智能温控风扇设计-开题报告

智能温控风扇设计-开题 一、选题的背景和意义(所选课题的历史背景、国内外研究现状和发展趋势) 历史背景及意义 温度是描述一个目标特点时最重要的数值之一，它与我们的日常生产及生活息息相关，它的测量和 [1]调整对控制产品的质量，提高生产效率和加快国家经济的发展有着非常重要的作用，特别是在冶金、化工、机械、电气等各类工业中使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等。因此对温度的检测和控制的技术进行研究是非常有必要的。在工业的研制和生产中，准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件，而为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用电子技术是重要的途径。以单片机为核心的温度调节系统来对温度进行控制，广泛应用于社会生活的各个领域，是用途很广的一类工业控制系统。这类系统不仅具有控制方便、组态简单、灵活性大、成本低，可靠性高等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。 研究及发展现状 温度控制系统广泛应用于社会各个领域，但根据应用场合以及要求性能的不同使得其也不尽相同。传统的温度控制系统大多数采用模拟方法实现，主要有开关式控制法、比例式控制法等等，控制电路大都采用继电器控制电路，虽然结构简单，但由于继电器动作频繁，常导致触点不良而影响温度控制，且其反应速度慢、精度低、造价高、维修麻烦。而随着温度控制技术的不断进步以及其与计算机等技术的相结合，使得温度控制系统在各方面取得了巨大发展。其具体如下:1)在控制电路上，采用主回路无 [2]触点作为控制电路的方法，即采用无触点的可控硅或固态继电器替代传统的继电器，克服了传统继电器接触不良的问题，提高了系统的稳定性，且其造价低，维修简单;2)在温度采集方面，打破了传统的用热电阻、热电偶以及A/D转换器采集温度的思路，采用单线数字温度传感器采集温度，不仅简化了电路结构，同时有效地提高了系统的控制精度，如美国DALLAS公司1995年生产DS1820数字温度传感器，其 [3]【4】测温范围-55,+125?,标称测温精度为0.5?，从DS18B20读出或写入信息仅需1根口线(单线接口);3)采用单片机等做为中央控制核心:单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，是把组成微型计算机的各功能部件:中央处理器CUP、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、 [5]【6】定时器/计数器等部件制作在一块集成芯片上构成的一个完整微型计算机，具有丰富的中断等资源。用单片机做为中央控制核心不仅极大地提高了温度控制系统的智能化，减化了外围电路的设计，同时结合文献[7]的算法，通过编程方法实现系统的参数自整定，提高了系统的控制精度以及反应速度，增强了系统功能，同时使得系统的适应性大大增强。与此同时，在国外随着计算机等技术的迅猛发展以及其与温度控制技术的不段结合，使得其温度控制技术在智能化、自适应、参数自整定等方面取得大量成果。从20世纪70 年代以来，先是采用模拟式组合表来采集现场信息并进行记录和控制。到80年代末出现了分布式控制系统。在此基础上，日本、美国、德国等国在温度控制领域都生产出了一批性能优异的温度控制器及仪器数字控制器等。这些温度控制系统普遍具有参数自整定功能并结合了计算机、通信等技术，运用先进的算法，具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。 而我国在温度控制技术方面尽管已经取得了一些成就，但是更多的企业仍值停留在简单的PID控制， [8]与国外相比，我们在智能控制技术领域仍有很大的差距。 发展趋势 随着工业自动化控制理论、通信技术和计算机技术的迅速发展，温度控制器正朝着高精度、小型化等方向迅速发展。其具体表现为传感器技术的改进与温度控制算法的改进。 在温度传感器方面，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化等高科技的方向迅速发展:1)提高温度检测的精度:目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5~0.0625?。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125?，测温精度为?0.2?;2)增加温度传感器测试功能:新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，采用DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC)等，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部的E2PROM存储器来存储用户的短信息等;3)温度传感器总线技术的标准化与化:即温度传感系统的总线技术的标准化，所采用主线有单总线、I2C总线、Smbus总线和SPI总线等;4)温度传感器可靠性及安全性设计:采用了高性能的Σ,Δ式A,,转换器，结合过采样、噪声整形和数字滤波等技术，来提高有效分辨力。