基于-單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-開題報(bào)告書

1、-PAGE . z畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題 目：基于單片機(jī)的爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系：電氣信息學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生：肖鳳學(xué) 號(hào)： 6 指導(dǎo)教師：林國(guó)漢2021年 3 月14 日開題報(bào)告填寫要求1開題報(bào)告含文獻(xiàn)綜述作為畢業(yè)設(shè)計(jì)論文辯論委員會(huì)對(duì)學(xué)生辯論資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作前期完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報(bào)告容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載打印，制止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見。3文獻(xiàn)綜述應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫或打印在本開題報(bào)告第一欄目，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考

2、文獻(xiàn)應(yīng)不少于10篇不包括辭典、手冊(cè)，其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對(duì)于重要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為裝訂在開題報(bào)告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨(dú)成冊(cè)，隨畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說明書等資料裝入文件袋中。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文開 題 報(bào) 告1文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。文獻(xiàn)綜述溫度是生活及生產(chǎn)中最根本的物理量，自然界中任何物理、化學(xué)過程都與溫度嚴(yán)密聯(lián)系。隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的逐步提高，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中顯得越來(lái)越重要。在許多工業(yè)領(lǐng)域，都需要對(duì)各種熱處理爐、加熱爐、反響爐和鍋爐進(jìn)展控制，如軋鋼工業(yè)需要對(duì)鋼坯進(jìn)展前加

3、熱，塑料的定型、高精度模具制造，機(jī)床制造，量具等高精細(xì)儀器、機(jī)器都要求環(huán)境溫度管控。在這些領(lǐng)域?qū)囟鹊目刂浦陵P(guān)重要，溫度過低，達(dá)不到工藝的要求。溫度過高，不僅影響品質(zhì)，還會(huì)產(chǎn)生不必要的能源浪費(fèi)，甚至可能有爆炸的危險(xiǎn)。不同領(lǐng)域?qū)τ跍囟鹊纳舷聡y(cè)溫元件、控制精度都不盡一樣。一致的是現(xiàn)場(chǎng)一般都會(huì)比擬復(fù)雜，有的人無(wú)法靠近，有的不需要人來(lái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)?？偟膩?lái)說溫度控制復(fù)雜多樣，所以設(shè)計(jì)一個(gè)較為通用的溫度控制系統(tǒng)具有重要意義。眾所周知，加熱爐是一個(gè)具有強(qiáng)耦合性、強(qiáng)非線性、大滯后、時(shí)變等特點(diǎn)的典型的復(fù)雜工業(yè)被控對(duì)象，用傳統(tǒng)的控制方法對(duì)其進(jìn)展控制很難取得滿意的控制效果。隨著傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等不斷開展,為智

4、能溫度測(cè)控系統(tǒng)精度的提高和穩(wěn)定性改善等提供了條件，并得到日益開展和完善。以前，人們是通過模擬儀表對(duì)爐溫進(jìn)展控制，采用人工手動(dòng)操作，依據(jù)個(gè)人的工作經(jīng)歷和控制系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)相應(yīng)的設(shè)備，控制效果不太理想，生產(chǎn)也不穩(wěn)定。到了50年代隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，人們開場(chǎng)在工廠、實(shí)驗(yàn)室或其它測(cè)試環(huán)境中用計(jì)算機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)采集和處理。此時(shí)的計(jì)算機(jī)只起到了離線的應(yīng)用，且計(jì)算機(jī)與過程裝置之間沒有任何物理上的連接。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步開展，提供了計(jì)算機(jī)與過程裝置之間的接口，人們開場(chǎng)用直接連接方法，使計(jì)算機(jī)與變送器和執(zhí)行部件之間的信號(hào)雙向傳遞無(wú)需人工干預(yù)。1962年，英國(guó)帝國(guó)工業(yè)公司安裝了Ferranti Argus計(jì)算

