河北农业大学

毕 业 论 文 ﹙设 计﹚ 开 题 报 告

题   目    基于单片机的温度控制系统设计  

                                       

学生姓名    王传秀      学号  2008234020323  

所在院(系)            信息科学与技术学院                           

专业班级         电子信息科学与技术                

指导教师         贾雨琛            

2012   年   04  月 9 日

 

第二篇：温度控制系统开题报告

论文题目： HT100烫金机温度控制系统设计

学 院： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 导师姓名： 开题时间： 年 月 日

1．课题背景及意义

1.1课题研究背景、目的及意义

在现在的社会生活中,烫金机广泛的应用于小面积的纸张，皮革，塑料工艺制作，化妆品行业的包装制作，玩具行业，文具行业以及各种包装行业等等，而完美的烫金效果主要取决于温度，压力，烫金速度等方面，因此要控制好烫金效果，对温度的控制至关重要。烫金机的温度必须控制在一定的范围内，才能保证良好的效果。如果温度过高，融化过度，烫印图文周围的电化铝就会融化脱落，同时温度过高也会是烫印产品亮度降低，失去金属光泽。如果温度过低，融化不充分，会造成烫印不上或烫印不牢，易脱落，印记发花等。

本文拟设计一个烫金机的温度控制系统，控制烫金机的温度使其在理想的温度下工作，保证烫金的质量，满足工艺生产的要求。

而且随着社会的发展，科技的进步，测温仪器在各个领域的应用，温度控制系统已经深入到人们生活的各个方面，温度控制是一个与人们生活息息相关的实际问题，对温度控制的精度、稳定性、可靠性等要求也越来越高，因此设计温度控制系统具有广泛的应有和实际意义。因此温度检测控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。温度控制技术经历了三个阶段：1、定值开关控制；2、PID控制；3、智能控制。用单片机做为处理器的温度控制系统得到广泛了的应用。通过单片机来控制烫金机加热的过程促进了生产过程的自动化。而生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、改善劳动条件、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段。采用温度控制系统来控制温度具有重要作用。

1.2课题国内外研究现状及趋势

国外对温度控制的研究较早，始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示,记录和控制。80年代末形成了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。系统的集成度越来越高，多种功能集成在一个芯片中，使系统电路更简洁，功能实现更方便，在多种环境中实现稳定可靠的工作[1]。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。在技术上以单片机控制的单参数单回路系统居多，与发达国家相比，仍存在较大差距。但是20世纪90年代温度的控制也成为国内学者研究的重要内容，越来越多与温度控制有关的论文在科技刊物上发表[2]。现在温度控制系统也应用在了烫金机上。近10年来在温度控制方法上有了快速的发展，已从传统的直接控制变成PID控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等控制方法。而温度的测量方法也有了很大发展，目前国内外通用的温度传感器及测温仪有热膨胀式温度计、电 1

阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表等。使用比较普遍的温度传感器有铂金属传感器，适用于中高温度测量，以及便于信号采集和处理的数字温度传感器DS18B20[3][4]。

2.毕业设计研究内容及任务

2.1研究内容

设计一个HT100烫金机的温度控制系统，选择温度传感器，并设计温度传感器的后级放大电路，提取被控对象(温度)的数学模型，对控制系统进行仿真，选择一两种控制算法，设计单片机的硬件电路以及加热器的主电路，并设计出软件程序。

对该系统的性能要求如下：

1、温度在200-400℃之间可调，保持稳定；

2、控制精度为±2℃ ；

3、误差范围为≤3％。

2.2设计思想及设计方案

设计的温度控制系统要保证温度在一定的范围内变化，并保持稳定。开环控制系统简单但控制精度难以保证，而闭环系统可以通过补偿保证精度[5]。本文设计的温度控制系统拟采用温度传感器对温度进行检测，将其采集的温度数据进行处理，反馈到加热电路，来控制温度，使其稳定，用铂金属传感器测量加热电阻的温度，用DS12B20测量环境的温度用以对加热电阻的温度的补偿。温度传感采集的数据要经过放大电路放大后送到单片机（识别的信号为0-5V）[6]，单片机把采样值与设定值相比，然后产生PWM波形，通过驱动电路来驱动IGBT，对IGBT的门级驱动来调整IGBT的开通与关断时间[7]，调节交流电的频率，控制交变磁场的强度，进而调节电流大小，对加热电路控制，进而控制烫金机的温度。8051单片机具有40个引脚，4个I/O接口，适用于本系统的控制与编程，故选用8051[8]。被控对象为温度，属于大惯性变量，可以假设为一阶惯性环节[9]，所以采用迷糊控制较为合适。

