基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計-開題報告

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計-開題報告畢業(yè)生論文選題報告

學(xué)號姓名學(xué)科指導(dǎo)老師日期20xx年

電子工程系電氣自動化教研室

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第二篇：溫度控制系統(tǒng)開題報告4200字

論文題目：HT100燙金機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

學(xué)院：專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：導(dǎo)師姓名：開題時間：年月日

1．課題背景及意義

1.1課題研究背景、目的及意義

在現(xiàn)在的社會生活中,燙金機(jī)廣泛的應(yīng)用于小面積的紙張，皮革，塑料工藝制作，化妝品行業(yè)的包裝制作，玩具行業(yè)，文具行業(yè)以及各種包裝行業(yè)等等，而完美的燙金效果主要取決于溫度，壓力，燙金速度等方面，因此要控制好燙金效果，對溫度的控制至關(guān)重要。燙金機(jī)的溫度必須控制在一定的范圍內(nèi)，才能保證良好的效果。如果溫度過高，融化過度，燙印圖文周圍的電化鋁就會融化脫落，同時溫度過高也會是燙印產(chǎn)品亮度降低，失去金屬光澤。如果溫度過低，融化不充分，會造成燙印不上或燙印不牢，易脫落，印記發(fā)花等。

本文擬設(shè)計一個燙金機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，控制燙金機(jī)的溫度使其在理想的溫度下工作，保證燙金的質(zhì)量，滿足工藝生產(chǎn)的要求。

而且隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)深入到人們生活的各個方面，溫度控制是一個與人們生活息息相關(guān)的實際問題，對溫度控制的精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求也越來越高，因此設(shè)計溫度控制系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)有和實際意義。因此溫度檢測控制技術(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項重要技術(shù)。溫度控制技術(shù)經(jīng)歷了三個階段：1、定值開關(guān)控制；2、PID控制；3、智能控制。用單片機(jī)做為處理器的溫度控制系統(tǒng)得到廣泛了的應(yīng)用。通過單片機(jī)來控制燙金機(jī)加熱的過程促進(jìn)了生產(chǎn)過程的自動化。而生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段。采用溫度控制系統(tǒng)來控制溫度具有重要作用。

1.2課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢

國外對溫度控制的研究較早，始于20世紀(jì)70年代，先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示,記錄和控制。80年代末形成了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的集成度越來越高，多種功能集成在一個芯片中，使系統(tǒng)電路更簡潔，功能實現(xiàn)更方便，在多種環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的工作[1]。我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。在技術(shù)上以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，與發(fā)達(dá)國家相比，仍存在較大差距。但是20世紀(jì)90年代溫度的控制也成為國內(nèi)學(xué)者研究的重要內(nèi)容，越來越多與溫度控制有關(guān)的論文在科技刊物上發(fā)表[2]?，F(xiàn)在溫度控制系統(tǒng)也應(yīng)用在了燙金機(jī)上。近10年來在溫度控制方法上有了快速的發(fā)展，已從傳統(tǒng)的直接控制變成PID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和遺傳算法等控制方法。而溫度的測量方法也有了很大發(fā)展，目前國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀有熱膨脹式溫度計、電1

阻溫度計、熱電偶、輻射式測溫儀表等。使用比較普遍的溫度傳感器有鉑金屬傳感器，適用于中高溫度測量，以及便于信號采集和處理的數(shù)字溫度傳感器DS18B20[3][4]。

2.畢業(yè)設(shè)計研究內(nèi)容及任務(wù)

2.1研究內(nèi)容

設(shè)計一個HT100燙金機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，選擇溫度傳感器，并設(shè)計溫度傳感器的后級放大電路，提取被控對象(溫度)的數(shù)學(xué)模型，對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，選擇一兩種控制算法，設(shè)計單片機(jī)的硬件電路以及加熱器的主電路，并設(shè)計出軟件程序。