同时在安全性上还设计了完善的系统过热保护功能等;5)虚拟温度控制器和网络温度控制器:虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台结合软件开发而成的。利用软件来完成温度控制器的标定及校准，从而实现最佳性能指标，而网络温度控制器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能温度控制器。它首先通过数字传感器将被测温度转换为数字量，再送给微控制器处理。最后将测量结果传输到网络，以实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准;6) 温度控制器单片测温控制系统:单片系统是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108~109元件/片，这将给IC产业及IC应用 [9]带来划时代的进步。 在温度控制算法方面，近几年发展比较迅速的有:1)改进PID温度控制;2)神经网络控制;3)模糊控制;4)模糊控制与PID控制结合;5)模糊控制与与神经网络结合;6)遗传算法;8)模糊控制、神经网络、遗传算法三者结合。而随着电子技术的发展，控制电路的形式也多种多样,无论是神经网络,模糊控制还是遗传算法,都属于人工智能领域,同PID结合以调节PID参数,适应温控系统非线性,干扰多,大时 [10]延,时变和分布变化的特点。这些控制方法实现了温控系统的参数自整定，将线性控制与非线性控制相结合，进一步简化了温度控制系统的电路设计，提高了系统的各项指标。 一、 研究的基本和拟解决的主要问题 研究的基本内容 1.单片机控制电路的设计; 2.温度检测电路的设计; 3.数据处理程序设计; 4.显示、电源等电路设计; 5.驱动控制电路设计。 拟解决的主要问题: 本文设计的以STC89C51单片机为控制核心的智能温控风扇需解决以下问题: 1.确定最佳数据采集方法，找出软件优化措施; 2.元器件的选材，根据计算和实际应用及系统精度的要求，在同类器件中最优选择; 3.硬件电路的设计，包括单片机硬件系统的设计、数据采集模块的设计和温度显示模块的设计; 4.调试电路与性能指标测试; 二、 研究方法及措施 我们提出了用单片机为主要控制装置来完成温度的控制。具体做法:通过DS18B20温度传感器测得 温度数据，把测得的数据通过A/D转换成数字信号，再通过单片机把取得的信号进行处理，然后在显示 模块上显示出当前温度值并驱动风扇转动。 为了圆满完成毕业设计和毕业，现提出如下研究方法及措施: 1、借助丰富的网络资源、图书馆资源来查阅与课题相关的资料，借鉴已有的研究方式方法; 2、在教师的指导下，先对现有的方法进行论证其正确性及可行性，然后根据本课题的要求来提出自 己的研究思路; 3、将研究思路进行分解，根据拟解决的问题逐步进行。 4、进入学校实验室进行研究方法的测试。 5、通过研究思路与已有的研究方法进行对比，纠正原。 四、研究工作的步骤、进度 1. 与课题相关资料的查询; 2. 学习相关知识，设计系统方案; 3. 硬件电路的设计与焊接; 4. 单片机的软件编程与调试; 5. 撰写论文，准备答辩。 前期工作和进度如下表所示: 设计(论文)各阶段名称 起 止 日 期 11.20~1.19 1 查阅有关资料、系统方案初步论证 1.20~3.14 2 设计方案，硬件电路设计与焊接 3.15~4.19 3 单片机的软件编程与调试 4.20~5.19 4 撰写毕业设计(论文) 5.19~5.25 5 论文装订、评阅 5.28~5.29 6 论文答辩 五、主要参考文献(其中外文文献不少于2篇) [1] CHEN Xue-li. Design and Research on NEW Intelligent Temperature Control System for Stove[J] ,Journal of China University of Mining & Technology,2001,11(2): 217~220 [2]郭炳坤.简单的恒温箱温控电路[J].仪器与未来，1991(7):22 [3] 潘勇,孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计[J].电子测量技术，2008(9):108-112. [4] 薛智宏，赵金，解丽红.DS18B20的测量原理及提高分辨率的方法[J].河北工业科技，2002(6):4~7 [5] 何立民. 单片机应用系统设计[M].北京航天航空大学出版社，1995 [6] 谢维成，杨加国. 单片机原理与应用及C51程序设计[M]. 清华大学出版社，2006 [7]鲍可进.PID参数自整定的温度控制[J].江苏理工大学学报，1995(6):74 [8] Shi Zhibin,Wang Baomin. Application and Development of Intelligent Temperature Control System[C].Proceedings of the 5th International Symposium on Test and Measurement,2003,1: 4370~4373 [9] 沙占友. 智能温度传感器的发展趋势[J]. 电子技术应用，2002(5):6~7 [10] 吴为民，王仁丽. 温度控制系统的发展概况[J]. 工业炉，2002(2):18~20