毕业设计开题可行性分析报告

1.国内外研究动态：

多路温度控制系统属于信息技术的前沿尖端产品，被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域，早期的温控系统一般由继电器调温电路组成，很便宜，但是很容易接触不良，随着科技的发展，这样的温控系统无法满足越来越高的精度要求，比如样品的干燥，在某温度下做实验，都需要非常高的精确度。从以前最早的模拟、集成温度控制器到智能数码温控仪再到现在的数字、智能温控仪，数字 PID 控制、模糊控制等技术都在温控系统上得到了应用，这使得温控系统的安全性还有稳定性都有大幅度的提升。

国外仪器仪表普遍采用电子设计自动化EDA、计算机辅助制造CAM、计算机辅助测试CAT、数字信号处理DSP、专用集成电路ASIC及表面贴装技术SMT等技术，并且越来越智能化和数字化，其中在温度控制系统构成的温控仪器仪表这块，英国的 STRIX 公司在电热水壶温控器方面产品大约占据了世界 45的销售额，在这方面更是有其独特的“三金属片”，专利多达 250 项，主要特色是简单快速，即方便上手，烧水又快。外国人相当重视科学仪器的发展，因为这是科研工作的基础。

国内对于温控系统的发展相对于国外要晚一些，不过还是有很多可喜的的，比如 KL808 温控仪是国外技术垄断，但是我国自主研发了一款叫做“二兆瓦级永磁直驱风力发电交流器”，能够实现替代 KL808 温控仪。除此之外，我国工农业发展形势乐观，这更加大了市场对温控系统的需求。大棚种植，大规模室内养殖，要求恒温环境的科研研究等，都需要温控系统来对环境有一个良好的把握。

2.选题的依据和意义：

随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。故本次设计通过使用 51 单片机来完成多路温度采集控制系统的设计全过程。在工业检测系统中，热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽、测温精度高等特点，被广泛应用于工业温度控制过程中。但热电偶输出电势及其微弱，而且存在冷端温度误差和输出电势与被测温度的非线性问题，易引起较大测量误差，尤其在以单片机为器件的智能装置中，需进行复杂的信号放大、A/D 转换、查表线性、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计，硬件芯片使用过多，软件编写任务重，不能适应现阶段产品集成化、模块化的需要。

故本设计中的温度传感器采用 MAXIM 公司的 MAX6675 芯片，该芯片是 K 型热电偶串行模数转换器，它能完成信号放大、冷端补偿、线性化、A/D 转换及 SPI 串口数字化输出功能，大大简化了热电偶测量智能装置的软硬件设计。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：1.基本内容：利用单片机技术设计多路温度测控系统实现多路温度的测量和控制。2.拟解决的主要问题：

1）温度可设定、可测、可控； 2）测控温范围 0～100℃、精度 0.3℃； 3）“多路”是指最少两路。三、研究步骤、方法及措施：1.系统组成结构及工作原理：

1）温度测量原理 多路温度测控系统的数据采集部分由多路转换器和热电偶数字转换器构成。系统设定测温范围是0～1 000 ℃传感器采用K 型热电偶。

K 型热电偶与8 选1 多路转换器CD4051 连接 由单片机AT89C52 给出地址选通代码输入到CD4051 的输入端8 路温度采样信号经多路转换器分时选通输

入到热电偶数字转换器从而选通不同的传感器实现8 路一一对应的闭环测量控制系统。

见图1 所示。

K 型热电偶测量电路选用MAX6675 MAX6675 是带有冷端温度补偿的K型热电偶数字转换器主要由热电偶模拟电势信号放大电路、冷端温度补偿电路、A/ D 转换电路以及数字控制电路等组成。

具有线性校正、热电偶断线检测等功能。热电偶输出的mV 信号经多路转换器输入给MAX6675 直接转换成数字信号送给单片机AT89C52。MAX6675 数据输出为12 分辨率。

转换器测温范围0～1 023.75 ℃温度分辨率为±0.25 ℃在0～700 ℃范围内温度显示精度为8 LSB。

冷端补偿范围为- 20～85 ℃工作电压3.0～5.5 V。A/ D 转换电路将热电偶测量信号与温度补偿电路的补偿信号相加后进行模拟量到数字量的转换转换数字量以12 位串行方式从SO 端输出. 当12位全为0 时说明被测温度为0 ℃当12 位全为1 时被测温度为1 023.75 ℃. 由于MAX6675 内部进行过激光修正即对热电偶的非线性进行了修正所以被测温度值与转换的数字量之间具有较好的线性关系可由式1 给出：

温度值 1 023.75 ×转换后的数字量/4 095 1 2）控制输出原理：

温度采样信号经过数据处理和PID 控制器运算之后 将数据传给单片机，然后再来选择对应的数模转换器（这里采用双路8位并行口数模转换器）其输出经驱动电路后输出控制信号温度传感器与数模转换形成8 路一一对应的闭环系统可以达到多路温度控制。框图可见图1右侧部分。

8 8 热 路 路 电 数模转换器 1 热 驱 多 偶 电 动 路 数 单 偶 与 转 字 片 温 加 换 转 机 数模转换器 4 度 热 器 换 传 电 器 感 路 器 键盘显示 图 1：系统结构框图2.系统软件设计：

系统软件设计主要包括数据采集设计和PID控制器算法的设计。数据采集部分设计重点在测量电路MAX6675 测温数据的读取MAX6675 与单片机通过3 线串口进行通讯。

MAX6675的输出数据为16 位输出时高位在前低位在后。

第一位D15 为无用位D14～D3 为热电偶模拟输出电势转换的12 位数字量D2 为热电偶断线检测位当D2 为1 表明热电偶断线D1 为MAX6675 标识符D0 为三态。多路温度测控制系统采用的PID 控制器算法是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种调节器。

单片机AT89C52 输出选通信号使得多路转换器的一路温度信号选通并输入到热电偶温度数字转换器AT89C52 接受一定量的数据之后通过数据处理和PID 控制算法后数据通过数模转换器输出控制信号。

然后AT89C52 再输出信号选通第二路温度采样信号依次类推形成循环控制。软件流程图见图2。

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