进行调节,反应性能良好,调节精度可达?1e .经改变烤箱内温度实验,系统同样快速自动调节,恢复时间约为5S ,其温度调节曲线如图4所示.

5 结语

本实验系统充分利用了多种控制功能,控制算法采用了参数子整定PID 算法,实现了精确的温度闭27第3期

马俊:基于单片机系统烤箱温度闭环控制实验的设计与实现

28青海师范大学学报(自然科学版)2003年

环控制.实验数据表明,该系统能实现各种家用电器温度实现精确控制,实用性强,但由于实验中将导线直接接在热敏传感器两端,存在因导线长度而进行温度补偿问题,有待于进一步改进完善.

参考文献:

[1]顾滨,赵伟军,王泰.单片微计算机原理、开发及应用[M].北京:高等教育出版社.2000,271,294.

[2]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社.1996,422-423.

[3]台方,张子萍,张明波,等.微型计算机控制技术[M].北京:中国水利水电出版社.2001,129-130.

Experiment design and achievement of ovenware temperature by

close circular control basison single chip microcomputer system

MA Jun

(Department of Physics,Qinghai Normal University,Xining810008,China) Abstract:This article is about the design of experiment of Ovenware temperature by close-circular control ba-sis on single chip microcomputer system,whose main part is the for mulation of hardware compose and principle with the relevant process of illustration and formatting.The results of this experiment shows that syste m has good function and quality.

Key words:single chip microcomputer system;temperature;PID;close circular control

51系列单片机闭环温度控制 实验报告

成绩： 重庆邮电大学 自动化学院综合实验报告 题目：51系列单片机闭环温度控制 学生姓名：蒋运和 班级：0841004 学号：2010213316 同组人员：李海涛陈超 指导教师：郭鹏 完成时间：2013年12月

一、实验名称： 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况： 1. 学生姓名： 2. 学号： 3. 班级： 4. 同组其他成员： 二、实验内容(实验原理介绍) 1、系统基本原理 计算机控制技术实训，即温度闭环控制，根据实际要求，即加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理如图： 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。

8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式： 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数 将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID 增量式算法： 3、硬件电路设计 在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。利用模拟加热的

基于PLC的温度控制闭环系统

1 绪论 1.1 课题背景 随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。 随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。 1.2 研究的主要内容 本课题的研究内容主要有： 1）温度的检测； 2）采用PLC进行恒温控制； 3）PID算法在PLC中如何实现； 4）PID参数对系统控制性能的影响； 5）温控系统人机界面的实现。

2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计 2.1系统控制要求 本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃，温度控制精度小于3℃，系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。 2.2系统设计思路 根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。 系统硬件框图结构如图所示: 图2.1系统硬件框图 被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0～10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现炉温的连续控制。 2.3系统的硬件配置 2.3.1 S7-200PLC选型 S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2] S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 SiemensS7-200 主要功能模块介绍： (1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU

AT89C51单片机温度控制系统

毕业设计（论文） 论文题目：AT89C51单片机温度控制系统 所属系部：电子工程系 指导老师：职称： 学生姓名：班级、学号: 专业：应用电子技术 2012 年05 月15 日

毕业设计（论文）任务书 题目：AT89C51单片机温度控制系统 任务与要求：设计并制作一个能够控制1KW电炉的温度控制系统，控制温度恒定在37--38度之间。 时间：年月日至年月日 所属系部：电子工程系 学生姓名：学号： 专业：应用电子技术 指导单位或教研室：测控技术教研室 指导教师：职称： 年月日

摘要 本设计是以一个1KW电炉为控制对象，以AT89C51为控制系统核心，通过单片机系统设计实现对保电炉温度的显示和控制功能。本温度控制系统是一个闭环反馈调节系统，由温度传感器DS18B20对保炉内温度进行检测，经过调理电路得到合适的电压信号。经A/D转换芯片得到相应的温度值，将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号，去调节加热器的通断，从而实现对保温箱温度的显示和控制。本文主要介绍了电炉温度控制系统的工作原理和设计方法，论文主要由三部分构成。①系统整体方案设计。②硬件设计，主要包括温度检测电路、A/D转换电路、显示电路、键盘设计和控制电路。③系统软件设计，软件的设计采用模块化设计，主要包括A/D转换模块、显示模块等。 关键词：单片机传感器温度控制

