基于单片机的温度控制
系统设计文献综述
- 前言
温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领 域最常遇到的一个物理景。随着现代工业的发展，人们需要 对工业生产有关温度系统进行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚 出炉的钢铁进行热处理，塑料的定型及各种加热炉、热处理炉、 反应炉和锅炉中温度进行实时监测和精确控制。而有很多领域的 温度可能较高或较低，现场也会较复杂，有吋人尤法靠近或现场 无需人力来监控。如加热炉大都采用简单的温控仪表和温控电路 进行控制，存在控制精度低、超调量大等缺点，很难达到生产工艺 要求。R在很多热处理行业都存在类似的问题，所以，设计一个 较为通用的温度控制系统具有重要意义。这时我们可以采用单片机控制，这些控制技术会大大提高控制精度，控制简捷，降低了产品的成本，还可以和计算机通讯，提高了生产效率.
单片机是指芯片本身，而单片机系统是为实现某-个控制应 ffl需要山用户设计的，是个围绕单片机芯片而组建的计算机应 用系统，这是单片机应用系统。单片机问世以来，性能不断提 高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具 有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用'便、价 格低廉等特点，因此，应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的
多片微机应用系统。
- 历史研究与现状
在工业牛.产温控系统屮采用的测温元件和测量方法不相同， 产品的工艺不同，控制溫度的精度ik不相同，因此对数据采集的 精度和采用的控制方法也不相同。
通常山位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度 控制系统，其主电路由接触器控制时冈为不能快速反应，所以控 温精度都比较低，大多在几度甚至十几度以上。随着电力电子技 术及元器件的发展，出现了以下几种解决的方案：
- 主回路用无触点的可控硅和同态继电器代替接触器，配 以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温 精度大大提高，常在plusmn;2°C以内，优势是采用模糊控制与P[D控制 相结合，对控制范闱宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性。
- 采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集 温度数据，打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D转换采集温 度的思路。用单片机对数字进行处理和控制，通过RS - 232串口 传到PC机对温度进行监视与报警，设置温度的上限和下限。其优 势是结构简中.，编程不需要用专用的编程器，只需点击屯脑鼠标就 可以把编好的程序写到节片机中，很方便且调试、修改和升级很容易。
- ARM(Advanccd RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控 制。利用ARM处理器的强大功能,通过读取温度传感器数据， 并与设定值进行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统能获得极好的实时性，并且通过TCP/IP协议能与PC机很快的通讯。其优势不只是温度控制精度高，而且能够通过现场 跟远程两种//式来设定控制温度。
传统的温控系统温度控制方式匕不能满足高精度，高速度的 控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范 围大，山于它主要通过控制接触器的通断吋间比例来达到改变加 热功率，受仪表本身误差和交流接触器的奇命限制，通断频率很低。
成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并 广泛应用的控制仪表较少，因此不适合用此种方法作加热炉的温度控制系统a
近几年来快速发展了多种先进的加热炉温度控制方式，如： 模糊控制。这个控制技术大大的提高了控制精度.不但使控制变 得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生 产效率。不过，模糊控制系统动态性能好，但稳态性能较差，a 很难使两种性能指标都达到理想要求。目前普遍采用模糊一线性 复合控制器发挥了模糊控制和线性控制的优点，使设计的系统取 得了较好的动态和稳态指标。何是，模糊一线性复合控制冋时也 存在bull;些问题：线性府馈复合控制的系统性能对参数变化比较敏 感；模糊一线性双模控制存在开关切换问题等：在线性控制的误 差通道并联模糊控制器系统和模糊控制器与线性控制器并联系统 尽管得到了较好的效果，但并不能从根本上解决模糊控制器稳态 性能和动态性能之的矛盾问题。