5、機(jī)控制系統(tǒng)，替代全部模擬控制儀表，即模擬技術(shù)由數(shù)學(xué)技術(shù)代替，而系統(tǒng)功能保持不變，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用真正開場(chǎng)，經(jīng)歷了多年的研究和改良，到70年代中期進(jìn)入了集散控制系統(tǒng)的開展時(shí)期，爐溫控制也隨之進(jìn)步，方式不斷更新，算法也不斷深入，技術(shù)也日益成熟。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，在爐溫控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。電加熱爐具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象, 很難用數(shù)學(xué)方法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型, 用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難到達(dá)好的控制效果。而采用單片機(jī)進(jìn)展?fàn)t溫控制，不僅可以大提高控制質(zhì)量和自動(dòng)化水平，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。單片機(jī)通過控

6、制可控硅調(diào)控器的接通時(shí)間，來(lái)調(diào)節(jié)溫度的。只要改變可控硅管的接通時(shí)間便可改變加熱絲功率，以到達(dá)調(diào)節(jié)溫度的目的。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著集成電路技術(shù)的開展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷增強(qiáng)。單片機(jī)對(duì)溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制方法。從1976年Intel公司推出第一批單片機(jī)以來(lái)，80年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入高速開展時(shí)期，近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的開展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向開展。單片機(jī)主要用于控制

7、，它的應(yīng)用領(lǐng)域普及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、電視。要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)爐溫的控制，首先要對(duì)溫度進(jìn)展采樣，然后再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)返回給單片機(jī)。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)按9位二進(jìn)制數(shù)字給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測(cè)量圍55125，可編程為912位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端

8、引入，業(yè)可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只需一根端口線就能與多個(gè)DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。電爐溫度控制技術(shù)開展日新月異，從模擬PID、數(shù)字PID到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制，展到智能控制，每一步都使控制的性能得到了改善。在現(xiàn)有的電加熱爐溫度控制方案中，PID和模糊控制應(yīng)用最多，也最具代表性。本設(shè)計(jì)選用PID算法。PID控制具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于可建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型確實(shí)定性控制系統(tǒng)。程控制領(lǐng)域仍有近90的回路在應(yīng)用P

9、ID控制策略。PID控制中一個(gè)關(guān)鍵的問題便是PID參數(shù)的整定。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，許多被控過程機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線性、時(shí)變不確定性和純滯后等特點(diǎn)。在噪聲、負(fù)載擾動(dòng)等因素的影響下，過程參數(shù)甚至模型構(gòu)造均會(huì)隨時(shí)間和工作環(huán)境的變化而變化。這就要求在PID控制中，不僅PID參數(shù)的整定不依賴于對(duì)象數(shù)學(xué)模型，并且PID參數(shù)能夠在線調(diào)整，以滿足實(shí)時(shí)控制的要求。智能控制是一門新興的理論和技術(shù)，它是傳統(tǒng)控制開展的高級(jí)階段，主要用來(lái)解決那些傳統(tǒng)方法難以解決的控制對(duì)象參數(shù)在大圍變化的問題，其思想是解決PID參數(shù)在線調(diào)整問題的有效途徑。由于硬件條件有限，本次設(shè)計(jì)主要由仿真軟件實(shí)現(xiàn)。Proteus軟件是英國(guó)Labce

10、nter electronics公司出版的EDA工具軟件。它能進(jìn)展模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路、RS232動(dòng)態(tài)仿真、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD、LED系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。Proteus具備原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、PCB設(shè)計(jì)功能，可以通過調(diào)入程序的編譯結(jié)果.he*或.cof文件來(lái)調(diào)試單片機(jī)程序，還可直接嵌入到Microchip公司的單片機(jī)調(diào)試和仿真。Proteus的特色是能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真、在仿真過程中，用戶可以用鼠標(biāo)單擊開關(guān)、鍵盤、電位計(jì)、可調(diào)電阻等外設(shè)設(shè)備，使單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)輸入信號(hào)做出相應(yīng)的響應(yīng)，并將響應(yīng)處理結(jié)果根據(jù)所編制的軟件在顯示器上顯示，

