温度控制系统精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的温度控制系统主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：温度控制系统范文

关键词:温度控制;PID算法;单片机

中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)09-2216-02

The Design of the Temperature Control System for Aquarium

XIONG Jie, ZHANG Li-yong

(Technology Information, Yangtze University Department of Engineering and Technology, Jingzhou 434020, China)

Abstract: This paper introduces a method about the design of the temperature control system for Aquarium. System takes the 89C51 as a core, discuss the design from not only hardware but also software. Adopted PID control algorithm keeps the temperature precise and stable. This paper gives the actual measured data, realized the Aquarium temperature control system design.

Key words: temperature control; PID algorithm; single chip

温度是一个基本的物理量,也是一个极为普遍又极为重要的热工参数之一,几乎所有的科研和生产过程都和温度密切相关。因而,准确地测量和控制温度,对于获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。

本设计主要是对特定空间内的温度进行精准的控制。在一个密闭的空间里,把温度作为控制目标,无论是在启动或设定值的升降,还是各种干扰因素,我们都希望系统能向快、稳、准这三方面靠近。温控系统的控制电路由单片机控制继电器来调节电热丝和风扇达到加热和制冷目的,一旦温度的超调,控制系统的非线性、时滞性和不确定性等相关因素的出现,一般的控制方式达不到要求。因此,在软件上采用PID算法,在硬件上采用PWM(脉宽调制)控制继电器工作,实现升温和降温的处理。

1 整体框架设计

系统是以单片机为控制核心,其整体结构如图1所示,温度传感器从鱼缸中采集温度送入单片机,通过键盘中输入的设定温度进行比较,采用PID控制算法进行处理,通过控制电路对与刚好进行温度调节最后达到稳定,同时显示屏上进行显示当前温度曲线。

2 硬件电路设计

硬件电路包含键盘显示电路和温度采集控制电路两部分内容:

2.1 键盘显示电路

1)键盘电路:系统键盘由四个按键组成,分别实现“设定初始温度加一”,“初始温度减一”,“开始/原始坐标系”,“放大坐标系”等功能。

“设定初始温度加减一”两个按键可以用来设定鱼缸的预置温度;“开始/原始坐标系”是系统进行初始化后用户用来使系统开始工作;系统采用两种坐标系进行温度曲线的显示,“放大坐标系”可以使坐标放大,即使温度曲线精度更高。初始时系统显示曲线范围是0-40摄氏度,放大坐标放温度范围是30-34摄氏度。

2)显示电路:显示电路LCD液晶显示器TS12864A构成,通过控制单片机的I/O来实现浴缸温度在LCD的实时显示。该显示屏可以通过键盘中的放大坐标按键可以调整坐标的范围,使其更有利于观察温度的变化;并能显示温度从开始到稳定所需要的时间。

2.2 温度采集与控制电路

1) 温度采集电路:温度采集电路采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20数字温度采集器组成,该芯片独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,该数字温度传感器接线简单,编程方便,可与单片机直接相连。

2) 温度控制电路:温度控制电路主要是执行鱼缸的制冷与升温操作,其控制命令通过分析采集的数据进行判断处理。

温度控制电路中若采集温度高于设定温度,则P1.3端置0,P1.2置1,继电器开关置右边,处于降温状态,反之则P1.3置1,P1.2置1,处于升温状态;若设定温度与采集温度相等则P1.2置0,使继电器两端的加热丝和电风扇的压降为零处于非工作状态。

3 软件系统设计

该系统硬件部分较简单,主要是软件部分的实现,系统上电复位,首先对各存储单元进行初始化,并对LCD进行初始化,显示开机界面,提示是否进入系统,若开始按键按下,则进入系统,判断放大坐标系是否按下,若按下则以温度为30―34坐标系显示,反之,以0―40坐标系显示;调用温度采集程序采集鱼缸温度,并与设定温度进行判断,调用处理子程序进行控制,该温度控制算法采用PID算法来实现。其流程图如图2所示。

4 系统测试

首先通过软件仿真实现系统的功能,最后通过硬件焊接实现了鱼缸的温度控制系统的设计。其仿真的结果如图3所示。

温度调节时间结果记录如表1:

表1 实际测试结果

分析可知,温差相同时,升温时间比降温时间要快,原因在于升温采用电阻丝加热,而降温采用的是12V普通风扇降温,效率较低。若采用加热致冷芯片来完成升温和降温则温度稳定时间会更少。

5 小结

通过软件仿真,系统实际设计制作,最终完成了系统的设计,该系统简单实用,成本低,可靠性强,安装方便简单,可扩展声光报警等功能。

参考文献:

[1] 徐爱钧.8051单片机实践教程[M].北京:电子工业出版社,2005.

第2篇：温度控制系统范文

在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。

二、温度检测的设计

系统测温采用AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：

1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即：，式中：Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。

2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃；

3、AD590的电源电压范围为4V～30V；

4、输出电阻为710MW；

5、精度高。

AD590温度传感器输出信号经放大电路放大10倍，再送入模/数转换器ADC0804，转换后送单片机。根据AD590温度传感器特性以及放大10倍后的电压值与现场温度的比较发现，实际温度转换后送入单片机的值与按键输入数值之间有一定的差值，模/数转换器送入单片机的数值是按键输入值得2.5倍。由于单片机不能进行小数乘法运算，所以先对按键输入进行乘5，然后根据运算结果及程序状态字的状态再进行循环右移一位，如果溢出标志位为低电平时直接对累加器进行一次带进位循环右移，如果溢出标志位为高电平时，先对进位标准位CY位置为高电平，然后再进行一次带进位循环右移，通过上述操作使按键输入的温度值与模/数转换器送入单片机的温度值相统一。

三、具体电路连接如图所示

四、软件编程

单片机温度控制系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能实现对温度的控制，需要给单片机编写程序，下面给出了温度控制系统的编程方法。

