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毕业设计(论文)开题报告（黑体小2号加粗居中）
题目 数字式温度控制仪的设计 1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）：（表中内容宋体5号） 温度是工业生产和科学实验中的重要参数之一。在化工、 冶金、 医药、 航空等领域里，对温 度的控制效果直接影响到许多产品的质量及使用寿命，因此，温度控制成为各个领域中的一项关键技术，研究高性能的温度控制仪表具有重要意义。温度控制的关键在于测温和控温两方面，温度测量是温度控制的基础。在温度测量方面，技术己经比较成熟，由于控制对象越来越复杂，而在温度控制方面，还存在着许多问题，人们还在寻找着更好的控制方法以提高控制性能，满足不同的控制要求 。 在工业控制领域里，温度控制应用得非常广泛。从硬件设计到温度控制算法，曾有许多学者抱着能在前人基础上有更上一层楼的目的从不同的角度对它进行过分析和实验，他们也取得了不同程度的成绩，归纳起来，大多数研究还是面向特定的温控对象。然而，作为产品化的温控仪，它不仅要求在控制性能方面适应强，而且对于仪器本身也涉及到多种温度传感器输入，不同控制模式输出，人机通讯方式等许多功能的实现。可以说，它是一个不仅要求结构简单，成本低廉，而且还能针对不同的温控对象有良好的控制效果的完整系统。从工业温度控制器的发展过程看，大致可分为三代:第一代温控器为定值开关控制，其方式是利用机械和电气开关，当系统温度达到事先设定的温度时，对加热源进行通断控制。目前，这种控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。第二代温控仪是采用PID方式控制的设备，它包括了采用逻辑电路的电动PID和微计算机软件PID控制调节方式，由于PID调节模型中考虑了系统的误差，误差变化及误差积累两个因素，因此，其控制性能大大地优越于第一代控制方式。PID控制的品质的好坏，主要取决于三个系数。即比例值、 积分值、微分值，只要选取的正确，对于一个确定的受控系统，其控制精度是令人满意的。但是，它的不足也恰恰在此，当三个参数一旦改变，两个控制参数也必须相应地跟着改变，此时控制品质就难以得到保证。为了克服PID调节方式的这一弱点，人们提出了一系列自动调整参数的方法，即参数的自学习，自整定方法。这种基于具有自适应的PID算法研制的温控仪，就是目前的第三代温控仪表。目前国内温控仪相对国外温控仪而言在性能方面还存在一定的差距，它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪在全量程内温度控制精度低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的温控对象，由于控制算法的不足导致控制精度不稳定。但在价格方面，国内的温控仪相对来说要便宜一些。 随着时代的进步，传统的传感器已经不能满足现代工农业生产、国防等的要求。20世纪70年代以来，计算机技术、微电子技术、光电子技术获得了迅猛的发展，加工工艺逐步成熟，新型敏感材料不断被开发出来。在新技术的渗透下，使微处理器和传感器得以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能自检、自校、自补偿的新一代传感器——智能传感器。本系统的设计就是按照智能仪表的要求设计的。 它的可靠性高、精度高、操作简单、功耗低、成本低。在工农业生产中具有很好的应用前景。所以开发《数字式温度控制仪的设计》系统是十分必要和迫切的。 2．国内研究概况 目前，国内的温度控制仪生产厂家虽然较多，但是国内自主研制的高精度温度控制仪却很少。温控仪也主要应用在冰箱空调等家庭电器以及工业用制冷设备，在高精密制冷设备中我国的温度控制仪还没有发挥其应有的作用。随着现代工业生产和科学研究的发展，人们对温度过程控制的要求越来越高，具体表现在温控的精度、稳定性、可靠性和多功能性等方面。传统的国产温控设备已经不能满足这些要求，特别在一些精密器件的生产线和标准检测领域方面，经常需要配套相应的测温设备。在一些测温产品实现标准化、保证产品质量的过程中，就需要提供更高要求的温度控制仪。目前绝大多数国产产品无法满足要求的情况下，只能从国外引进，这严重阻碍了我国现代化建设事业的发展。