11、整個(gè)過程與硬件仿真器的調(diào)試過程相似。因此，在缺乏硬件的情況下，這是款非常實(shí)用的仿真軟件。其仿真原理圖經(jīng)歷證后可直接應(yīng)用到顯示中。本次設(shè)計(jì)總體表達(dá)了基于單片機(jī)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中溫度的控制與設(shè)計(jì)，包括硬件組成和軟件的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上主要是通過溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)展采集，把溫度轉(zhuǎn)換成變化的電壓，然后由放大器將信號(hào)放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字溫度信號(hào)電壓。其硬件設(shè)計(jì)中最為核心的器件是單片機(jī)，它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字溫度電壓值經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到相應(yīng)的溫度值，送到顯示器，以數(shù)字形式顯示測(cè)量的溫度。整個(gè)系統(tǒng)的軟件編程對(duì)單片機(jī)實(shí)

12、現(xiàn)其控制功能。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造緊湊，簡(jiǎn)單可靠，操作靈活，功能強(qiáng)大，性能價(jià)格比高，較好的滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)和科研的需要。參考文獻(xiàn)1. 傅豐林，模擬電子線路根底 M. ：電子科技大學(xué)，2001.12. 江志紅，51單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)案列精選 M. ：清華大學(xué)，2021.123. 文東、鵬飛， C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) M. ：中國(guó)人民大學(xué)，2021.24. 加國(guó)，單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì) M. ：清華大學(xué)，2021.35. 康華光、鄒壽彬，電子技術(shù)根底(數(shù)字局部第四版).：高等教育，2004.66. 三恒星科技.MCS 51單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例M.：電子工業(yè)，2021.17友德，單片機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M

13、.，復(fù)旦大學(xué),1992.98毅剛、喜源、譚曉鈞，曲春波.MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M.工業(yè)大學(xué)，2001.1.9巧媛，單片機(jī)原理及應(yīng)用M.，電子工業(yè)，1997.1010Rajagopal KR puter aided design of a hysteresis motor used in space application 200311.俊謨.單片機(jī)中高級(jí)教程原理與應(yīng)用第2版.：航空航天大學(xué)，2006.12.樓然苗，光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). ：航空航天大學(xué)，2007.13. 賴壽宏.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). ：機(jī)械工業(yè).200314. 邊春遠(yuǎn)，王志強(qiáng).51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.人民郵電.200515

14、. *愛鈞.基于proteus虛擬仿真.電子工業(yè).2021畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文開 題 報(bào) 告開題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題開展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報(bào) 告課題目的與意義熱處理設(shè)備是實(shí)現(xiàn)熱處理工藝的根底和保證，直接關(guān)系到熱處理技術(shù)水平的上下和工件質(zhì)量的好壞。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，除要求有較高的控制精度外，還要求能對(duì)溫度的上升速度及下降速度進(jìn)展控制。用常規(guī)的控制方法，控制是有限的，難以滿足較高的性能要求。單片機(jī)具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)。采用單片機(jī)作為核心控制元件，有其很高的可靠性、高性能，不僅可以解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不能解決的問題，而

15、且還可以簡(jiǎn)化電路、增加或增強(qiáng)功能、提高控制精度和可靠性、增強(qiáng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化程度、縮短系統(tǒng)研制周期、降低本錢、易于升級(jí)和維護(hù)，而且還具有可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際的應(yīng)用中，許多被控過程機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線性、時(shí)變不確定性和純滯后等特點(diǎn)。在噪聲、負(fù)載擾動(dòng)等因素的影響下，過程參數(shù)甚至模型構(gòu)造均會(huì)隨時(shí)間和工作環(huán)境的變化而變化。這就要求在PID控制中，不僅PID參數(shù)的整定不依賴于對(duì)象數(shù)學(xué)模型，并且PID參數(shù)能夠在線調(diào)整，以滿足實(shí)時(shí)控制的要求。智能控制是一門新興的理論和技術(shù)，它是傳統(tǒng)控制開展的高級(jí)階段，主要用來(lái)解決那些傳統(tǒng)方法難以解決的控制對(duì)象