ORG00H

START：ANLP1，#00H；显示00

JBP3.4，$；T0=0？有键按下？

CALLDELAY1；消除抖动

JNBP3.4，$；T0=1？放下？

MOVR0，#00；计温指针初值

L1：MOVA，R0；计温指针载入ACC

MOVP1，A；输出至P1显示

MOVR5，#10；延时1秒

A1：MOVR6，#200

D1：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.4，L2；第2次按下T0？

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

DJNZR5，A1

INCA

DAA

MOVR0,A

JMPL1

L2：CALLDELAY1；第2次按消除抖动

JBP3.4，L3；放开了没？是则

；跳至L3停止

JMPL2

L3:MOVA，R0

CALLCHANGE

MOV31H,A；下限温度存入31H

JBP3.5，$；T1=0？有键按下？

CALLDELAY1；消除抖动

JNBP3.5，$；T1=1？放开？

MOVR0，#00；计温指针初值

L4：MOVA，RO；计温指针载入ACC

MOVP1，A；显示00

MOVR5，#10；延时1秒

A2：MOVR6，#200

D2：MOVR7，#248；0.5毫秒

JNBP3.5，L5；第二次按下T1？

DJNZR7，$

DJNZR6，D2

DJNZR5,A2

ADDA,#01H

DAA

MOVR0,A

JMPL4

L5:CALLDELAY1；第2次按消除抖动

JBP3.5，L6；放开了？是则跳至L6

JMPL5

L6：MOVA，RO；

CALLCHANGE

MOV30H，A；上限温度存入30H

DELAY1：MOVR6，#60；30毫秒

D3：MOVR7，#248

DJNZR7，$

DJNZR6，D3

RET

CHANGE：MOVB，#5

MULAB

JNOD4

SETBC

D4：RRCA

RET

MOV32H，#0FFH；32H旧温度寄存

；器初值

AAA：MOVX@R0，A；使BUS为高阻抗

；并令ADC0804开始转换

WAIT：JBP2.0，ADC；检测转换完成否

JMPWAIT

ADC：MOVXA，@RO；将转换好的值送入

；累加器

MOV33H，A；将现在温度值存入33H

CLRC；C=0

SUBBA，32H

JCTDOWN；C=0取入值较大，表示

；温度上升，C=1表示下降

TUP：MOVA，33H；将现在温度值存入A

CLRC

SUBBA，30H；与上限温度作比较

JCLOOP；C=1时表示比上限小须

；加热，C=0表示比上限大，停止加热

SETBP2.1

JMPLOOP

TDOWN：MOVA，33H；将现在温度值存入A

CLRC

SUBBA，31H；与下限温度作比较

JNCLOOP；C=1时表示比下限小，须

；加热，C=0表示比下限大

CLRP2.1；令P2.1动作

LOOP：MOV32H，33H

CLRA

MOVR4，#0FFH；延时

DJNZR4，$

JMPAAA

END

五、结语：

本文给出了用单片机在0℃～99℃之间，通过用户设置温度上限、下限值来实现一定范围内温度的控制；给出了温度控制系统的硬件连接电路以及软件程序，此系统温度控制只是单片机广泛应用于各行各业中的一例，相信通过大家的聪明才智和努力，一定会使单片机的应用更加广泛化。

参考文献：

[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001.7

[2]万光毅，严义，邢春香.单片机实验与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.4

第3篇：温度控制系统范文

关键词：SST89E564RC单片机；温度控制；系统设计

Abstract: SCM has a small volume, strong function, low cost, wide application range and other advantages, can say, intelligent control and automatic control core is the microcontroller. In the modern industrial production, current, voltage, temperature, pressure, flow, flow rate and switching capacity is accused of main parameters. In this paper, from two aspects of hardware and software design are introduced in this paper the multi-point temperature heating control system using SST89E564RC microcontroller and a new temperature measurement devices, according to the set of real-time control of the temperature of each point of the indoor heating system, so as to improve the living comfort and heating economy.

Key words: SST89E564RC MCU; temperature control; system design

中图分类号：F407.63

1.单片机温度控制系统的组成及工作原理在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不高。以下简单分析了单片机温度控制系统设计过程及实现方法。现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大后送模/数转换器转换为数字信号送单片机，单片机根据输入的温度控制范围通过继电器控制加热设备完成温度的控制。本系统的测温范围为0℃～99℃，启动单片机温度控制系统后首先按下第一个按键开始最低温度的设置，这时数码管显示温度数值，每隔一秒温度数值增加一度，当满足用户温度设置最低值时再按一下第一个按键完成最低温度的设置，依次类推通过第二个按键完成最高温度的设置。然后温度检测系统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。下面将以SST89E564RC单片机为例进行温度控制分析。

2.系统设计目标

系统总体设计思想是以SST89E564RC单片机为控制核心，整个系统硬件部分包括温度检测部分、控制执行部分、显示及键盘系统及最小系统基本电路。系统利用单片机获得温度传感器数据并与系统设计值进行比较，根据比较结果分别控制执行系统。温度控制系统控制框图如图1所示。

3.系统硬件设计

根据系统所需完成的功能，设计系统硬件结构如图2所示。

3.1 控制核心。系统采用SST89E564RC单片机作为控制核心，进行温度采集、信息显示及执行机构的控制。SST89E564RC是美国SST公司推出的高可靠、小扇区结构的FLASH单片机，内部嵌入72 KB的Super-Flash，1 KB的RAM，通过对其RAM做进一步扩展，可满足嵌入系统操作系统的运行条件。

3.2 温度传感器。温度传感器采用Dallas半导体公司的数字化温度传感器DSl8820。该传感器支持“一线总线”接口，可方便地进行多点温度测量，还可以程序设定9～12位的分辨率，最高精度为±0．062 5℃，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存。该产品支持3～5．5 V的电压范围，因其体积小使系统设计更灵活、方便。DSl8820的管脚排列如图3所示，其中DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输人端。

DSl8820内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DSl8820的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个DSl8820都各不相同，这样就可以实现1根总线上挂接多个DSl8820的目的。

DSl8820温度传感器的内部存储器包括9 B高速暂存RAM和1 B非易失性的可电擦除的E2PROM，后者存放高温度和低温度触发器TH，TL和结构寄存器，该字节第7位(TM)为0，低5位一直都是1，第6，5位(R1，R0)用来设置分辨率，如表1所示。

根据DSl8820的通信协议，主机控制DSl8820完成温度转换必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对其进行复位，复位成功后发送1条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DSl8820进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500μs，然后释放，DSl8820收到信号后等待16～60μs左右，后发出60～240μs的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。由于DSl8820采用的是单线进行控制与读取数据，因此对操作的时序要求非常严格，否则由于时序不匹配，将无法完成对器件的正确操作。

3.3 控制执行那分。(1)壁挂炉燃烧系统控制。控制电路采用了脉冲继电器器件作为整个系统的总控部分，当所有居室温度均达到设定值时，停止壁挂炉的工作。该继电器的特点是：当线圈收到一个脉冲信号后，线圈通电，电磁铁吸合，带动触头闭合接通需要控制的电路，当下一个信号到来后，电磁铁吸合，触头断开，切断被控制的电源，因此其具有自锁和信号遥控功能。由于磁铁的作用，控制脉冲消失后滑片位置不发生变化，保持稳定状态，所以该器件具有功耗小、具有记忆功能。(2)居室温度控制。各居室温度控制在燃烧控制系统工作前提下，根据各居室温度测量返回值，采用上海欧凯电磁阀制造有限公司生产的OK6515自保持脉冲电磁阀控制各回路的通断。脉冲电磁阀采用脉冲和永磁技术，只需通过控制器切换脉冲的电极触点来改变电磁阀的开关状态，当控制器发出电脉冲时，驱动阀芯克服永磁力产生上下移，使阀瓣到位后在永磁作用下处于自保持状态。