目录 绪论 (1) 第一章温度控制系统设计和思路 (2) 1.1温度控制系统设计思路 (2) 1.2 系统框图 (3) 第二章AT89C51单片机 (3) 2.1 AT89C51单片机的简介 (3) 2.2 AT89C51单片机的主要特性 (4) 2.3 AT89C51单片机管脚说明 (5) 第三章温度控制的硬件设备 (7) 3.1温度传感器简介 (7) 3.2 DS18B20工作原理 (8) 3.3 DS18B20使用中注意事项 (9) 第四章系统硬件设计 (10) 4.1温度采集电路 (10) 4.2 数码管温度显示电路 (11) 4.2.1 数码管的分类 (11) 4.2.2 数码管的驱动方式 (12) 4.2.3 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响 (13) 4.3 单片机接口电路 (14) 4.3.1 P0口的上拉电阻原理 (14) 4.3.2 上拉电阻的选择 (16) 4.4 单片机电源及下载线电路 (17) 4.5 温度控制电路 (18)

实验八单闭环温度恒值控制系统

实验八单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC机1台(含软件“THKKL-6”、“keil uVision3”及“Easy 51Pro”)； 3．51单片机下载线； 4．USB数据线。 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流24V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 本实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。

5.2 闭环电子控制系统的设计与应用(1)

如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V

5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k

单闭环温度恒值控制

单闭环温度恒值控制 姓名: 学号: 班级: 实验指导老师： 一、实验目的 1.理解温度控制的基本原理。 2.了解温度传感器的使用方法。 3.学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台。 2.THBXD数据采集卡一块（含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根）。 3.PC机1台（含软件“THBCC-1”）。 三、实验内容 1．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍控制。 2．设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制，并通过混合仿真实验，观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。 四、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的

热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为 Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 3．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 五、温度测量及放大电路图和温度控制系统的框图

试验一典型环节的电路模拟与软件仿真

THKKL-6型 控制理论·计算机控制技术实验箱 Control Theory & Computer Control-based Technology Experimental Case 实验指导书

目录 第一部分使用说明书 (1) 第一章系统概述 (1) 第二章硬件的组成及使用 (2) 第二部分实验指导书 (5) 第一章控制理论实验 (5) 实验一典型环节的电路模拟 (5) 实验二二阶系统的瞬态响应................................................................... 错误！未定义书签。 实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析........................................... 错误！未定义书签。 实验四线性定常系统的稳态误差........................................................... 错误！未定义书签。 实验五典型环节和系统频率特性的测量............................................... 错误！未定义书签。 实验六线性定常系统的串联校正........................................................... 错误！未定义书签。 实验七典型非线性环节的静态特性....................................................... 错误！未定义书签。 实验八非线性系统的描述函数法........................................................... 错误！未定义书签。 实验九非线性系统的相平面分析法....................................................... 错误！未定义书签。 实验十系统能控性与能观性分析........................................................... 错误！未定义书签。 实验十一控制系统极点的任意配置....................................................... 错误！未定义书签。 实验十二具有内部模型的状态反馈控制系统....................................... 错误！未定义书签。 实验十三采样控制系统的分析............................................................... 错误！未定义书签。 实验十四采样控制系统的动态校正....................................................... 错误！未定义书签。 第二章计算机控制技术基础实验 .............................................................. 错误！未定义书签。 实验一A/D与D/A转换.......................................................................... 错误！未定义书签。 实验二数字滤波器................................................................................... 错误！未定义书签。 实验三离散化方法研究........................................................................... 错误！未定义书签。 实验四数字PID调节器算法的研究 ...................................................... 错误！未定义书签。 实验五串级控制算法的研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验六解耦控制算法的研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验七最少拍控制算法研究................................................................... 错误！未定义书签。 实验八具有纯滞后系统的大林控制....................................................... 错误！未定义书签。 实验九线性离散系统的全状态反馈控制............................................... 错误！未定义书签。 实验十模糊控制系统............................................................................... 错误！未定义书签。 实验十一具有单神经元控制器的控制系统........................................... 错误！未定义书签。 实验十二二次型状态调节器................................................................... 错误！未定义书签。 实验十三单闭环直流调速系统............................................................... 错误！未定义书签。 实验十四步进电机转速控制系统........................................................... 错误！未定义书签。

转速电流双闭环不可逆直流调速系统的设计

武汉理工大学华夏学院 信息工程课程设计报告书 课程名称运动控制系统 课程设计总评成绩 学生专业班级自动化1113 学生姓名、学号10212411322 指导教师姓名李文彦 课程设计起止日期2014.9.9--2012.9.17

