基于单片机的水温控制系统设计开题报告.doc

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1、毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院、系：专 业：设 计 题 目：指导教师:开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性

2、；4学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.本课题研究的背景：温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应

3、有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来1。在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉温度进行测量、显示、控制，使之达到工艺标准，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度（起码是在满足我们要求的范围内），帮助我们实现我们

4、想要的控制，解决身边的问题2。在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。而当今，随着电子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的3。用高新技术来解决工业生产问题，排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务，以此来加强工业化建设，提高人民的生活水平4。单片机对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法。自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性

5、能方向发展5。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能6。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管

6、理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便7。目前，单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势,在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用,特别是单片机技术的开发与应用,标志着计算机发展史上又一个新的里程碑8。作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中,使其智能化9。国内外各大电气公司,大的半导体厂商正在不断的开发、使用单片机,使其无论在控制能力,减小体积,降低成本,还是开发环境的改善等方面,都得到

7、空前迅速的发展10。 2.本课题国内外现状：国内现状: 我国对于温度控制技术的研究较晚，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控制技术的基础上，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11。温度控制设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距12。我国温度控制控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，如软硬件资源不能共享和可靠性比较差等13。 我国温度控制系统的发展大致

8、经历了三个阶段。 第一阶段:基地式仪表。上世纪四十年代初，当时由于石油、化工、电力等工业对自动化的需要，出现了将测量、记录、调节仪表组装在一个表壳里的基地式仪表14。如自力式温度调节器。基地式仪表一般结构简单，价格低廉，它们的功能仅限于单回路控制且控制精度低。 第二阶段:单元组合式仪表。随着大型工业企业的出现，生产向综合自动化和集中控制的方向发展，人们发现基地式仪表的结构不够灵活，不如将仪表按功能划分，制定若干种能独立完成一定功能的标准单元，各单元之间 以规定的标准信号相互联系，这样仪表的精度可以提高。在使用中可根据需要，选择一定的单元，积木式地把仪表组合起来，构成各种复杂程度不同的自动控制系

9、统，这种积木式的仪表就称为单元组合式仪表。以上两个阶段，无论是基地式仪表阶段，还是单元组合式仪表阶段，都是利用各种仪表对温度进行检测、调节、控制。对于较复杂的系统，难以实现复杂的控制规律，控制精度不高。第三阶段:微机控制阶段。随着微电子技术的发展、大规模集成电路制造的成功和微处理器的问世、计算机性能价格比的明显提高以及微型计算机在工业控制领域中的应用，使得温度控制系统发展到微机控制阶段。微机控制系统取代模拟控制系统，克服了其调节精度差、可靠性不高的缺点。由于计算机具有高速的数据运算处理功能和大容量存贮信息的能力，使得此类系统稳定可靠、维护方便、抗干扰能力强，而且可以采用先进的控制算法以进一步提

10、高控制性能。国外现状：国外对温度控制技术研究较早，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年代末出现了分布式控制系统。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。现在世界各国的温度控制技术发展很快15。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。发达国家各种窑炉自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机控制系统。一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展16。本设计以单片机系统进行温度采集与控制。温度信号由模拟温度传感器采集输入单片机系统，利用温度传感器采集到当前的温度，通过单片机

11、系统进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。可以通过按键任意设定一个恒定的温度。将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。用单片机控制水温可以在一定范围内设定，并能在环境温度变化时保持温度17。参考文献：1Charies H.Roth，Jr. Fundamentals of Logic Design. Beijing: mechanical industry press, 2003. 2白驹珩.单片计算机及其应用.四川：电子科技大学出版社，2003.3 Yang Zhenjian

12、g, male, liu Yang Lu etc. Single chip microcomputer application and practice guidance. Xi an: xi an university of electronic science and technology press, 20104谭浩强.C程序设计.北京：清华大学出版社，1997.5张开生. MCS-51 单片机温度控制系统的设计.北京：微计算机信息出版社，20056张培仁.十六位单片机微处理器原理及应用.北京：清华大学出版社，2005.7罗亚非.凌阳16位单片机应用基础.北京：北京航天航空大学出版社，2

13、003.8刘建辉. 单片机智能控制技术. 北京：国防工业出版社，2007 9陈明荧.8051单片机课程设计实训教材. 北京: 清华大学出版社, 200410李华,孙晓民,李红青.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1993.11胡进德，丁如春，熊辉. 51单片机应用基础. 武汉市：湖北科学技术出版社, 2009.12童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，200413张毅刚，彭喜元，彭宇等单片机原理及应用. 北京：高等教育出版社, 2010.14江国强.现代数字逻辑电路.北京：电子工业出版社，2002. 15Liuyingchun.MCS-51 s

14、ingle chip microcomputer principle and application tutorial. Beijing:qinghua university press,2005.16谢自美,罗杰,尹仕等.电子线路设计.第三版.武汉：华中科技学出版社，2006. 17杨居义，杨尧，王益斌等. 单片机课程设计指导. 北京市：清华大学出版社, 2009. 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题主要利用单片机控制温度传感器对水温调节，当水温低于预设温度值时系统开始加热，当温度达到预设温度值时自动停止加热；设计内容主要工作包括以下几部

15、分： (1) 对水温控制器的工作原理进行研究分析，根据其工作原理确定系统的总体设计方案； (2) 设计并制作水温控制系统的硬件电路，包括驱动电路、接口电路，键盘电路，显示电路等； (3) 编写单片机对数据的算法程序和对水温控制程序，并检验程序的可实施性。 (4) 对系统进行整合并且调试，发现问题并进行修改。(5) 对系统进行实时测试运行。关键问题： (1) 硬件方面的难点：水温的测量电路中的传感器接口电路，和对水温进行控制的驱动电路及对温度信号的采集转换处理，硬件材料采购和制作等。 (2) 软件方面的难点：对水温数据进行处理的算法程序，和温度测试程序，电路的设计。 (3) 调试方面的难点：对系

16、统的软硬件的不断调试和修改。研究手段：（1）先认清单片机的控制过程：单片机水温控制系统的控制过程是：单片机定时对水温进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，经过计算机进行数据转换，得到应有的控制量，去控制加热器，从而实现对温度的控制。 （2）对系统进行整体设计：系统的设计分为硬件部分和软件部分，先进行硬件部分的设计，再根据硬件的设计来进行软件的程序编写。硬件设计时，先将大的硬件系统分为不同功能的小硬件部分，逐个击破。然后在将每个小硬件部分整合在一起，组成一个大的硬件系统。进行软件设计时，根据硬件部分的功能要求编写出数据处理程序和数据转换程序，然后再编写各个硬件部分的驱动程序。进行系统设计时

17、应考虑如下问题：水温变化规律的控制，即水温按预定的温度时间关系变化，这主要在控制程序设计中考虑。温度控制范围：如0100，这就涉及到测温元件、加热原件的选择等及控制精度、超调量等指标，这涉及到A/D转换精度、控制规律选择等。 （3）对系统进行调校，修改和问题分析。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化

18、学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国，谢去病，王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智，孙洪洲群论北京

19、：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文题目学士(或硕士、博士)学位论文. 出版地：出版者，出版年份例如：6 陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002电子文献 主要责任者. 电子文献题名电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期例如：7 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. 1998-08-16专利 专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.例如：8 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.