3.4 图形液晶显示模块。为了能够提供形象直观的用户显示界面，系统采用图形液晶显示模块LCDl2864，其具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线，可与CPU直接接口，显示各种字符及图形。考虑到系统中汉字的使用量少，因此选用不带汉字库的LCD。对于使用的汉字分别提取其字模并以二进制形式保存于内部FLASHROM中。

4.系统软件设计

系统软件设计主要依据系统程序流程以及DSl8820的时序要求进行代码编写。为了降低开发难度，提高开发效率，系统开发中引入了μC／OS一Ⅱ嵌入式操作系统并移植了LCD显示驱动。另一方面，为了确保对DSl8820操作时序的精确性，对DSl8820进行初始化和读写代码仍采用汇编语言。

4.1系统数据结构。系统所需数据结构包括各测温元件的序列号表，汉字字模存储、系统运行时间表存储、各温控点的设定值及测量值、系统时间的存放及一些临时数据存储。

为了区别多个温度传感器，在系统初始化时读入传感器中的64位序列号，并将其存入程序存储空间，以便程序运行期间进行比对，共需64 B。汉字字模采用16×16字库进行提取，其中每个汉字需32 B，约15个字，为了方便程序功能的升级改进，在程序存储空间中按20个字进行空间分配，需要存储空间640 B。系统运行时间表的设计以小时为设置单位，需要保存24个值；为了减少时间比较过程中的数据计算量以及方便编程，对每个值采用一个字节存储，这里共需24 B存储空间，这里仍然使用程序存储空间进行存储，以便在系统掉电时设定值不会丢失。

4.2系统程序设计。系统程序设计主要使用KeilC5l进行编写，但由于对DSl8820器件的读写时序要求比较严格，故采用汇编代码，其中温度读取子程序主要代码如下：

第4篇：温度控制系统范文

关键词：AT89C51单片机；温度控制；DS18B20

基于单片机的饮水机温度控制系统设计，是通过温度传感器和单片机对饮水机的智能控制，以解决传统控制水温对电力资源和水资源的浪费，同时又使饮用水达到饮用的标准。温度过高或者是过低，都会使水资源失去应有的作用，也丧失了很多营养物质，从而同时造成了电力资源和水资源的巨大浪费，特别是在当前的全球能源极度匮乏，而国家倡导节约水资源的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，才能把身边的水电资源更好的利用起来，这同样也是对自己的负责。

1 项目背景

随着人们对饮水机的需求变高的同时，我们自然而然的对饮水质量问题就产生了更多的关注，而现在的饮水设备大多都没有自动控温系统，有的只是自动加热，但是水的矿物质等营养成分在反复加热的过程中就大大的流失了，基于这个问题，本文给出了合理的软件设计来解决。基于单片机饮水机的温度智能控制系统，可以智能的实时检测饮水机水箱的水温，当水温低于设定的温度时，饮水机将加热水箱中的水，当高于设定的时候，饮水机将对水箱中的水停止加温。这样既节约了能源又为人们的使用提供了便捷。

2 设计部分

⑴系统方案设计。本论文设计了一种以AT89C51单片机为核心部件，采用DS18B20的高精度数据采集系统，这个系统的最大有点在于可以实时检测饮水机水箱的水温，并且可以通过数码管显示（也即3位LED数码管）饮水机水箱水温度数，而且可以预防二次加热。系统的电路设计主要由以下几部分组成：①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器；④加热控制部分采用继电器电路；⑤时钟电路；⑥复位电路；⑦按键输入这部分就不用说了，这个是必不可少的。在这里就不再赘述。

⑵系统软件设计。系统的软件设计本人主要采用C语言，对单片机的各项功能用编程来实现。主程序对模块进行初始化，而后调用读温度、处理温度、显示、继电器电路，用的是循环查询方式来显示和控制温度。

1）系统主程序流程图。本软件设计采用循环查询来处理各个模块，温度是缓慢变化量，所以可以满足性能要求。程序流程：当你选择了打开饮水机之后，程序内部进行初始化操作，将数据传送给DS18B20系统，系统调用数据来处理子程序，继而显示子程序，最后是继电器控制子程序，但是饮水机没有停止工作，只要没有给它结束命令，它会在继电器控制子程序语句执行完之后继续初始化操作，然后循环进行。如图1所示

2）读取DS18B20温度模块子程序。每次对DS18B20操作时多要按照DS18B20中的协议进行。初始化DS18B20发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。程序流程图如图2

3）数据处理子程序。由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行数据处理。首先程序判断当前饮水机内水温是否为零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码，需要对其低八位取反加一变成原码。处理过后把DS18B20的温度复制到单片机的RAM中，里面已经是温度值的Hex码了，然后转换Hex码到BCD码，分别把小数位，个位，十位的BCD码存入RAM中。

3 总结

本设计在元器件选择上尽量做到使硬件电路简单，充分利用软件编程来弥补元器件精度不足的缺点。完成了以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的设计。整个系统实现了多项功能，其中包括：温度采集部分、显示部分、驱动部分等，基本实现了设计任务的要求，并且电路简单，功能全，易于控制操作，还能扩展很多功能。同时，由于时间及个人能力有限的问题，本系统的设计还存在很多不足和需要改进的地方，如：采集部分的误差较大，控制算法还需进一步完善等。

[参考文献]

[1]唐朔飞.计算机组成原理.高等教育出版社.2008.

[2]汪新民，刘若慧.C语言基础案例教程.北京大学出版社.2010.

第5篇：温度控制系统范文

关键词：单片机 温度 控制

0引言

随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。及时准确地获取温度信息并对其进行适当的控制，这在许多工业场合中都是很重要的环节。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式和控制方式均不同。目前，一个学习与应用单片机的在全社会大规模地兴起。单片机由于自身的优势，使得它在当代社会占据着很大的位置。单片机具有体积小、处理能强、成本低运行速度快、功耗低及应用面广等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。

1单片机温度控制系统的组成及工作原理

1.1单片机AT89S51的工作原理

硬件部分CPU主控制采用单片机AT89S51，电路部分主要由4个部分组成：温度采集电路、按键显示电路、电热丝控制电路和电源电路。主要是通过采用智能温度传感器DS18B20集成芯片来完成温度采集，此芯片可以把温度传感器、A/D传感器、寄存器、接口电路集成在一块芯片中，然后可以直接数字化输出和测试。按键显示电路主要经过HD7279A芯片驱动共阴数码管的显示和实现按键功能。实现电源电路主要是通过TL431二极管的稳压。而对于电热丝控制电路，可直接由电热丝接继电器和电源并通过单片机控制继电器的开和关，从而得以实现控制电热丝的加热。

