1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名 郑家明 学 号： P1502110428

所在学院： 自动化与电气工程学院

专 业： 　　电气工程及其自动化　　　

设计(论文)题目 基于STC51单片机的智能温度控制系统设计

指导教师： 孙冬梅

2015年 1 月 23 日
毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述：

文 献 综 述 引言 近年来，随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，是当前温控系统需要迫切关注并给予解决的重要问题之一，在具体的应用中，经常采用单片机对温度进行控制，因为它不仅具有控制方便(使用简单和灵活性强等诸多优点，而且还可以大幅度地提高并满足被控温度的技术指标要求，从而对提高产品的质量和数量有极大的帮助。因此，基于单片机的温度控制系统在处理工业生产中的控温问题方面具有很好的应用前景[1]。 1、单片机及背景介绍 单片机就是单片微型计算机的简称，它是一种集 012(345(365(786 接口和中断系统等多个部件于一体的器件，体积虽小但功能强大，只需要外加电源和晶振就可以轻松实现对数字信息的处理和控制。因此，单片机在现代工业控制中得到很好的应用。 单片微型计算机（简称单片机）作为微型计算机的一个分支，自70年代问世以来，以极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很快。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益[2]。 单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中，具有以下特点[3]。 1)小巧灵活、成本低、易于产品化。 2)可靠性好，适应温度范围广。 3)易扩展，控制功能强。单片机的逻辑功能很强。 4)可以很方便的实现多机和分布式控制[4]。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化 管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 智能仪器：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。 工业控制：单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等[5]。 家用电器：现在的家用电器广泛采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。 网络和通信：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 医用设备领域：单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等[6]。 2、智能温度控制系统技术介绍 1967 年 Leondes 等人在他们的技术汇报中首次正式使用智能控制[7]一词。1974年，Mamdani 首次将模糊逻辑和模糊推理用于锅炉和蒸汽机的控制，标志着人们用糊逻辑进行工业控制的开始[8]。1976 年，P．J．King 和 Mamdani 等人合作，采用模糊模型的预估方案，用模糊控制对反应器进行温度控制，成功解决了系统不稳定的问题,这也是控制史上首次利用模糊控制来进行温度控制[9]。20 世纪 90 年代，美国、英国相继发表《智能控制专辑》，德国、日本等国家也连续发表多篇智能温度控制在各个领域的应用方面的论文[10]。现今 Simens 和 Inform 公司联合研制了性能优良的模糊控制开发软件工具及第三代模糊微处理器，可利用软件或硬件的方法实现对系统的模糊控制[11]。 早在 1965 年我国著名科学家傅京孙首先提出把人工智能启发式推理规则引入习控制系统，并于 1971 年提出人工智能和自动控制交叉学科，奠定了国内智能控制发展的基础[12]。随后越来越多的学者开始关注智能控制技术，国家也越来越重视智能控制理论的研究和应用，1993～1995 连续三年国内都召开了与智能控制有关的学术会议。由于温度控制涉及到工业、农业和日常生活等众多领域，智能温度控制技术成为国内学者研究的重要内容，在科技刊物上发表的与智能温度控制有关的论文也相继增多。 总体而言，智能控制在温度控制系统中得到了广泛的应用。目前，国外已研制出智能化、精度高、小型化的智能温度控制器，开发出成熟的智能控制算法和控制软件。相比较而言，国内智能控制技术与日本、美国、瑞典、德国等先进国家相比，仍存在较大差距。目前国内成熟的温控产品主要以点位控制及常规的 PID 控制为主，商品化的智能控制系统少，在智能控制技术研究方面投入的人力、物力还不够[13]。 在化工生产、复合材料的研究、机械制造、烟草企业、制药医疗、特别是化工研究领域和高校各类实验室,处处都会遇到有关温度控制问题[14]。传统的控温方法大都由加温、限温和保温三个环节组成,而且精度较差,经常发生故障[15]。往往不能满足要求精度较高的实验要求[16]。智能控制系统与传统方法的最大区别是实现了加热控制的人性化、智能化[17]。 