多路温度控制驱动模块开题报告

杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题 目多路温度控制驱动模块学 院电子信息学院专 业电子信息工程姓 名班 级学 号指导教师一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.国内外研究动态：多路温度控制系统属于信息技术的前沿尖端产品，被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域，早期的温控系统一般由继电器调温电路组成，很便宜，但是很容易接触不良，随着科技的发展，这样的温控系统无法满足越来越高的精度要求，比如样品的干燥，在某温度下做实验，都需要非常高的精确度。从以前最早的模拟、集成温度控制器到智能数码温控仪再到现在的数字、智能温控仪，数字PID控制、模糊控制等技术都在温控系统上得到了应用，这使得温控系统的安全性还有稳定性都有大幅度的提升。国外仪器仪表普遍采用电子设计自动化(EDA)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、数字信号处理(DSP)、专用集成电路(ASIC)及表面贴装技术(SMT)等技术，并且越来越智能化和数字化，其中在温度控制系统构成的温控仪器仪表这块，英国的STRIX公司在电热水壶温控器方面产品大约占据了世界45%的销售额，在这方面更是有其独特的“三金属片”，专利多达250项，主要特色是简单快速，即方便上手，烧水又快。外国人相当重视科学仪器的发展，因为这是科研工作的基础。国内对于温控系统的发展相对于国外要晚一些，不过还是有很多可喜的进步的，比如KL808温控仪是国外技术垄断，但是我国自主研发了一款叫做“二兆瓦级永磁直驱风力发电交流器”，能够实现替代KL808温控仪。除此之外，我国工农业发展形势乐观，这更加大了市场对温控系统的需求。大棚种植，大规模室内养殖，要求恒温环境的科研研究等，都需要温控系统来对环境有一个良好的把握。2.选题的依据和意义：随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。故本次设计通过使用51单片机来完成多路温度采集控制系统的设计全过程。在工业检测系统中，热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽、测温精度高等特点，被广泛应用于工业温度控制过程中。但热电偶输出电势及其微弱，而且存在冷端温度误差和输出电势与被测温度的非线性问题，易引起较大测量误差，尤其在以单片机为核心器件的智能装置中，需进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计，硬件芯片使用过多，软件编写任务重，不能适应现阶段产品集成化、模块化的需要。故本设计中的温度传感器采用MAXIM公司的MAX6675芯片，该芯片是K型热电偶串行模数转换器，它能独立完成信号放大、冷端补偿、线性化、A/D转换及SPI串口数字化输出功能，大大简化了热电偶测量智能装置的软硬件设计。2、 研究的基本内容，拟解决的主要问题：1. 基本内容：利用单片机技术设计多路温度测控系统,实现多路温度的测量和控制。2. 拟解决的主要问题： 1）温度可设定、可测、可控；2）测控温范围0100、精度0.3；3）“多路”是指最少两路。三、研究步骤、方法及措施：1.系统组成结构及工作原理：1）温度测量原理 多路温度测控系统的数据采集部分由多路转换器和热电偶数字转换器构成。系统设定测温范围是01 000 ,传感器采用K 型热电偶。 K 型热电偶与8 选1 多路转换器CD4051 连接, 由单片机AT89C52 给出地址选通代码输入到CD4051 的输入端,8 路温度采样信号经多路转换器分时选通输入到热电偶数字转换器,从而选通不同的传感器实现8 路一一对应的闭环测量控制系统。 见图1 所示。K 型热电偶测量电路选用MAX6675 ,MAX6675 是带有冷端温度补偿的K型热电偶数字转换器,主要由热电偶模拟电势信号放大电路、冷端温度补偿电路、A/ D 转换电路以及数字控制电路等组成。 具有线性校正、热电偶断线检测等功能。热电偶输出的mV 信号经多路转换器输入给MAX6675 ,直接转换成数字信号送给单片机AT89C52。