课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。 1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。 2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。 3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右。 4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。 5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。 6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考核成绩占25%左右。 7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。 8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。

基于单片机AT89C51的温度控制系统的设计

基于AT89C51单片机的温度测控系统设计 一、引言 随着现代化科技的进步，在很多工业控制场合需要非常精确的控制温度的变化，而在日常生活中，水温的智能控制应用也非常广泛，在这种环境下，便提出了智能水温控制系统。本设计一单片机AT89C51为控制核心，用K型热电偶作温度传感器，信号经放大后输入模数转换器ADC0809,转换后的数字量输入到单片机AT89C51中。单片机中采用PID控制算法对测量数据和设定数据进行处理，处理后的数据经数模转换器DAC0832转换为模拟量，以此来控制全隔离单相交流调压模块，从而控制锅炉水温稳定与设定值。 二、温度控制系统方案设计 采用K型热电偶测量温度，讲温度信号放大后通过A/D 转入单片机，单片机进行数滤波和PID运算处理后，结果经DAC0832转换为模拟量对全隔离单相交流调压模块进行控制，达到控制电炉水温的目的。系统方案如图1所示。

三、温度控制系统硬件设计 温度控制系统硬件包括：AT89C51单片机最小系统模块、A/D转换模块、D/A转换模块、信号放大电路、温控电路以及其它外围电路。 3.1单片机的选择 AT89C51是ATMEL公司采用CM0S工艺生产的低消耗、高性能8位单片机，与MCS-51单片机兼容，其功能特点为：(1)4K字节闪烁存储器(FLASH)，可进行1000次写。(2)静态操作，外界OHZ-24MHZ晶振。(3)三层程序存储器锁。(4)128字节内部数据存储器(RAM)。(5)32跟可编程输入，输出线。 (6)两个6位定时/计数器。(7)六个中断源。(8)一个可编程串口。(9)支持低功耗模式和掉电模式。非常适合用作控制系统设计。 3.2传感器电路和信号放大电路 采用K型热电偶作为温度传感器，它是一种能测量较高温度的廉价热电偶。它的价格便宜，重复性好，产生的热电势大，约为0.041mV/度，因而灵敏度很高，而且它的线性很好。虽然其测量精度略低，但完全满足工业测量要求，所以它是工业最常用的热电偶。由于热电偶输出的电压信号频率

实验十五 单闭环温度恒值控制系统

实验十五单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1．THBCC-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根) 3．PC机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验原理 1．温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源，控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同，直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2．温度测量端（温度反馈端） 温度测量端（反馈端）一般为热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为Rt＝R0（1＋at＋bt2） 式中Rt――温度为t ℃时的温度；R0――温度为0℃时的电阻； t――任意温度；a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；该电桥为直流电桥。 4．温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似，虽然控制对象不同，被控参数有差别，但对于计算机闭环控制系统的结构，却是大同小异，都有相同的工作原理，共同的结构及特点。 四、实验步骤 1、实验接线 1.1 用导线将温度控制单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端； 1.2 用导线将温度控制单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将温度变送器的“+”输出端接到数据采集卡的“AD1”处； 1.3打开实验平台的电源总开关。 2、脚本程序的参数整定及运行

51系列单片机闭环温度控制实验报告

成绩： 综合实验报告 题目：51系列单片机闭环温度控制 班级： 小组成员： 指导教师： 完成时间：2015年11月

一、实验名称： 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况： 1.实验项目组长： 2. 小组成员： 3.具体分工：负责程序编写，主要负责查询资料与实验报告撰写。 4.实验要求： ①设计硬件电路： 温度检测：采用热电偶或热电阻 温度给定：采用电位器进行模拟电压给定，0——5V AD转采用12位转换 显示采用8位LED，或者LCD1602显示 键盘4X4，PID等参数通过键盘设置。 ②软件 控制算法：数字PID，参数在线修改。 显示窗口：显示温度的设置值SV、温度的实际值PV。 实际温度值，温度峰值、峰值时间等通过串口上传到上位机(选做)

二、实验内容 1、系统基本原理(实验原理介绍) 根据实验要求，温度闭环控制，即对加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理图如下： 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。 8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式： 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数

最新过程控制工程模拟试卷(含答案)

