温度监控系统设计专业电气工程及其自动化_开题报告

一、文献综述

（一）国内研究现状

••随着科学技术的发展和自动化水平的提高，温度的自动检测已经成为各行各业进行安全生产和减少损失的重要措施之一。而温度作为当前环境的重要因素之一，被广泛的作为参考因素来使用，因此以温度作为控制参数而设计的温度监控系统被广泛开发和应用。使用传统意义上的温度计来采集信息，由于本身的局限性而难以广泛推广，另外，对于因环境因素导致的数据难以采集的问题，特别是工厂或者火灾现场，出于时间或者安全方面的考虑，不能长时间停留在现场采集数据，这时就需要设计一种系统，从而可以采集数据并将数据传输到某一个地方去集中处理，以节省人力，提高效率。但是由于厂房面积大，可传送的数据又多，使用传统的方法很容易造成资源浪费，且可操作性差，精度不高，因此高精度，低成本的温度控制系统便急需人们去开发，在这样的环境和需求下，以单片机为核心的温度控制系统便出现了，并且应用到了生活的各个方面。我国对于温度监控系统技术的研究起步较晚，在上世纪80年代才在吸收国外先进技术的基础上起步，逐步掌握了温度微机控制技术，虽然温度控制系统在我国各行业的应用已十分广泛，但是从温度控制方面来说，整体水平仍然不高，同美、德等发达国家相比还有很大的差距。国内控制方式主要以点位控制和常规PID控制为主，这种系统只能适用于一般性的温度系统控制，很难适应较高控制场合的温度控制，相对技术并不成熟，远远没有达到工厂化的程度。生产实际中仍有很多问题困扰着我们，再者由于开发工作的滞后和国外技术保密等原因，整体存在着装配配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源可靠性差等特点。

（二）国外研究现状

•国外对温度监控系统的研究较早，始于上世纪70年代。最初采用模拟式组合仪表对现场的生产信息进行收集并记录控制，到了80年代末又出现了分布式控制系统，然后又逐步发展到采用单片机自动控制其温度，并且日趋成熟。以单片机为核心的温度监控系统已正向复合型和智能化发展。自单片机诞生以来，先后经历了4位机，8位机，16位机和32位机几个代表性的发展阶段。1976年9月，美国Intel公司MCS-48系列8位单片机系列的问世使得单片机的发展进入了一个新的阶段，随着应用需求的不断增长，各生产厂家在8位单片机的基础上又相继推出了超8位单片机，例如摩托罗拉公司的MC68HC,Intel公司的8X252等，它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM容量，同时还增加了通信功能，自从1985年以后，各种高性能、大储存容量、多附加功能的超8位单片机不断涌现，在应用领域发挥着越来越重要的作用。1983年以后，16位单片机开始问世，最具有代表性的产品有Intel公司推出的MCS-96/98系列，摩托罗拉公司推出的M68HC16系列。16位单片机在功能上又上了一个新的台阶，本身兼有的多种I/O功能使得16位单片机的功能更加强大。随着科技的进一步发展和实际应用需要的快速增长，32位单片机的研制也提上了日程，但是由于控制领域对32位单片机的需求并不十分迫切，目前的应用并不广泛。而在日常的工作生活中，温度作为重要的参数，其测量的准确性对于整个监控过程有着很重要的意义，温度传感器在整个监控系统中也起着非常重要的作用，它的性能直接影响着采集温度数据的精度和实效性。温控系统的核心传感器的发展也是从西方国家起步的，1821年德国物理学家发明了热电偶传感器，而后德国西门子又发明了铂电阻，后又在半导体技术的支持下相继开发了半导体热电偶传感器，PN结温度传感器和集成温度传感器，上世纪90年代中期又发明了智能温度传感器，目前正向着智能化，集成化，网络化和单片系统化的方向发展。而单片机为核心的温控系统正是由于体积小，功能强，性价比高的特点得到了广泛的应用。

（三）温度监控系统当前存在的问题

•温度控制系统在工业生产领域广泛使用，温度的控制效果直接影响产品质量。所以，要求温度控制系统必须具有稳定、准确、快速等特性。但通过检测发现大多数温度控制系统存在下面三个影响系统特性的问题。