MAX6675 数据输出为12 分辨率。 转换器测温范围01 023.75 ,温度分辨率为0.25 ,在0700 范围内温度显示精度为8 LSB。 冷端补偿范围为- 2085 ,工作电压3.05.5 V。A/ D 转换电路将热电偶测量信号与温度补偿电路的补偿信号相加后进行模拟量到数字量的转换,转换数字量以12 位串行方式从SO 端输出. 当12 位全为0 时,说明被测温度为0 ;当12 位全为1 时,被测温度为1 023.75 . 由于MAX6675 内部进行过激光修正,即对热电偶的非线性进行了修正,所以被测温度值与转换的数字量之间具有较好的线性关系,可由式(1) 给出:温度值= 1 023.75 转换后的数字量/4 095 (1)2） 控制输出原理：温度采样信号经过数据处理和PID 控制器运算之后 ,将数据传给单片机，然后再来选择对应的数模转换器（这里采用双路8位并行口数模转换器）,其输出经驱动电路后输出控制信号,温度传感器与数模转换形成8 路一一对应的闭环系统,可以达到多路温度控制。框图可见图1右侧部分。8路热电偶温度传感器多路转换器热电偶数字转换器单 片 机8路驱动与加热电路 数模转换器1 数模转换器4 键盘显示图1：系统结构框图2. 系统软件设计：开始系统软件设计主要包括数据采集设计和PID控制器算法的设计。数据采集部分设计重点在测量电路MAX6675 测温数据的读取,MAX6675 与单片机通过3 线串口进行通讯。MAX6675的输出数据为16 位,输出时高位在前,低位在后。 第一位D15 为无用位;D14D3 为热电偶模拟输出电势转换的12 位数字量;D2 为热电偶断线检测位,当D2 为1 表明热电偶断线;D1 为MAX6675 标识符;D0 为三态。多路温度测控制系统采用的PID 控制器算法是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种调节器。 单片机AT89C52 输出选通信号,使得多路转换器的一路温度信号选通并输入到热电偶温度数字转换器,AT89C52 接受一定量的数据之后通过数据处理和PID 控制算法后数据通过数模转换器输出控制信号。 然后AT89C52 再输出信号,选通第二路温度采样信号,依次类推形成循环控制。软件流程图见图2。AT89C52初始化键盘和显示选通第一路信号，MAX6675初始化采样数据PID算法程序输出到数模转换器1A键盘显示选通第八路信号，MAX6675初始化采样数据PID算法程序输出到数模转换器4B图2：软件系统流程图四、研究工作进度：起止日期：2012年1月4日 至2012年5月23日进度安排：序号时间内容12012.1.4-2012.1.11师生见面、题目确定、任务明确、准备资料。22012.2.11-2012.2.21下发任务书，根据任务要求形成初步方案，准备开题报告32012.2.22开题报告会42012.2.23-2012.3.6设计方案细化，并形成设计电路图52012.3.7-2012.3.20完善电路图，制板、安装62012.3.21-2012.4.3硬件完善，软件编程与调试72012.4.4-2012.4.17软硬件完善，进一步调试82012.4.18-2012.5.9撰写毕业论文，准备答辩用材料（ppt文件和要展示的实物等）92012.5.10-2012.5.16论文评审及修改102012.5.23毕业答辩五、主要参考文献：1阎石. 数字电子技术基础M. 高等教育出版社2009.2李广弟，朱秀月，冷祖祁. 单片机基础M. 北京航空航天大学出版社2008.3王晓华，朱代先. 模拟电子基础M. 清华大学出版社2010.4黄友锐，曲立国. PID控制参数整定与实现M. 科学出版社2006.5 虞致国. MAX6675 的原理及应用J . 国外电子元器件,2002 .6魏静韬,曲凯. 基于模糊控制的温度传感器动态性能的改进J . 石油化工自动化,2005 .7卫晓娟,蒋赵远. 基于AT89C51 的数据采集通信系统设计J . 工业控制计算机,2004 .六、指导教师审核意见： 指导教师签字： 2012年 2月 22 日七、系（教研室）评议意见： 系（教研室）主任签字： 2012年 2 月 22日八、开题小组评审意见：开题小组负责人签字： 2012 年2月 22 日九、学院领导审核意见：1通过； 2完善后通过；未通过 学院领导签字： 2012年2月 24 日