1.2 AT89C52单片机控制原理

AT89C52单片机作为一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其具有8K在系统可编程Flash存储器。从硬件上看，Vcc接外部电源是连接DS18B20与单片机的部件，GND接地，还有I/O与单片机的I/O线相连接。而相对复杂的接口编程是DS18B20简单的硬件接口的代价。经过单总线与单片机进行通讯，因此DS18B20的通讯功能是分时进行完成的。通过严格的时序来实现传感器与单片机的接口协议，然而只能是在特定的时隙，才能对DS18B20数据的写入和读出进行实现。AT89C52对DS18B20的访问流程如下：先对DS18B20进行初始化操作，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器和数据进行操作。严格的遵循工作时序和通信协议来对DS18B20进行每一步的操作。如由AT89C52控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，完成这一过程应经过三个步骤：在进行每一次读写之前应对DS18B20进行复位，复位成功后应发送ROM指令，最后再对RAM指令进行发送，只有进行这样一系列的操作才能预定操作DS18B20。DS18B20在通过上面的命令时，对外界的温度进行测试，用存储器将测试的温度记录下来，对其数据处理后，经过与89C52之间的通信协议，将相关的信息发送到89C52，然后将该信息交由89C52处理。

1.3 89C51单片机应用原理

本设计对89C51单片机应用系统进行采用以实现我们的设计要求，由于89C51单片机在片内已经含4KB的EEPROM，因此并不需要外扩展存储器，这样可使整个系统的整体结构简单。采用89C51串行口的输出工作方式，大大提高了89C51的利用率，如此也简化了外部电路。89C51可直接扫描读数键盘，可用串/并转换模块74Ls164驱动LED直接对温度值进行显示。由于其的利用率很高，负载又重，只需在后向电路加一块同向驱动器，单片机就可正常工作。在进行串行传输数据时，可达到1MHz的频率，对温度的显示完全可以达到测控精度要求。

2单片机在贮液容器温控系统中的应用

该系统中以贮液容器温度为被控参数，蒸汽流量为控制参数，输入贮液容器冷物料的初温为前馈控制，构成前馈一反馈控制系统。发挥前馈控制和反馈控制的各自优势，将可测而不可控的干扰由前馈控制克服，其他干扰由反馈控制克服，从而达到控制贮液容器温度。满足工艺要求的目的。

2.1硬件设计

选单片机AT89C51为主机，配以两路传感变送器、多路开关、A/D转换器、D/A转换器、V/I转换器、调节阀等实现对贮液容器温度的自动控制，同时还设有报警电路、键盘和显示电路。系统在稳态时，贮液容器的温度恒定在工艺要求的数值不变。

2.1.1前向通道的设计

采用JUMU90系列的温度传感变送器，其输入范围为：0℃～500℃，输出为4mA～20mA（DC），测量精度为0.5％，选用10位逐次逼近式A／D转换芯片AD571，接收到有效的CONV ERT命令后，内部的逐次逼近寄存器从最高位开始顺次经电流输出的D A C在比较器上与模拟量经5k8电阻所产生的电流相比较。检测完所有位后，SAP中包含转换后的10位二进制码。转换完成后，SAP发出DR信号（低电平有效），单片机查询到DR=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。

2.1.2后向通道的设计

为了满足系统的精度要求，选用10位的D／A转换器DAC1020。由于其内部不带有锁存器，所以必须通过I／O口才能与AT89C51单片机连接，又由于AT89C51的字长是8位的，一次操作只能传输8位数据．因此AT89C51必须进行两次操作才能把一个完整的10位数据送到AC1020。为了使10位数据能够同时送人DAC1020，避免输出电压波形出现毛刺现象，故必须采用双缓冲器方式。

2.2系统软件设计整体思路

一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。为使编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。本装置可工作于软件主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的初始化子程序、写程序和读程序。

3结束语

目前单片机的应用已涉及到了生活中的各个领域并起着重要作用，本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定实际应用价值。该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方。温度控制系统可以应用于多种场合，而单片机的控温会直接影响单片机在这些场合的使用情况，所以我们要想使单片机在各领域中发挥更大的作用就要继续努力研究出更好的单片机控温系统。

参考文献：

[1]王慧强.基于MCS51单片机温度控制系统设计[J].装备制造技术，2010，（05）.

第6篇：温度控制系统范文

关键词：单片机；温度处理；上位机；LCD；实时显示

中图分类号：TD655.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

随着计算机技术的发展和成熟，计算机的应用也越来越广泛，在自动化领域，计算机已经成为控制系统的首选平台，应用计算机对生产和试验进行实时、远程监控是现代自动化发展的主要方向。将计算机应用于工业实时控制的前提是现场数据的实时获取。在生产和科学实验中，常常要测控很多参数，诸如温度、压力、转速等，通常的方法是使用专用的仪表人为观测、记录处理数据、做出判断，这就会带来人为的误差。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很重要的问题。数据采集是各行业广泛采用的一种现场控制手段，它可以实现实时控制、现场监测，辅助数据分析、问题处理，以其结构简单、使用手法便捷、精确的测量和友好的人机界面，博得用户的青睐。其中，温度采集与处理系统就是被广泛用于工业现场的数据采集系统，主要是对温度进行实时监测和控制。

温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。在生产过程中，它可以实现对人类难以或无法到达的工作现场的监测，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供了信息和手段；再者，温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。温度也是生活中最常见的一个物理量，它与我们的生活息息相关，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。因此，在生产和生活中要对温度进行严格的控制，使温度在规定的范围内变化。为此，设计了无线温度控制系统，它是一种基于无线射频技术的无线温度控制装置，可以实现远距离的对系统的实时监测和控制。

一、设计要求及模块方案

（一）设计要求

（1）测量和控制温度，实现温度的采集、数据的发射和接受；（2）对温度进行处理，实现报警和实时显示；（3）通过上位机将所测结果显示出来；（4）利用实时时钟芯片显示当前的时间，实时观测温度；（5）分别设计控制设备和采集设备，进行相关测试。

（二）模块设计方案

1.设计思路。本系统的设计跟据单片机的控制，通过无线传输来远距离来测试温度并实时显示出来，我们根据单片机的控制原理，来控制相关器件的相关工作，控制温度的采集，数据的发射和接受，并利用51单片机自带的串口功能把数据发送到电脑上实时显示出来，具体工作过程：

利用单片机控制无线模块，发出采集温度命令，等待自动应答，在测温系统收到命令后，开始采集温度，转化完毕以后，由单片机控制无线模块把温度发出去，等待自动应答。控制系统收到数据后，自动应答。收到的温度首先经过处理，通过串口模块发送到上位机上，在电脑上实时显示出来，并且发送到LCD12864上面实时显示出来，同时判读温度是否超过设置的告警温度，若是超过报警温度，则发送报警命令，使测试系统做出反应，例如，蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮，为超过报警温度。若是没有超过报警温度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。

另外在我们增加相应的按键控制单片机，设置报警温度，调节时间，可以实时观测温度。增加上位机处理，通过计算机来实时观测温度变化。

2.微控制器模块。方案：应用单片机作为控制器。我们使用了ATMEL公司的AT89S52单片机，它也同样具有很强的信息处理功能，易于操作使用，具有8k的程序存储器，频率最大支持33MHZ，体积小，需要电压小，功耗低，价格便宜等优点，更适于本系统的要求。