被控温场温度滞后问题

在现代的温度控制系统中，用作控制温度的传感器多为铠装的热电偶或热电阻。这有其优势，可以提高传感器的抗干扰性能(如抗腐蚀、抗震动)，也可以使执行元件稳定工作，不至于产生对干扰的误响应。但这无疑会带来温度检测的滞后。即实际的温场已经达到系统所设定的温度，但由于传感器没有感觉到，致使执行元件继续工作，使温场温度在滞后时间内偏离设定值越来越大。但这些偏差有时对于使用设备的工艺人员来说是无法意识到的，常常会影响工件的质量而又无法被控制，尤其对温度比较敏感的绝对不允许的。所以必须加以避免，或者尽量减小这种滞后给工艺带来的影响。

温度控制系统中测温点选择不合适的问题

在温度控制系统中作为控温的传感器多放在温场的角落里，这是为安装方便或用户使用温场方便。但必须分下面两种情况考虑测温点的选择问题。

1.温场温度均匀的情况

对于被控温场温度均匀的系统(如热风循环式加热系统)测温点的选择必须尽可能地接近工件的工作区域，如有必要可将工件开口或打孔，将测温传感器伸入工件内部来测得真实的工件工作温度 (因为不同材质吸热能力不同，所以虽然温场的温度相同，但不同材质、不同时间工件的反应肯定不同)，从而达到准确控制温度的目的。如果没有条件做到上面所说的要求，也应该定期外加裸露传感器检测工件温度，来指导工艺确定合适的系统控制温度和工件工作的工艺时间，而不是简单地按照系统本身的显示温度工作。

2.温场温度不均匀的情况

对于温场较大、开口较多或没有循环装置的不均匀系统来讲，测温点的选择就必须仔细考虑。可以采用多点测温、多点控制的办法。但这必须改变温场结构，重新安排行元件位置，难度较大;也可以定期外加多根一致性好的裸露传感器检测温场温度，以寻求合适的工件工作区域。在确定的合适工作区域内按第一种情况选择测温点。

温度控制系统的环境温度变化问题

使用中的温度控制系统有相当一部分工作在较高的环境温度中。这除了对系统中的仪器、仪表不利外，对系统控温的准确性影响较大。尤其是用热电偶作测温传感器的系统，这种影响更大，必须加以控制使影响减到最小。

    本次^范文设计的温度监控系统是基于单片机AT89C51设计的，采用价格便宜的数字温度传感器DS18B20检测环境温度，其内部集成了A/D转换器，同时使得电路结构更加简单，具有良好的经济效益和社会效益。

二、^范文提纲

1.温度监控系统需求分析

2.温度监控系统可行性分析

2.1.技术层面分析

2.2.实用性层面分析

3温度监控系统体系结构

3.1.结构组成

3.2.技术控制参数

3.3系统框架结构

4.温度监控系统硬件设计

4.1.单片机选型分析

4.2.温度传感器选型分析

4.3.显示模块选型分析

4.4.直流电机选型分析

4.5.系统硬件电路

5.温度监控系统软件设计

5.1.系统主程序

5.2.温度采集

5.3.温度转换

5.4.温度显示

5.5.直流电机驱动程序

6.温度监控系统调试

6.1.硬件调试

6.2.软件调试

6.3.综合调试

7.系统安装及调试

三、参考文献

著作：

李林功、吴飞青.《单片机原理与应用》.机械工业出版社, 2014.

戴佳等. 《51单片机应用系统开发典型案例》.中国电力出版社,2005.

刘守义等.《单片机技术基础》.西安电子科技大学出版社,2007

陈海宴.《51单片机原理及运用》.北京航空航天大学出版社,2010.

楼然苗.《51系列单片机设计实例》.北京航空航天大学出版社,2003

何立民.《单片机高级教程应用与设计》.北京航空航天大学出版社,2007.

吴琳，杨林.《基于单片机的温度数据采集器》.现代电子技术，2008

潘勇熊.《新编单片机原理及应用》.西安电子科技大学出版社，2003.

康华光.《电子技术基础》.高等教育出版社，2003.

Meehan Joanne, Muir Lindsey. SCM in Merseyside SMEs: Benefits and barriers…TQM Journal.2008