本文设计的温度控制系统包括整流电路、加热电路、放大电路三个部分。温度控制系统拟采用两种控制方法：一种是迄今为止最通用的适合非复杂系统的控制方法，常规PID控制[10]。第二种是得到广泛应用、适合于复杂控制系统(家电、冶金。化工)的模糊神经网络控制方法[11][12]。模糊神经网络控制方法是模糊逻辑与神经网络相结合，也成为种控制方法发展的趋势[13]。本文对这两种方法进行介绍。利用模块化建模工具Matlab/Simulink建立温度控制系统模型[14]。对设计的温度系统进行仿真，仿真的结果应该和所要求的性能指标一致，并对常规PID控制与模糊控制的系统仿真结果进行对比。

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2.3毕业设计拟采用方法和手段

系统的整流电路采用6个二极管对380V的交流电路进行整流，将交流电能变为直流电能[15]，在整流电路后并联一个滤波电容，对其进行滤波，为热电阻提供加热电压。加热电路用一个热电阻与一个IGBT串联，用PT100传感器检测热电阻的温度，经过放大电路之后将信号变为0-5V的标准电压信号，然后传送到单片机，用DS18B20检测环境温度，可直接将信号传送到单片机。系统采用8051作为处理器，并与上位机PC相连接，随时改变参数，设定温度值以及温度的上限，对目标温度区间设定多个温度段[16]在软件程序中拟采用PID控制算法及模糊算法，并设计产生PWM波的子程序，产生的PWM经驱动电路控制加热电路的工作状态，同时也要设计一个中断程序，当烫金机工作出现故障时产生中断同时停止工作，以及一个报警程序.当系统温度超过上限值时报警，保证系统安全。最后要对系统进行整体的Matlab仿真，并对仿真结果进行分析，与理论计算结果进行比较。

3毕业设计工作计划及进度安排

第1周

第2周

第3周

第4周

第5周

第6周

第7周

第8周

第9周

第10周

第11周

第12周

第13周

第14周

第15周

第16周

第17周 查询国内外相关资料，了解课题的相关内容。 查阅文献，初步确定设计方案，撰写开题报告；外文翻译。 完成开题报告，方案论证；完成外文翻译。 完善课题设计方案，实施方法。 硬件结构设计拓扑结构设计。 加热器主电路设计。 驱动、保护环节设计。 温度传感器信号检测与转换设计。 单片机最小系统单元设计。 控制回路接口电路设计。 软件流程设计，主程序设计。 各功能子程序设计，完善硬件、软件设计。 论文总体框架撰写。 撰写论文主题部分，各章节原理，线路。 修改、完善论文内容。 整理论文内容，格式编辑，准备答辩。 答辩。

4.主要参考文献

[1] 牛昱光.单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2008. 3

[2] FU K S，WALTS M.A Heuristic Approach to Reinforcement Learning Control System[J].IEEE Trans.1965,10(4):390-398.

[3] 孙传友，孙晓斌.测控系统原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社.2007.

[4] 赵海兰.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[M].现代电子技术.2003.

[5] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：科技出版社，2007.

[6] 李群芳，张士军，黄建.单片微型计算机与接口技术[M].电子工业出版社.2005.

[7] 徐德宏.现代电力电子器件原理与应用技术.机械工业出版社[M].2009.

[8] Schultz,Thomas W .C and 8051(4th Edition) [M].Wood Island Prints.

[9] 叶丹，齐国生，洪强宁，等.基于单片机的自适应温度控制系统[J].传感器技 术，2002,21(3):27-30.

[10] 陶永华.新型PID控制及其应用(第二版) [M].机械工业出版社.2002.

[11] Mamdani E H.Application of Fuzzy Algorithms for Control of Simple Dynamic Plant[J].ProcIEE,Control and Science.1974,121(12):1585-1588.

[12] Moore C G, Harris C J. Indirect Adaptive Fuzzy Control[J].Internationnal Journal of Control.1992,56(2):441-486

[13] Rubaai A, Kotaru R, Kankam M.A Continually Online-Trained Neural Nework Controller for Brushless DC Motor Drives[J].IEEE Trans on industry Applicatong.2000,30(2):475-483

[14] 张志涌.精通Matlab6.5版[M].北京航空航天大学出版社.2003.

[15] 王兆安，刘进军.电力电子技术(第5版) [M].机械工业出版社.2009.

[16] Zhou Z, Vucetic B. Design of adaptive modulation using impact CSI in MIMO systems[J].Electronics Letters.2004,40(17):1073-1074.

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