3.无线射频模块。nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

4.液晶显示模块。方案：采用LCD液晶显示。LCD液晶显示模块虽然占用I/O口多，控制复杂，但其功能强大，显示内容丰富、清晰，显示信息量大。并且能够提示操作语句，这大大提高了系统的人性化设计。

5.电源模块。采用LM7805提供5V稳压电源，并在稳压模块两端加上加上多个电容，使之更加稳定，对于无线模块需要提供3.3V的稳压电源，我们选用了ASM117电源模块，输出3.3V的稳压电源。

二、系统硬件电路设计

在此系统中，下位机主要是负责采集多路数据将其送至上位机，与此同时单片机也会进行将数据转换为对应的温度示数在LED显示器上显示。下位机的硬件控制系统主要由单片机AT89C51，LCD显示电路，无线传输模块，串口硬件电路以及键盘LED显示组成。测试系统主要由单片机AT89S52，DS18B20，无线模块，继电器控制系统，蜂鸣器报警系统，LED显示电路等组成。

采用VB 6.0作为该系统的上位机编程语言，同时利用RS232实现与单片机间的通讯，从而对下位机采集得到的数据进行动态跟踪的显示、分析、绘制曲线及数据的存储。其组成大概有两部分，一个是实时数据显示界面，即当下位机将数据到达的同时要绘制出曲线。另一个是历史数据界面，即在输入所要查询的时间与通道后，绘制出相应的曲线、方块图及数据列表等。

三、系统总体论证

（一）工作原理

无线温控系统是以单片机AT89S52为控制核心，用无线传输来远程来测试温度。具体工作过程：

（1）给系统上电后，按下键2，向单片机发出指令，单片机控制无线模块，发出采集温度命令，等待自动应答。

（2）在测温系统收到命令后，开始采集温度，采集完毕，由单片机控制无线模块把温度发出去，等待自动应答。

（3）控制系统收到数据后，自动应答。收到的温度经过单片机处理，可以实现如下功能：

1）通过串口模块发送到上位机上，在电脑上实时显示出来；

2）同时发送到LCD12864上实时显示出来；

3）而且能够同时判读温度是否超过设置的告警温度，并发出相应的指令。

（4）测试系统根据指令做出相应的显示。

1）若是超过报警温度，则发送报警命令，则测试系统蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮。

2）若是没有超过报警温度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。

另外我可以通过手动设置报警温度，通过调控控制系统上面的按钮来可以设置不同报警温度，可以做出不同的反映。另外我们在控制系统上面加上了实时时钟芯片，可以实时的显示当前时间，确切的知道当前温度的时间，以及发生报警的时间等。

在上位机中我们用VB设置了实时显示画面，实时显示当前的时间，准确显示当前接收到的温度，并且通过温度曲线实时显示，形象地表示。

本模块为温度采集部分，上电后，温度处于接收状态，有无线控制部分发射指令当接收到指令后，根据指令做出相应的判断。

1）为正常工作，这令为0xaa，接收到这个指令后，关闭蜂鸣器，黄色报警灯，打开正常工作电源灯绿色，接通继电器，同时采集温度，把无线模块转化为发射，把采集的温度发射出去，正常发送以后，在转为接收状态。

2）超过设置温度，指令为0x55，接收到这个指令后，打开蜂鸣器，打开红色发光二极管，关闭绿色灯，断开继电器，同时再次采集温度，把无线模块转化为发送状态，把温度发送出去以后，再次转化为接收状态

3）为数据传输错误指令，0xcc接收到这个指令以后，说明收到的温度数据有问题，黄色灯亮，

4）接收到这个指令以后，0x33这个指令为是使单片机进入低功耗工作，暂时停止工作，只有外部中断在检测状态。

5）接收到指令，是确认模块处于工作状态，打开指示灯，使模块转为接收状态

注：故障处理

温度采集模块可能一直接收不到指令，超过一定时间，模块进入低功耗状态，使电流消耗减少。

模块处于发送时，通过返回来的指令，判断到数据没有接收到，设定一定的次数，停止温度的发送，让无线模块自动转到接收状态。

四、测试及结论

（一）测试结果

根据工作原理我们对成品进行了相关的测试，打开开发板，开发板显示当前时间，按下测试键，控制系统就向测试系统发射测试信号，测试系统收到信号后，开始进行温度转换，转化完毕以后然后发送红温度给控制系统。如此反复循环，不断发送命令和测试温度。

（二）测试结论

无线温控系统可以实现对温度传感器的稳定控制，测温范围为0.0到99.9度，不仅使测量结果比普通温度计精确2-5倍，还对功能进行了扩展与创新；而且功能上分别设置了预置固定温度报警、手动设置温度报警功能和智能自动调控温度等，并且通过无线控制在屏幕上和电脑上实时显示出来。实现了温度的准确报警、实时温度显示及温度的智能控制等。设计过程中考虑到了硬件与软件的相互补充，系统运行稳定，结构小巧美观。

参考文献：

[1]张永瑞，刘振起，杨林耀，顾玉昆.电子测量技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，1994：82-88.

[2]孙肖子，张企民.模拟电子技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001：22-72.

[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，1999：245-362.

[4]谭浩强，张基温.C语言程序设计教程[M].北京：高等教育出版社，2006：306-307.

[5]戴佳，戴卫恒，刘博文.51单片机C语言应用程序设计实例演讲[M].北京：电子工业出版社，2008：71-99.

[6]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002：283-288.

[7]刘南平.现代电子设计与制作技术[M].北京：电子工业出版社，2004：230-232.

第7篇：温度控制系统范文

【摘要】数字PID；自动温度控制系统；设计；实现

中图分类号：S624.4+4文献标识码： A

前言

文章对温度控制的目的和数字式定时温控系统进行了简单介绍，对数字PID自动温度控制系统的设计进行了阐述，并结合自身实践经验和相关理论知识，对数字PID自动温度控制系统的硬件电路部分进行了探讨。

二、温度控制的目的分析 随着社会的快速发展，科技的加速进步，测温仪器在各个领域应用越来越广泛，自动化和智能化已经成为现代的温度控制系统的主流发展方向。因为各行各业对于温度控制有着越来越高的要求，所以对温度的控制和测量就显得较为重要。温度控制器的使用范围越来越广泛，各种能够应用于不同领域的智能温度控制器随着产生。 不仅在日常的生产和生活中广泛应用到温度控制，现在的很多电子产品单片机中也用到了温度控制和温度检测。这就使单片机温度控制系统越来越广泛应用于电子产品之中。针对这个问题，该系统的设计是为了实现一种很可以连续进行高精度调节温度的温度控制系统，它功能强大，应用广泛，便于携带，小巧美观，是一款急廉价又实用的温度控制系统。该设计对单片机的温度进行实时控制和监测，这样就实现了单片机温度控制系统的基本温度控制功能。