對該系統(tǒng)的性能要求如下：

1、溫度在200-400℃之間可調(diào)，保持穩(wěn)定；

2、控制精度為±2℃；

3、誤差范圍為≤3％。

2.2設(shè)計思想及設(shè)計方案

設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)要保證溫度在一定的范圍內(nèi)變化，并保持穩(wěn)定。開環(huán)控制系統(tǒng)簡單但控制精度難以保證，而閉環(huán)系統(tǒng)可以通過補償保證精度[5]。本文設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)擬采用溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測，將其采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，反饋到加熱電路，來控制溫度，使其穩(wěn)定，用鉑金屬傳感器測量加熱電阻的溫度，用DS12B20測量環(huán)境的溫度用以對加熱電阻的溫度的補償。溫度傳感采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)過放大電路放大后送到單片機(jī)（識別的信號為0-5V）[6]，單片機(jī)把采樣值與設(shè)定值相比，然后產(chǎn)生PWM波形，通過驅(qū)動電路來驅(qū)動IGBT，對IGBT的門級驅(qū)動來調(diào)整IGBT的開通與關(guān)斷時間[7]，調(diào)節(jié)交流電的頻率，控制交變磁場的強度，進(jìn)而調(diào)節(jié)電流大小，對加熱電路控制，進(jìn)而控制燙金機(jī)的溫度。8051單片機(jī)具有40個引腳，4個I/O接口，適用于本系統(tǒng)的控制與編程，故選用8051[8]。被控對象為溫度，屬于大慣性變量，可以假設(shè)為一階慣性環(huán)節(jié)[9]，所以采用迷糊控制較為合適。

本文設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)包括整流電路、加熱電路、放大電路三個部分。溫度控制系統(tǒng)擬采用兩種控制方法：一種是迄今為止最通用的適合非復(fù)雜系統(tǒng)的控制方法，常規(guī)PID控制[10]。第二種是得到廣泛應(yīng)用、適合于復(fù)雜控制系統(tǒng)(家電、冶金?；?的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法[11][12]。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法是模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，也成為種控制方法發(fā)展的趨勢[13]。本文對這兩種方法進(jìn)行介紹。利用模塊化建模工具M(jìn)atlab/Simulink建立溫度控制系統(tǒng)模型[14]。對設(shè)計的溫度系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果應(yīng)該和所要求的性能指標(biāo)一致，并對常規(guī)PID控制與模糊控制的系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行對比。

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2.3畢業(yè)設(shè)計擬采用方法和手段

系統(tǒng)的整流電路采用6個二極管對380V的交流電路進(jìn)行整流，將交流電能變?yōu)橹绷麟娔躘15]，在整流電路后并聯(lián)一個濾波電容，對其進(jìn)行濾波，為熱電阻提供加熱電壓。加熱電路用一個熱電阻與一個IGBT串聯(lián)，用PT100傳感器檢測熱電阻的溫度，經(jīng)過放大電路之后將信號變?yōu)?-5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，然后傳送到單片機(jī)，用DS18B20檢測環(huán)境溫度，可直接將信號傳送到單片機(jī)。系統(tǒng)采用8051作為處理器，并與上位機(jī)PC相連接，隨時改變參數(shù)，設(shè)定溫度值以及溫度的上限，對目標(biāo)溫度區(qū)間設(shè)定多個溫度段[16]在軟件程序中擬采用PID控制算法及模糊算法，并設(shè)計產(chǎn)生PWM波的子程序，產(chǎn)生的PWM經(jīng)驅(qū)動電路控制加熱電路的工作狀態(tài)，同時也要設(shè)計一個中斷程序，當(dāng)燙金機(jī)工作出現(xiàn)故障時產(chǎn)生中斷同時停止工作，以及一個報警程序.當(dāng)系統(tǒng)溫度超過上限值時報警，保證系統(tǒng)安全。最后要對系統(tǒng)進(jìn)行整體的Matlab仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，與理論計算結(jié)果進(jìn)行比較。

3畢業(yè)設(shè)計工作計劃及進(jìn)度安排

第1周

第2周

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第5周

第6周

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第10周

第11周

第12周

第13周

第14周

第15周

第16周

第17周查詢國內(nèi)外相關(guān)資料，了解課題的相關(guān)內(nèi)容。查閱文獻(xiàn)，初步確定設(shè)計方案，撰寫開題報告；外文翻譯。完成開題報告，方案論證；完成外文翻譯。完善課題設(shè)計方案，實施方法。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計。加熱器主電路設(shè)計。驅(qū)動、保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計。溫度傳感器信號檢測與轉(zhuǎn)換設(shè)計。單片機(jī)最小系統(tǒng)單元設(shè)計?？刂苹芈方涌陔娐吩O(shè)計。軟件流程設(shè)計，主程序設(shè)計。各功能子程序設(shè)計，完善硬件、軟件設(shè)計。論文總體框架撰寫。撰寫論文主題部分，各章節(jié)原理，線路。修改、完善論文內(nèi)容。整理論文內(nèi)容，格式編輯，準(zhǔn)備答辯。答辯。

4.主要參考文獻(xiàn)

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