《过程控制工程》考试试题 一、填空（20分） 1、定值控制系统是按（）进行控制的，而前馈控制是按（）进行控制的；前者是（）环控制，后者是（）环控制。前馈控制一般应用于扰动（）和扰动（）与扰动（）的场合。 2、串级控制系统能迅速克服进入（）回路的扰动，改善（）控制器的广义对象特性，容许（）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、试写出正微分与反微分控制作用的传递函数，画出它的阶跃响应，并简述各自的应用场合。（15） 三、前馈控制适用于什么场合？为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制 系统？对于扰动至测量值通道的传递函数为，控制作用对测量通 道的传递函数为的前馈—反馈控制系统，试求前馈控制规律 。（20分） 四、甲的正常流量为240kg/h，仪表量程为0~360kg/h；乙的正常流量为120NM3/h，仪表量程为0~240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统，画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。（15分）

五、如图示的加热炉，采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度恒定。（20分） 1、总进料量是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。 2、当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时，设计合理的控制方案，并作简要说明。 六、APC的涵义是什么？它主要包括哪些控制系统？（10分） 一、答： 1.定值控制系统是按（偏差）进行控制的，而前馈控制是按（扰动）进 行控制的；前者是（闭）环控制，后者是（开）环控制。前馈控制一般应用于扰动（可测）和扰动（显著）与扰动（频繁）的场合。

2.串级控制系统能迅速克服进入（副）回路的扰动，改善（主）控制器 的广义对象特性，容许（副）回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、答： 理想微分作用：；。 由于理想微分作用对高频分量要有巨大的 放大能量，无法达到。因此，实际情况： ；阶跃响应曲线如图： 当时，为正微分作用；如果则为反微分作用；当时，为 的单纯比例作用。 1.微分作用可以使系统开环频率特性幅值比增大，相位提前。微分作用量适当，可以使系统的稳定域度提高，最大偏差减小，回复时间缩短；对温度和成分控制系统，往往引入微 分控制。对真正的时滞，微分作用不能改善控制品质。对噪声大的对象，微分作用会把这些高频干扰放大的很厉害，将使系统的控制质量降低。因此，对流量和液位控制系统，一般不引入微分作用。如实必要，须先将测量信号滤波。 2.反微分作用常常用在噪声很大的流量系统控制。 三、答：

温度闭环控制电路设计

大连民族大学 温度闭环控制设计电路仿真 专业：通信工程 学生姓名：熊和艳 指导教师：吴宝春老师 完成时间：2015年4月26日

一、设计内容 1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。 2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系，并通过数码管显示温度的值，实现温度的测量。 3.并利用比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。 4.报警设置，当被测温度超出温度范围时，进行相应的报警设。 5.学会系统仿真、测量和测试。 二、方案实现及设计思路 1.当温度小于等于20℃时，系统自动加热。 2.当水温高于或等于50℃时，系统停止加热。 3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热、停止加热用不同的发光二极管。 4.系统流程图： 电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计

方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定各单元电路的组成方式。 电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。在该部分中，要详细拟定单元电路组成，性能指标及前后电路关系，明确采用的算法，理清思路。 器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体器件型号及计算相应的系数，计算量较大。主要分为①阻容原件的设计；②分立元件的选择；③模拟集成电路的相关计算。 电路仿真测试：使用Proteus 软件仿真，争取实现各单元的具体功能。 三、设计方法及步骤 1.系统框图 ⑴信号调理模块 由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化，故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号，然后加以放大。以便后一温度显示 检测对象 信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示 加热、停止检测

基于单片机的温度控制系统设计文献综述

基于单片机的温度控制 系统设计文献综述 前言 随着现代工业的发展，人们需要对工业生产中有关温度系统进行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚出炉的钢铁进行热处理，塑料的定型及各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行实时监测和精确控制温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。而且，很多领域的温度可能较高或较低，现场也会较复杂，有时人无法靠近或现场无需人力来监控。如加热炉大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制, 存在控制精度低、超调量大等缺点, 很难达到生产工艺要求。且在很多热处理行业都存在类似的问题，所以，设计一个较为通用的温度控制系统具有重要意义。这时我们可以采用单片机控制，这些控制技术会大大提高控制精度，不但使控制简捷，降低了产品的成本，还可以和计算机通讯，提高了生产效率. 单片机是指芯片本身，而单片机系统是为实现某一个控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统，这是单片机应用系统。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具

