关于温度的数据分析论文参考文献

毕业设计（论文）报告 系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 班 号： 电子 0 8 5 学 生 姓 名： 傅浩 学 生 学 号： 080012212 计 论 ） 目 设 （ 文 题 ： 基于AT89C51 的数字温度计的设计 指 导 教 师： 傅浩 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 2010.5.4-2010.7.3 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 毕业设计（论文）任务书 专业 电子信息工程 班级 电子 085 姓名 傅浩一、课题名称：基于 AT89C51 的数字温度计的设计二、主要技术指标： 1、测温范围-50℃-110℃ 2、精度误差小于 0.5℃ 3、LED 数码直读显示 4、可通过人机接口任意设定温度报警阀值三、工作内容和要求：（1）、要求数字温度计能对环境的温度进行实时监测。（2）、数字温度计要能够实时显示环境的温度信息，使用户及时了解到环境温度情况。（3）、数字温度计能够在程序跑飞的情况下自动重启，对环境温度进行正确的测量。 四、主要参考：1.李勋.刘源单片机实用教程M.北京航空航天大学出版社，20002.李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）M.杭州：北京航空航天大学出版社，19983.李广弟.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社，19944.阎石.数字电子技术基础（第三版）M.北京：高等教育出版社，19895.廖常初.现场总线概述J.电工技术，19996.王津.单片机原理与应用M.重庆大学出版社，2000 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 基于 AT89C51 的数字温度计的设计一、选题的背景和意义： 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，它给人带来的方便也是不可否定的。要为现代人生活提供更好、更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 本文将要设计的数字温度计具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制中，为人们生活水平的提高做出了巨大的贡献。二、课题研究的主要内容： 1．本文是以单片机 AT89C51 为核心进行设计。 2．通过 DALLAS 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20 来实现环境温度的采集和 A/D转换。 3．其输出温度采用数字显示，用 3 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。 4．此温度计属于多功能温度计可以用来测量环境温度，还可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文三、主要研究（设计）方法论述： 1. 通过查阅书籍了解数字温度计的基本概念等信息，结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。 2. 借助强大的网络功能，借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。 3. 通过与老师与同学的讨论研究，及时地发现问题反复地检查修改最终完成。 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期） 工 作 内 容2010.05.04 ～ 查找资料，确定论文题目2010.05.052010.05.06 ～ 根据选题方向查资料，确定基本框架和设计方法2010.05.072010.05.08 ～ 完成开题报告2010.05.102010.05.11 ～ 完成初稿并交指导老师审阅2010.05.312010.06.01 ～ 根据指导老师意见修改论文2010.06.262010.06.26 ～ 根据模板将论文排版2010.06.292010.06.30 ～ 仔细阅读论文并作细节完善后上交2010.07.03 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 目录摘要Abstract第 1 章 前言 ...................................................... 1第 2 章 数字温度计总体设计方案 .................................... 2 2.1 数字温度计设计方案.......................................... 2 2.2 总体设计框图................................................ 2第 3 章 数字温度计的硬件设计 ...................................... 3 3.1 主控制器 AT89C51 ............................................ 3 3.1.1 AT89C51 的特点及特征 .................................... 3 3.1.2 管脚功能说明............................................ 3 3.1.3 片内振荡器.............................................. 5 3.1.4 芯片擦除................................................ 5 3.2 单片机的主板电路............................................ 6 3.3 温度采集部分的设计.......................................... 6 3.3.1 温度传感器 DS18B20 ...................................... 6 3.3.2 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 ................... 10 3.4 显示部分设计............................................... 10 3.4.1 74LS164 引脚功能及特征 ................................. 10 3.4.2 温度显示电路........................................... 11 3.5 报警系统电路............................................... 12第 4 章 数字温度计的软件设计 ..................................... 13 4.1 系统软件设计流程图......................................... 13 4.2 数字温度计部分程序清单..................................... 15第 5 章 结束语 ................................................... 20答谢辞参考文献 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 摘 要 随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子。 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示。该设计控制器使用单片机 AT89C51，测温传感器使用 DS18B20，用 3 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据，实现温度显示。本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 此外本文还介绍了数字温度计的硬件设计和软件设计，硬件设计主要包括主控制器、单片机的主板电路、温度采集部分电路、显示电路以及报警系统电路。 软件设计包括系统软件的流程图和数字温度计的部分程序清单。关键词：AT89C51 单片机，数字控制，测温传感器，多功能温度计 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 Abstract As peoples living standard rising SCM is undoubtedly one of theobjectives pursued by the people the convenience it brings is equallynegative and one digital thermometer is a typical example. The design presented in the traditional thermometer digitalthermometer and compared with a reading convenience a wide range oftemperature measurement temperature measurement accuracy the output ofthe temperature digital display. The design of the controller usingmicrocontroller AT89C51 temperature sensor uses DS18B20 with threecommon anode LED digital tube to serial transmission of data to achievetemperature display. The thermometer is multi-functional thermometeryou can set the upper and lower alarm temperature range when thetemperature is not set you can alarm. Besides the paper also describes the digital thermometer in hardwaredesign and software design hardware design includes the main controllermicrocontroller circuit board the temperature acquisition part of thecircuit display circuit and the alarm system circuit. Software designincluding system software flow chart and the digital thermometer in thepart of the program list.Key words: AT89C51 microcontroller digital control temperature sensormulti-function thermometer 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第1章 前言 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。 