就目前我国的技术水平和生产设备来看，我们已经有能力研制和生产出高标准的控温仪表。为此，国内许多科研机构及厂家纷纷投入这类仪表的研制和生产.近年来，已取得了许多可喜的成果。综观当前国内温控仪的研制和生产水平，有两个主要问题明显地摆在我们面前:其一是温控仪的高精度测量问题:其二温度的高精度控制的问题。目前市场上一般的数字显示仪器都是4位显示，控制温度在± 0.1℃以内。温度控制在± 0.01℃的仪表不多见，主要因为在± 0.411温度控制要求，必须将测量精度拟定为± 0. 001℃。铂电阻(0.l O0℃) ±0.001℃的温度变化对应于Pt10的电阻变化。对于这一类的电阻测量要求比较高，电路要具有分辨率高、稳定性好、 调试简单、可程控、与计算机接口简单等特点。在若干年前，A/D转换器精度较低的情况下，这类温控仪几乎是空白。随着ADC技术的进步，E-dA/D技术、自校正ADC技术，一些高精度A/D数据转换器纷纷面世，如采用E-dA/D技术的AD公司的AD7710系列、 BURR-BROWN公司的ADS1210等高性能A/D器件。这些器件具有24位精度，宽动态范围，适用于工业过程控制和各种变送器。所以现在有可能设计满足 高精度测量要求的温控仪。目前工业控制系统中智能仪表的发展前景是极其乐观的。在温度控制领域中智能化仪器的需求也越来越大，要求温控仪表具有宽动态、多功能、高准确度、高分辩率、高可靠性、高重复性、实时性、 自动显示与记录、 自动故障诊断等特点。随着电子技术、集成电路技术、测量技术、数据采集技术的发展，为我国仪表工业可以说带来了一次机遇。跟踪新器件、 提出新的设计思想、新的方案，就一定能在仪器仪表的设计方面，缩短与国外先进水平的差距，制造出一流的仪表。 在国外的发展中，美国福禄克公司（Fluke Corpporation）作为电子测试工具的领导者，福禄克公司提供的紧凑式高准确度标准温度炉，满足只有极少数公司才可以达到的IEC1010和CSA安全标准。其500系列温控仪有以下特点：-45℃至670℃可选温度范围，温度稳定性为0.02℃，温度一致性为0.05℃，温度不确定性0.1℃，计算机接口包括RS232标准配置，重量13.6kg，尺寸为318*203*267mm。福禄克公司旗下的HART公司更是温度校准的恒温槽世界第一销量的公司，HART设计的独一无二的控制技术能够给出±0.0001℃的温度稳定性，恒温槽设置点的高分辨力可达到小数点后5位的高精度。德国Lauda公司生产的加热/冷却恒温槽、冷却器，工作范围在-90——400℃（非同一台制冷机），温度控制精度可达±0.01℃。LAUDA校准用恒温浴槽，可用于校正各种不同长度的玻璃温度计、电子温度计和热电偶，达到0.005℃的温控精度。 3．基本内容和技术方案： 当温度控制系统开始工作后，感温元件感受所测环境或者元件的温度高低，并将热信号转变为电信号传给温度控制仪，温度控制仪将收到的电信号与控制指令相比较。当满足控温范围时，设在温度控制仪内部的接触器不动作，当信号超出范围时，接触器动作，从而给电阻加热通电或断电，使得被加热元件温度升高或降低。 课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。本设计系统包括温度传感器，A/D转换模块，输出控制模块，数据传输模块，温度显示模块和温度调节电路六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。 （1）通过温度传感器DB18B20采集烧水炉中的当前温度值，并在12864液晶显示器上显示出当前烧水炉内的温度值。 （2）设计键盘给定，通过键盘按键给定要控制的烧水炉中的目标温度，该设定值也可以显示在12864液晶显示器上，与测量值轮流显示。 （3）设计控制电路，对烧水炉的断电状态进行自动控制，采用通断控制电路，控制占空比，实现PWM控制算法，使烧水炉中的温度稳定在设定值。 o o o（4）控制参数：温度测量范围为0-100C，测量精度为±0.5C，控制精度±5C。 4．进度安排： （1）硬件设计(第4，5两周) （2）软件设计（第6，7两周） （3）系统调试（第8两周） （4）撰写论文（第9两周） 5．指导老师意见： 指导教师签名： 年 月 日
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