基于单片机的温度控制系统设计(开题)

选题意义、研究现状及可行性分析

一、选题意义

为了节约劳动成本，减少资源浪费，提高温度控制效率，设计一款合适的温度控制系统十分重要，它可以通过改善相应的因素来提高经济效益，有利于工业、农业等不同领域社会的进一步发展，为需要温度控制的项目工程提 供一个合理的操作系统、以此来提高工程的操作效率。本次研究的设计主要采用的是STC89C51单片机作为主要控制来设计一款温度控制系统。利用单片机进行设计，一方面是比较容易进行温度的控制，另一方面是其操作更具有灵活性。作为一项利用单片机、传感器、继电器以及显示器等部件的系统设计，可以很好地考验我们的综合实验能力以及动手操作能力，将所学的书面知识得到一个更深层次的理解，对书本知识有进一步的加深。

二、研究现状

(一)国外温度控制发展

温度控制在20世纪80年代中末期是发达国家重点发展的领域之一;当时，它被认为是一种新技术，它将被广泛地运用于21世纪。首先，采用模拟组合式仪器进行数据采集、显示、记录和控制;上个世纪八十年代后期，分布式控制系统应运而生。世界上首款使用八维数字转换器的智能温度传感器出现在二十世纪九十年代中期，由于测量精度不高，分辨率仅为1.目前，全球各地的温度测量与控制技术都得到了飞速的发展。随着微电子技术的发展，温度控制系统逐步与微机、电脑等技术的融合，使温度控制系统的数字化、智能化程度得到了进一步的提升。xx，德国，日本等发达国家，在自动化水平的提高下，逐步走向完全自动化和无人操作。科学家开发了一系列计算机软硬件，其功能是自动控制环境的温度和湿度。英国：高度重视温湿度控制器并进行开发。科学家利用温湿度控制器调节环境，同时对农作物的环境生理、室内节能等因素进行研究，并取得重大突破; 荷兰、xx：利用高科技为温湿度控制器添加遥感、局域网控制、通讯等附加属性，成功实现了PC自动温湿度、照明、滴灌、循环营养液等控制功能等，让温湿度控制器更加惊艳。日本：Komatsu Electronics 该公司开发出一种新型的模糊控制器用于温度调节，并将它应用于实际产品中。实验证明，这种系统在不同环境温度下都能保持较好的性能。 结果表明，与传统的温度控制方法相比，温度传感器的使用较少，可以降低企业的成本，提高企业的生产效率。

(二)国内温度控制发展

与发达国家相比，国内的温度测量与控制技术相比起步较晚，通过国外先进测量和控制技术的基础研究，中国工程技术人员掌握了室内温度微型计算机技术。近年来，在冶金、机械、化学等领域，温度控制已逐渐成为工业中的一个重要环节。但由于传统的控制方法难以满足高速、高精度的需要。与接触式温控仪相同，其最大的缺陷是其温度变化幅度很大，其特点是通过调节接触器的开关比来实现对加热功率的调节;由于温度控制系统的误差，仪表自身和交流接触器的使用寿命非常短。严格来说，与发达国家的差距还是很大的。近年来，各种温控技术得到了飞速发展，其中 PID控制即比例、积分、微分控制等技术的发展，具有结构简单、实用、易于实现等优点，但具有现场参数调整困难、抗干扰性差、控制延迟大等缺点。由于其控制算法需要事先建模，因此很难将其纳入到模型中。

模糊控制，借助模糊规则以及推理方法，由A/D转换电路和模糊控制器组成适用于控制非线性、时变和纯延迟系统，参数变化对控制效果的影响大大降低，抗干扰能力更强。常运用与如干燥机、工业炉等温度控制。

神经网络控制，采用数学模型方法模拟生物神经细胞的结构，通过对系统的辨识、运算后将简单的处理单元连接起来，构成了各种各样的错综复杂的网络。

Fuzzy-PID控制技术，利用模糊控制和 PID控制相结合，解决了常规 PID参数不能实时调节参数的不足，可以实现对不确定目标和非线性目标的控制。常用于人工智能调节器、温度仪、热电阻校验仪等控温装置。

模糊神经网络控制，在模糊逻辑的基础上与神经网络相结合，通过在线学习算法和采用神经网络模糊逻辑推理网络模型，具有自调整、自学习和自适应能力在不需要任何初始信息的P、I、D参数寻优温控系统中，如陀螺温控系统中常见。以我国的现状，温度测量控制离工业化还有很长的路要走。

可行性分析

研究发现，我们现在的社会中比较流行的温度控制系统大多数的控制性能、可靠性不高，一些先进的、操作性好的温度控制系统价格比较昂贵而且操作比较繁琐。针对于此现状，我们现在需要的就是性价比较高而且操作简单的温度控制系统，并且在研究中我们可以了解到单片机的价格相对低廉，而且也可以实现范围性的温度控制，因此采用单片机作为主控部分来进行温度控制系统的设计可以为社会提供一些基本的范围性温度控制系统。

基本内容、目标、拟采用的方案

一、基本内容

当今社会不断发展，工业以及生活领域对温度控制系统的要求日益增加。以往的设计系统已经不能满足如今的社会需求，因此设计更加符合要求的温度控制系统是大势所趋。采用单片机进行温度控制系统的设计可以使温度的调节更简单、灵活，节约操作成本。本文将利用STC89C51单片机设计一个温控系统，利用温度传感器进行数据采集，LCD显示屏显示当下的温度。当设备的温度超过或低于预设的温度区间时，报警器发出警告且继电器开始控制相应的器件进行温度控制操作，从而将温度控制在预设的区间内。最终通过仿真对设计进行调试以及改善。本系统可作为热水器温度控制系统、温室温度控制系统等。系统灵活性大，便于调节。

研究目标

为了使工业、农业等生产领域能够顺利进行，调节其中的各类参数如温度、压强、速度等是十分有必要的，其中对温度进行控制是非常重要的。如今社会不断发展，我们对于温度的要求越来越高，不同领域在操作的时候都或多或少的需要对温度进行一定的控制，所以对温度的测量以及控制变得十分重要。工业、农业等生产领域离不开温度这种要素，准确的测量并控制温度不仅可以提高工业、农业等生产效率，还可以对产品的质量进行提升，减少人工资源的浪费。

研究方案

本设计研究主要是基于单片机做温度控制系统，所要进行温度控制的设备通过DS18B20温度传感器把目前的被控设备温度转化为单片机能够识别的数字温度信号传输到单片机中，与此同时可以在系统中设定一个被控设备的初始 温度范围。设定的被控设备适应的温度范围以及设备当前的温度会显示在LCD1602液晶显示器上。当设备温度高于或低于预设温度范围时，通过报警器报警并且继电器控制系统会据此控制不同器件进行设备的升降温，以控制设备温度在设定的范围内。

进度安排

2020年09月01日-2020年09月30日 选题、调研、收集相关资料;

2020年10月01日-2020年11月30日 审核、修改、论证，完成开题;

2020年12月01日-2021年02月15日 完成中期检查，提交中期报告;

2021年03月01日-2021年03月31日 提交论文初稿;

2021年04月01日-2021年04月15日 补充完善、进一步修改，完成终稿;

2021年04月20日-2021年05月10日 论文答辩。

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