温度测控系统常用的控制方案有以下三类[18][19]：经典控制方案、基于现代控制理论的设计方案和智能控制方案。 第一类：经典控制方案 经典控制方案采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位等进行控制，控制系统以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同的对象和要求，设计了一些专门的控制算法，如根轨迹法、模型跟踪法、达林算法和 Smith预估器算法等。经典控制方案能较好地解决生产过程中单输入单输出的问题，主要用于线性定常系统，是目前工业过程控制领域中占统治地位的一种控制方案。 第二类：基于现代控制理论的设计方案 现代控制理论以线性代数和微分方程为主要的数学工具，以状态空间法为基础来分析和设计控制系统。此类设计方案主要有：最优控制、系统辨识、自校正控制等。这类设计方案适用范围广，适合于多输入多输出系统、某些非线性时变系统和一些具有随机扰动的系统。该方法优点是理论严谨，控制品质较好。缺点是需要知道被控对象确定的数学模型，对于许多结构复杂，随机干扰因素多而不易获取对象模型的系统，此方法的使用受到限制。 当前，温度控制在冶金、化工、检测等工业领域得到广泛应用。在实际生产中，为保证化学反应的顺利进行，需将各种原材料需要一个固定的温度进入到反应室。例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现。所以广泛应用于诸多领域，提高产品的功能和质量的同时，又降低了成本，简化了设计。随着智能化控制的产生和发展，温度控制将更好的服务于社会[20]。 参考文献 [1] 夏志华. 基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J].煤炭技术，2013，32，(2):191-192. [2]於丹.春风化雨芽将萌谈我国单片机的发展[J].微电脑世界, 1998，(17): 23. [3]顾晟昀.单片机技术的发展及其在电气传动系统中的应用[J].科技风. 2011，(17): 90. [4]吴岩.单片机在电子技术中的应用和开发技术研究[J].黑龙江科技信息. 2011，(09): 15. [5]彭秋红, 沈占彬.基于单片机温度控制系统的硬件设计[J]. 机电产品开发与创新. 2010，(05): 56. [6] 赵君. 基于8051单片机的控制系统[D].吉林大学，2012，11. [7]Intersil . ICL7135Description 1997：3-4. [8]BURR-BROWN. DAC7611 12-Bit Serial Input Digital-To-Analog Converter Description，2003：1 / 5-6. [9]Ramon Pall s-Areny,JohnG.Webster. Sensor and SignalCondition-ing,Second Edition[M]. New York:VCH Publisher(JohnWiley＆Sons),2001,45(40). [10]LabVIEWAdvancedPerformanceCommunicationCourseManual[S].NationalInstrumentsCorporation,2001,12(32). [11]ChungPingyoung,Wei Lunjuang,Michael J. Devaneey. Real-TimeIntranet-ControlledVirtual InstrumentMultiple-CircuitPowerMo-nitoring[J]. 2000,49(3). [12]王顺晃,舒迪前.智能控制系统及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005. [13]宋冬萍，智能温度测控系统的研究与设计[D].苏州大学，2010，10. [14]宰正蓓,甘礼华,陈龙武.实验室高温炉的选用与维护[Ｊ].实验室研究与探索2005,(8): 24-25. [15]王涛.ＳＷ-型数显温控ＸＬ-1箱式高温炉的故障及维修方法[Ｊ].化学分析计量,2000,(9): 35-36. [16]孙国祥,解士龙,刘智勇.高精度智能温度控制仪微控电路设计[Ｊ].齐齐哈尔大学学报,2000, (1): 52-53. [17] 樊世科, 智能温度控制系统[J]. 高校实验室工作研究, 2006, 12, (4): 35-36 [18]冯勇.现代计算机控制系统[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997. [19Isidro Sanchez, Julio R Banga, Antonio A Alonso. Temperature control in microware combination ovens[J]. Journal of Food Engineering,2000,46: 21-29． [20]张开生，郭国法. MCS- 51单片机温度控制系统的设计[J]. 微计算机信息, 2005, (07): 63-64 .

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告