有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。 1.陈岩《基于ARM 的远程控制温控系统的设计》一个基于ARM的远程控制系统的设计.该系统以无线寻呼网络接收POCSAG编码的控制命令字,同时利用DIMF信号发送器将要反馈的数据通过公用电话网络以DTMF编码传送回去,从而实现了一个功能完整的远程控制系统,弥补了以往远程控制系统的不足同。 2．金凯鹏胡即明《基于模糊PID 算法远程温度控制系统的实现》针对实时温度控制对象,算法远程温度控制系统是一套远程控制系统,并结合了模糊PID控制算法,利用其电路组成和设计原理,实现了对远程温度系统的监视和控制功能.采集端主要实现温度采集、数码显示、温度设定、无线编码发射、加热开关控制等功能;监控部分主要实现无线解码接收、温度显示、报警等功能模块.本系统实现了实时控制与无线传输结合. 3.王晓员《基于单片机多点温度控制的硬件构建设计》针对目前许多塑料反应炉温度控制不准确的现状,进行了基于MCS-51系列单片机多点温度控制的硬件构建的设计.采用数字化温度传感器DS18820,TLC2543型号的12位开关电容运次逼近模数A/D转换器.成本低、可靠性高 4.王芳《利用单片机实现温度智能控制》温度控制系统是

基于S7-300PLC单闭环比值控制系统设计与实现 - 副本

摘要 在石油、化工生产过程中过程中，要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，所以严格控制其比例。尤其在生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行化学反应，如果比例失调，轻则造成产品质量不合格，重则会造成生产事故或发生人身伤害，给企业带来较大的损失。例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。比值控制的目的就是为了实现几种物料符合一定比例关系，以使安全生产正常进行。 在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。 关键词：比值控制；流量；可编程控制器；PID控制

目录 1设计背景 (1) 1.1课题研究的背景和意义 (1) 2比值控制系统概述 (2) 2.1比值控制系统定义 (2) 2.2比值控制原理 (2) 2.3比值控制系统特点 (2) 2.4比值控制系统的类型 (3) 2.4.1开环比值控制系统 (3) 2.4.2单闭环比值控制系统 (4) 3流量比值控制系统方案设计 (7) 3.1系统方案设计 (7) 3.2系统硬件设计 (7) 4上位机组态与程序设计 (10) 4.1WinCC的发展及应用 (10) 5PID参数整定及系统调试 (12) 5.1PID控制器 (12) 5.1.1PID控制器的优点 (13) 5.1.2控制规律的选择 (13) 5.2PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (14) 5.2.1比例控制对控制性能的影响 (14) 5.2.2积分控制对控制性能的影响 (15) 5.2.3微分控制对控制性能的影响 (17) 5.3控制系统的整定 (18) 5.3.1控制系统整定的基本要求 (18) 5.3.2调节器参数的整定方法 (18) 5.4调节器参数的整定及调试 (20) 总结 (23) 参考文献 (24)

基于单片机的温度控制系统硬件的设计方案

基于单片机的温度控制系统硬件设计 【摘要】随着国民经济的发展，温度控制系统已经被广泛的应用于社会生活的各个领域，如工农业、医疗、家庭、远程控制、环境测控等都需要用到温控系统。其中多采用功能强、体积小、可靠性高、造价低的89C51系列单片机进行温度控制。 本系统是基于MCS-51单片机的空调压缩机的温度控制系统，采用STC89C51作为温控系统的主控芯片，AD590作为温度传感器，外围采用模/数转换器ADC0809，空调压缩机相应电路来完成温控系统的设计。该系统采用多个AD590温度传感器同时对多点温度采样，再将温度信号转换成数字信号送入单片机，最后将得到的温度的平均温度通过LED显示出来。系统实现了空调压缩机的多点温度采样、温度设定、LED显示及温度门限报警的功能。 【关键词】温度控制STC89C51 AD590 ADC0809 多点采样LED显示

Design of Temperature Control System Based on SCM 【Abstract】Along With the development of the national economy, temperature control system has been widely used in various areas of social life, such as agricultural and industrial, medical, family, remote control, environmental control, and so on . They are all requiring temperature control system. Where make the use of strong functions, small size, high reliability, low cost of 89C51 series MCU temperature control. This system is based on MCS air-conditioning compressor with temperature control system, using STC89C51 as a temperature control system for the master chip, the AD590 as the temperature sensor, the perimeter with die/number converter ADC0809, air conditioning compressor corresponding circuit to complete temperature control system design. The system uses multiple AD590 temperature sensors at the same time-to-multipoint sample temperature, temperature signals into digital signals into a single chip, with the average temperature of temperature through the LED display. The system enables the air conditioning compressor temperature sampling, temperature setting, led display and temperature threshold alarm functionality. 【Key words】Temperature control STC89C51 AD590 ADC0809 multi-sampling LED display