三、数字式定时温控系统 本文研制的数字式定时温控系统主要完成数据采集,温度、定时的显示,温度控制,温度定时的设定以及报警等功能。核心控制器由单片机完成,采用数字PID控制算法进行过程控制。加热器件选用热惯性小,温度控制精度高,速度快的电热膜,由单片机输出通断率控制信号进行控制。

四、系统设计该系统由主控制器、测温电路、显示电路和键盘电路组成。该系统主控制器采用单片机AT89S51，温度传感器为DS18B20，用LCD 128X64液晶显示屏实时显示当前温度及控制温度。键盘电路采用3*4矩阵键盘来设定需要温度。AT89S51的P0.0～P0.4通过上拉电阻分别连接LCD 128X64液晶显示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0～P1.7连接LCD 128X64液晶显示屏的DB0～DB7，P2.0～P2.7接键盘电路。1.AT89S51单片机本系统选择ATMEL生产的AT89S51单片机，其特性如下：（1）4KB可编程程序存储器（ROM）；128B内部数据存储器（RAM）；32条双向输入输出线（I/O）；1000次以上的循环写/擦；（2）有ISP在线编程功能，在改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要4～5V即可；（3）内部集成看门狗计时器，不再需要外接看门狗计时器单元电路；（4）电源范围宽达4～5.5V，其工作性能更为稳定。2. DS18B20数字温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的一种改进型智能数字温度传感器。其主要特点如下：（1）适应电压范围较宽，3.0～5.5V，两种供电方式，寄生电源方式下由数据线供给；（2）1—wire单总线数据通信方式，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，通过一根端口线与CPU通信；（3）温度测量范围为—55℃～+125℃，可编程为9～12位的A/D转换精度。3.JDL12864图形点阵液晶显示器JDL12864主要由行/列驱动器及128*64的全点阵液晶显示器组成，可以显示8*4个（16*16点阵）汉字。其主要特点如下：（1）电源：VDD，+5V。模块内自带—10V负压，用于作LCD的驱动电压；（2）内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字（简繁体可选），128个16×8点阵字符；（3）与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出和8条控制线；（4）工作温度为—10℃～+50℃。存储温度为—20℃～+70℃；其硬件连线如图2。4.软件设计DS18B20的单总线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。

五、硬件电路设计 硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、键盘显示电路等功能电路组成。 1.主控单元 AT89S52单片机为主控制单元。AT89S52单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P1．0口输出。最后将P1．0口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PWM脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。AT89S52单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度LED用于显示设定温度或实测温度。 2.温度采集 温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3构成。LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。 测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成0-5V的标准信号。本系统选用DWB型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。 电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。这种信号在进行A/D转换时，对转换速度要求不高。因此为了减低成本以及方便选材，可以选用廉价的、常用的A/D芯片ADC0808，ADC0808是一种逐次逼近式8路模拟输入、8为数字输出地A/D转换器件，转换时间为100us，完全满足系统设计的要求。经过ADC0808转换所得到的实测炉温数据直接送入AT89S52单片机中进行数据处理。

3.恒温控制算法

对于简单系统,可以采用理论计算的方法确定这些参数,但是稍微复杂一些的系统,采用理论计算的方法就困难了。因此几乎都是用工程的方法对参数进行整定。调节器参数的整定是一项繁琐而又费时的工作,因此,近年来国内外在数字PID调节器参数的工程整定方面做了大量的研究工作,归一参数的整定法是一种简易的整定法。 根据大量实际经验的总结,人为设定约束条件,以减少独立变量的个数,例如取: TD≈0.125TS TI≈0.5TS(7) T≈0.1TS 式中:TS是纯比例控制式的临界振荡周期。 将式(7)代入式 (6)中,可得数字PID控制器的差分方程为: Δuk=KP(2.45ek+3.5ek-1+1.25ek-2) (8) 对比式(6)和式(8)可知,对4个参数的整定简化成了对一个参数KP的整定,使问题明显地简化了。 采样周期T的取值,从数字PID控制器对连续PID控制器的模拟精度考虑,采样周期越小越好,但采样周期小,控制器占用计算机的时间就长,增加了系统的成本。因此采样周期的选择应综合考虑各方面因素,选取最优值。 在恒温控制系统中,控制输出为定时器T2初值n(0≤n≤65 536),误差为温度设定值Tset与DS18B20检测值之差Tread。因为电阻丝的功率是有限的,初始温度低于温度设定值Tset较大时,可以不用数字PID控制。可以根据电阻丝的功率设定一个误差值emax,当e>emax时,一直加热,输出n=0;当e

六、结语 数字PID在控制算法结合单片机在自动温度控制方面有较好的作用的，但是其中还存在一些问题的，需要我们投入更多的精力和研究才行。

参考文献[1]李铁.基于单片机的温度控制系统的设计[J].微型机与应用，2010，29（24）：29—30.

第8篇：温度控制系统范文

关键词：温度测量；控制系统；CAN总线；DS18B20

一、 引言

随着科技的不断发展，在温度检测领域也发生了很大的变化。在检测系统中使用的传感器过去大多使用热敏电阻为温度敏感元件，其特点有：成本低、测温范围大、温度测量准确度较低；而现在愈来愈多的系统使用数字温度传感器，其特点有：以数值方式直接输出温度值，温度检测精度较高，系统可靠性好，但测温范围小（一般－55℃－＋125C）等[1]。

在工业测控系统中采用现场总线技术是实现现场级数据传输提高工业现场实时效率的有效途径。现场总线是面向工业控制网络的通信标准，它建立在开放系统互连（OSI）参考模型上，是一种工业环境中的通信标准。控制器局域网（Controller Area Network简称CAN）作为现场总线之一，以其卓越的特性低廉的价格，极高的可靠性和灵活的结构，在汽车工业，机械工业、过程工业等领域应用广泛， CAN总线已成为国际标准，并已被公认为最有前途的现场总线之一[2]。

本文将研究一种由CAN总线完成测控系统间数据通信、结构灵活、通用性好的温度测控系统。在此系统中，我们同时使用了铂电阻温度传感器Pt100和单总线数字温度传感器DS18B20，以适应不同场合应用需要，并能方便地实现系统互联。

二、 系统构成和工作原理

（一）、系统构成

根据应用场合的需要，本温度测控系统主要完成的功能有：对热电偶温度传感器Pt100的信号进行检测；利用数字温度传感器DS18B20对温度的检测；现场LCD显示及键盘控制功能；上位机通过CAN总线下位机通信，要实现对整个系统的监控。系统主要由：监控、测温模块、现场显示模块和CAN总线等部分组成，系统构成原理框图如图1所示。

（二）、各功能模块的功能及实现

1、监控模块

监控模块的主要功能是向各测温模块节点发送远程帧，接收来自各节点的数据或信息实现监控、报警、打印及其它功能。该模块硬件由微型计算机与一块PC―CAN通信卡来实现。

2、测温模块

温度测控系统通常可包含若干个温度测量模块（称为一个节点），每个节点可测量一个小范围内的多点温度。单个节点由以下几个部分组成：一片带CAN控制器的单片机C8051F040、信号调整电路、若干个Pt100和若干个DS18B20。