16、參數(shù)在大圍變化的問題，其思想是解決PID參數(shù)在線調(diào)整問題的有效途徑。加熱爐復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性以及繁瑣的工藝流程使得認(rèn)為的操作會(huì)給產(chǎn)品的質(zhì)量帶來(lái)很大的影響，而在自動(dòng)化程度較高的控制系統(tǒng)下，人為的失誤對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響就比擬低，這樣的產(chǎn)品整體的良率就會(huì)到達(dá)比擬高的水平，加熱爐中生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和自開工藝管理控制可以縮短生產(chǎn)周期，并提高產(chǎn)量和質(zhì)量，使得生產(chǎn)效率提高，增加企業(yè)效益。課題開展現(xiàn)狀和前景展望由于工業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛開展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法開展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度測(cè)控系統(tǒng)開展迅速，尤其是控制方面，在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得顯著成果。在這方面，

17、以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化、性能優(yōu)異的溫度控制儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度測(cè)控系統(tǒng)，具有參數(shù)自整定功能和自學(xué)習(xí)功能，即溫控器對(duì)控制對(duì)象、控制參數(shù)及特性進(jìn)展自動(dòng)整定，并根據(jù)歷史經(jīng)歷及控制對(duì)象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，國(guó)外溫度控制儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向開展。微處理技術(shù)的開展和數(shù)字智能式控制器的實(shí)際應(yīng)用，在控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一系列新的技術(shù)課題之一的被控對(duì)象動(dòng)靜態(tài)參數(shù)、控制系統(tǒng)構(gòu)造、參數(shù)發(fā)生較大圍變化的情況下，控制系統(tǒng)仍能滿足給定的品質(zhì)指

18、標(biāo)，這是自適應(yīng)控制的最根本特征， 自適應(yīng)PID 控制可以在線不斷整定參數(shù)，克制干擾，跟蹤系統(tǒng)的時(shí)變特性，使控制對(duì)象到達(dá)一定的目標(biāo)。同時(shí)，隨著現(xiàn)代控制理論諸如智能控制、自適應(yīng)模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等研究和應(yīng)用的開展與深入，為控制復(fù)雜無(wú)規(guī)則系統(tǒng)開辟了新途徑，逐步弱化或取消了對(duì)受控對(duì)象數(shù)學(xué)模型構(gòu)造不變的限制。電爐溫度控制技術(shù)開展日新月異，從模擬PID、數(shù)字PID到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制，展到智能控制，每一步都使控制的性能得到了改善。隨著社會(huì)需要和技術(shù)開展，優(yōu)化算法的種類會(huì)越來(lái)越多并越來(lái)越完善，也會(huì)有越來(lái)越多的優(yōu)化算法被提出并在不同的應(yīng)用場(chǎng)合中出現(xiàn)，其優(yōu)越性也會(huì)越來(lái)越明顯，在目前的研究中，只有幾種根本的

19、和改良的優(yōu)化算法在爐溫優(yōu)化設(shè)定中應(yīng)用。可以預(yù)見，在以后的研究工作中，將會(huì)有更多先進(jìn)的優(yōu)化算法應(yīng)用于爐溫的優(yōu)化設(shè)定。智能控制的優(yōu)越性、有效性已經(jīng)無(wú)法被取代，它已經(jīng)成為現(xiàn)在控制技術(shù)的主要手段和方法，并且可以與其他多種控制方法進(jìn)展結(jié)合，在爐溫控制中，主要是采用智能控制方法或智能控制與其他方法相結(jié)合。隨著計(jì)算機(jī)的普及及計(jì)算機(jī)性能的提高，計(jì)算機(jī)控制也逐漸開展并完善起來(lái)，智能控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，也是加熱爐控制方法的一種趨勢(shì)!課題主要容和要求本論文研究了以電爐為控制對(duì)象，基于單片機(jī)的爐溫控制系統(tǒng)。該溫度控制系統(tǒng)按功能分主要包括了顯示模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、鍵盤模塊、報(bào)警模塊，采用雙向晶閘管作為無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)對(duì)爐溫