C8051F040内部程序存储器、SRAM能满足通常用途程序需要，不需增加额外的存储器；其内部集成了10位A/D转换器、CAN控制器等[3]，可简化系统设计。

DS18B20是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进。温度的测量范围为-55℃―125℃，测量精度为0.5℃。传感器的供电寄生在通信的总线上，可以从一总线通信中的高电乎中取得，这样可以不需要外部的供电电源。也可直接由外部提供电源，一般在检测的温度超过100℃时，最好使用外部供电模式，供电的范围为3―3.5V。当使用总线寄生供电时，供电端必须接地，同时总线在空闲的时候必须保持高电乎，以便对传感器充电。每―个DSl8B20温度传感器都有―个自己特有的芯片序列号，我们可以将多个这样的温度传感器挂接在一根总线上，实现多点温度的检测。所有的DS18B20通过单线与单片机通信，而其电源有外部提供。DS18B20的接口电路非常简单、成本低廉。

铂电阻温度传感器Pt100其电阻值随着温度的变化而变化,为了便于检测，可将其信号转换为电压或电流信号，这里采用外加恒流源将电阻变化转变为电压变化信号。在信号调整电路(见图2)里，为了提高Pt100的测量精度，减少线路的长度对检测结果的影响，对Pt100采用四线法进行采样信号，再经过差动放大电路，这样可以较好的减少零点漂移，以及减少由于线路过长产生的压降对系统的影响。

3、现场显示模块

此显示模块的主要功能有：它能在现场显示各个节点的温度值和温度变化曲线，也可以通过键盘设定所要显示的节点温度。它有单独的单片机进行处理，与C8051F040通过串行口进行通信。它的灵活性大，可以减轻下位机主控器C8051F040的负担，而且用户可以根据需要对其进行选择。单一测温模块、现场显示模块可构成一独立的温度测控小系统。

4、CAN总线

CAN总线是监控模块和各测温节点的物理连接,该部分主要是其物理层的设计，其电路见图5。CAN总线遵循ISO的标准模型，分为数据链路层和物理层。在工程上，这两层通常由CAN控制器和收发器实现的。这里我们选择PHILIPS公司的PCA82C250收发器，它可提高总线的差动发送和接收能力。它与ISO11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式即高速、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。

为了进一步提高系统的抗干扰能力，在CAN控制器（在C8051F040内部）引脚CANTX、CANRX和收发器PCA82C250之间并不是直接相连，而是通过由高速光耦6N137构成的隔离电路后与82C250相连，这样就可以很好的实现总线上各节点的电气隔离。这部分增加了节点的复杂性，但它却提高了节点的稳定性和安全性。

80C250与CAN总线接口部分也采用了一些安全和抗干扰措施。82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，从而保护82C250免受过流的冲击。在CANH和CANL与地之间各自接一个30p的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力；另外，在CANH和CANL之间并联一个15V的瞬态电压抑制二极管（TVS），可以保护80C250在瞬间高电压情况下而不受损坏。82C250的Rs脚上接有一个斜拉电阻，电阻的大小可根据总线速率适当的调整，其值一般在16K~140K之间，图3中选用47K。

（三）、系统工作原理

由图1可见，监控模块的主要功能是对整个系统进行监控。它通过CAN总线不断的向下位机发送远程帧，并接收从下位机传送过来的温度等信息，并对这些信息进行分析、显示、存储等。用户可根据监控菜单的提示，选择需要了解的项目。监控模块还可以对数据进行记录、打印，以及对出现异常情况给予报警、处理等。现场显示模块同样可以接收各点的温度值，并以数值曲线等形式显示出来，用户可以在现场对系统进行观察等。

三、 软件设计

CAN总线上的每一节点均可以作为主节点主动地与其它节点交换数据，彻底解决了主从结构网络上只能有一个主节点、其余均为从节点的潜在危害，CAN网络中的节点（信息帧）可分优先级，这对实时控制系统无疑是极为有利的。由于本系统采用了CAN总线构成局域网因此程序设计具有很大的灵活性。根据系统特点将程序分为两部分：监控程序、现场LCD显示程序和测温程序。利用微型计算机作为监控模块的主机，监控程序可完成较完备的温度监控和数据管理功能如：特定点温度的采集和显示，整个系统温度的采集和显示，温度越限报警点的定位等；现场LCD显示程序主要完成对信息的接收、处理，并按照一定的规律将其显示出来；测温程序主要完成接收监控计算机发出的各种命令，采样信息等功能。这里给出测温程序框图如图4所示。图中初始化部分主要包括对单片机及其电路的复位，设置CAN总线的波特率和设置CAN控制器的命令寄存器等。程序执行部分首先选择采样通道，并判断其终端传感器的种类，再对其进行对应的处理。

四、 结束语

（一）、该系统可以解决一般工业领域的温度测控问题，并利用CAN总线的特殊优势解决了远距离多点测量问题．网络传输实时性好。

（二）、该系统有良好的通用性根据实际需要用户可选择不同的方案。如：监控计算机可控制多个测温节点，而每个节点又可进行小范围内多点测温；还可以根据用户需要使用Pt100和DS18B20，以及它们各自的个数多少。

（三）、该系统可靠性好，由于CAN总线的多主特性，用户甚至可以选择多个监控计算机，方便灵活，系统生命力强。

[参考文献：

［1］胡振宇，刘鲁源，杜振辉.DS18B20接口的C语言程序设计［J］,单片机与嵌入式系统应用，2002 (7).

［2］光彬，胡云安.基于CAN总线局域网的通用多点测温系统[J]，自动化与仪表，1999（5）.

第9篇：温度控制系统范文

[关键词] PLC 组态软件 模糊算法 远程控制

模糊控制比传统的PID 控制等方法, 在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。将模糊控制技术应用于各种过程控制系统中，在国内外已是很普遍的现象。PLC是工业控制常用的控制部件, 把二者结合起来, 可使控制系统的性能指标达到最优。基于模糊控制技术的PLC网络化温度控制系统, 是对传统的过程控制系统的改造, 具有达到设定温度的时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。相比传统的计算机温度控制系统，由PLC构成的温度控制系统结构更简单，可靠性更高，成本更低，而且可以方便地利用组态软件构建一个简单的的分布式控制系统（DCS），实现系统的数字化，智能化，网络化，管理控制一体化，信息集成化。

一、系统构建

系统主要由三大部分组成。第一部分由上位计算机、个人计算机、服务器构成生产管理层；第二部分由现场总线系统构成中间过程控制层；第三部分由可编程序控制器（PLC）、数模转换器（D/A）、温度调控环节构成现场控制层。生产管理层设在中控室，通过网络与中间控制层联系，完成对整个生产过程的监控和管理。过程控制层为CC-Link现场总线系统，它接收上位机的各种指令，并协调现场设备的工作，同时对现场各种数据进行处理并向上层传送。现场控制层为多路具有各种控制功能的多点控制单元，PLC为三菱FX2N，数模转换器为FXON-3A，温度调控环节为可控调相闭环系统，具体完成对现场温度的控制。系统构建如图1所示。

二、温度控制

温度控制指令由中控远程，具体调控则由底层温度调控执行单元完成。控制原理框图如图2所示。r(t)为中控的温度给定信号，调节器由PLC及FXON-3A数模转换器构成，执行机构采用可控调相整流器，被控对象为加热电阻丝，测量元件选用WB系列温度变送器。

1.模糊控制调节器的设计

由于温度具有纯滞后特性，采用常规的PID调节器或改进型PID调节器，温度控制精度不高，特别是温度超调较大。而采用模糊控制设计的调节器可以获得良好的温度控制特性。

模糊控制系统的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的控制规律由软件程序实现，控制的基本思想:根据给定值与反馈值的比较得到偏差信号e，一般选取偏差信号e作为模糊控制器的一个输入量，把偏差信号e的精确量进行模糊化变成模糊量，偏差e的模糊量可以用相应的模糊语言表示，得到了偏差e的模糊语言集合的一个子集。再由模糊子集和模糊控制规则（模糊关系）根据推理的合成规则进行模糊决策，从而得到模糊控制量u。

模糊控制器的基本结构如图3所示。

模糊控制器主要包含三个功能环节:用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节，模糊控制算法功能单元，以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。其中e和c分别是系统偏差和偏差的微分信号，也就是模糊控制器的输入，u为控制器输出的控制信号，E、C、U为相应的模糊量。

(1)控制规则

由图3可知，模糊控制器的输入变量为e，触发电压u作为模糊控制器的输出变量，u的变化为电压直接控制加热元件供电电压的高低。设描述输入变量及输出变量的语言值的模糊子集为:

{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大} 现简记为 ：

NB=负大，NM=负中，NS=负小，Z=零，PS=正小，PM=正中，PB=正大。

温度偏差e的论域[+n，-n]可量化为7个等级，分别表示为E = {-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，每级相差1度,即n=3，emax=3，emin=3。取转换系数并将偏差E的隶属度赋值。同样把执行控制量u的论域也量化为7个等级U={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3}，也将U的隶属度赋值，则可得到温度控制的控制规则：

① if E = NB then U = PB ……R1

② if E = NM then U =PM ……R2

③ if E = NS then U = PS ……R3

④ if E = Z then U = Z……R4

⑤ if E = PS then U = NS ……R5

⑥ if E = PM then U = NM ……R6

⑦ if E = PB then U = NB ……R7

从上述规则可以看出：如果实际温度小于给定值，则应加大可控硅的导通角，差值越大，导通角变大越多，反之亦然。按照上述规则，可计算每条规则的模糊关系Ri（i=1，2，…，7），考虑到这些模糊关系之间具有“或”的关系，所以描述整个系统的控制规则E*U的Fuzzy关系R为R=R1∪R2∪…∪R7。求Ri（i=1，2，…，7）的运算按下式进行:Ri=E×U＝ET・U，则R1＝(NB)E×(PB)U。同样也可计算出:R2，R3，R4，R5，R6，R7，则R=R1∪R2∪…∪R7。

(2)模糊推理和解模糊化

得到系统的模糊控制规则R后，当采样偏差为E时，就可得到相应的控制量U=E・R。解模糊化方法按最大隶属度法，“-1”级的隶属度最大，控制量应取“-1”级，可求出表1所示的控制策略表。

有了控制策略表，下一步就是要求出U = {-3,-2,-1,0,+1,+2,+3}七个级所对应的精确执行控制量，该量即为最后的执行控制量u。执行控制量u的范围为[umax，umin]。

设转换系数: （1）

于是有: （2）

这样就求出了七个级所对应的精确执行控制量,按照控制策略表和七个级所对应的精确执行控制量就可编译成PLC的程序，从而完成调节器的设计。

(3)控制策略的调整

为了加快整个系统的动态响应过程，在E=-3（即 e =3）， E=PB以前，先将给定电压调到最大化，加全压，此时的输出控制电压为4.9V，这样做的目的，可以提高整个系统的快速反映能力。在e =-1，-2，-3时，我们选择执行控制量u=0V，原因是在e=0时，系统在控制量u的作用下也可能出现暂时的、小的超调，及时切断输出的控制作用，仅利用系统的自身惯性维持温度，当温度慢慢回到给定值时，模糊控制器又会有输出，长期保持温度在一定的范围内稳定。

降温策略：针对控制对象，当需要降温时，通常采用的方法是自然降温，即是控制器没有输出，仅仅依靠室温来降温。为了克服水温的惯性大的特点，可采用进冷水排热水的方法使水槽的水温迅速降下来，避免仅仅利用环境温度使系统降温的不足。关键问题是放出热水的“量”与泵进冷水的“量”如何选取？根据现场决策，即究竟温度要降低多少做出一个初步的判断，然后进入到“放水”―“进水”这样一个循环操作，在温度降到某个“值”（这个“值”略高于降温后的期望温度值，即当E = NM）时，及时跳出这个循环子程序，让系统依靠自身的惯性及调节器的作用完成温度的调整。这样做就避开对放出热水的“量”与泵进冷水的“量”的确切把握，而是从另一个角度对放出热水的“量”与泵进冷水的“量”进行了控制，这样做简单，且容易实现，控制效果也较为明显，不需要进行复杂的运算就可以达到降温的目的。从而使所设计的恒温系统实现一定的智能化。

根据以上控制规则和控制策略可得到PLC程序流程（如图4所示）。

2.模糊控制运行结果

系统联网后，从中控室组态软件的监控画面上可以观测到温度的动态显示和温度记录曲线。系统运行开始时，系统运行开始时，实测温度为18度，给定值为60.35℃，应用模糊控制算法设计的调节器，响应速度快，在加热30分钟左右就直接进入了稳态，而且没有出现超调现象，同时也有很好的抗干扰能力。30分钟运行监控结果（如图5所示），60分钟运行监控结果（如图6所示）。

三、结论

运行结果表明，基于模糊算法设计的控制调节器对系统的控制效果与期望的相差无几，大大缩短了动态响应过程，提高了稳态精度，温度无超调,系统具有很好的鲁棒性，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，特别适合于非线性、强时变和纯滞后对象的控制。而基于组态软件的PLC网络便于大规模集中监控。

参考文献:

[1]马国华:监控组态软件及其应用[M].北京:清华大学出版社，2001

[2]郭宗仁:可编程控制器应用系统设计及通讯网络技术[M]. 北京:人民邮电出版社，2002

[3]韩峻峰 李玉惠:模糊控制技术[M].重庆:重庆大学业出版社，2003