现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现。 能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差，所以传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点。 本文是以单片机 AT89C51 为核心，通过 DALLAS 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20 来实现环境温度的采集和 A/D 转换，用来测量环境温度，温度分辨率为 0.0625℃，并能数码显示。因此本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现等特点。 数字式温度计的设计将给人们的生活带来很大的方便， 为人们生活水平的提高做出了贡献。数字温度计在以后将应用于我们生产和生活的各个方面，数字式温度计的众多优点告诉我们：数字温度计将在我们的未来生活中应用于各个领域，它将会是传统温度计的理想的替代产品。 -1- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第2章 数字温度计总体设计方案2.1 数字温度计设计方案方案 一： 采用热敏电阻器件，利用其感温效应，再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，利用单片机进行数据的处理，然后在显示电路上，将被测温度显示出来。 方案 二： 利用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换就可以满足设计要求。 分析上述两种方案可以看出方案一是使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，进行 A/D 转换后，利用单片机进行数据的处理，在显示电路上被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二是利用温度传感器直接读取被测温度，读数方便，测温范围广，测温精确，适用范围宽而且电路简单易于实现。 综合方案一和方案二的优缺点，我们选择方案二。2.2 总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图 2-1 所示， 控制器采用单片机 AT89C51，温度传感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。 L 单片机复位 E D 主 显 控 示 报警点按键调整 制 器 温 度 时钟振荡 传 感 器 图 2-1 总体设计方框图 -2- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文第3章 数字温度计硬件设计3.1 主控制器 AT89C513.1.1 AT89C51 的特点及特性： 40 个引脚，4K Bytes FLASH 片内程序存储器，128 Bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89C51 在空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写gt1000 次）ISP FLASH ROM 32 个双向 I/O 口 4.5-5.5V 工作电压 2 个 16 位可编程定时/计数器 时钟频率 0-33MHZ 全双工 UART 串行中断口线 128X8 BIT 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针3.1.2 管脚功能说明： AT89C51 管脚如图 3-1 所示： -3- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 图 3-1 AT89C51 管脚图 （1）VCC：供电电压。 （2）GND：接地。 P0 P0 （3） 口： 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口， 每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 （4）P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 （5）P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 （6）P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） -4- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 （7）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 （8）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 （9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时， 这两次有效的/PSEN信号将不出现。 （ 10 ） /EA/VPP ： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 （11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （12）XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.3 片内振荡器： 该反向放大器可以配置为片内振荡器，如图 3-2 所示。 图 3-2 片内振荡器3.1.4 芯片擦除： -5- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合， 并保持ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要， 很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。3.2 单片机主板电路 单片机 AT89C51 是数字温度计的核心元件，单片机的主板电路如图 3-3 所示，包括单片机芯片、报警系统电路、晶振电路、上拉电阻以及与单片机相连的其他电路。 图 3-3 单片机的主板电路3.3 温度采集部分的设计3.3.1 温度传感器 DS18B20 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～12 位的数字值读数方式。 -6- 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文 TO－92 封装的 DS18B20 的引脚排列见图 3-4，其引脚功能描述见表 .

[编辑本段]什么是全球变暖全球变暖指的是在一段时间中，地球的大气和海洋温度上升的现象，主要是指人为因素造成的温度上升。原因很可能是由于温室气体排放过多造成。全球气候变暖是一种“自然现象”。由于人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动，总的看为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。[编辑本段]全球气候变暖的背景全球变暖是指全球气温升高。近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动，总的看为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。1981～1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃。导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多种温室气体。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。出现全球变暖趋势的具体原因是，人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳进入了地球的大气层。政府间气候变化问题小组根据气候模型预测，到2100年为止，全球气温估计将上升大约1.4-5.8摄氏度(2.5-10.4华氏度)。根据这一预测，全球气温将出现过去10,000年中从未有过的巨大变化，从而给全球环境带来潜在的重大影响。为了阻止全球变暖趋势，1992年联合国专门制订了《联合国气候变化框架公约》，该公约于同年在巴西城市里约热内卢签署生效。依据该公约，发达国家同意在2000年之前将他们释放到大气层的二氧化碳及其它“温室气体”的排放量降至1990年时的水平。另外，这些每年的二氧化碳合计排放量占到全球二氧化碳总排放量60%的国家还同意将相关技术和信息转让给发展中国家。发达国家转让给发展中国家的这些技术和信息有助于后者积极应对气候变化带来的各种挑战。截止2004年5月，已有189个国家正式批准了上述公约。[编辑本段]全球变暖的历史与预测全球变暖是真实的，而且正在进行！主流科学界一致对全球变暖是越来越清楚了，每天在改变我们的气候都是真实的，他们也正在进行中。在20世纪末年初以来，表面平均温度的地球增加了约1.1f（0.6摄氏度）。在过去的40年中，气温上升约0.5f（0.2-0.3摄氏度）。在过去400-600年，全球变暖，在20世纪是更超过历史上任何一个时间，7分之10的年，在20世纪发生在20世纪90年代，由于其中一个最强劲的下午1998是最热的一年，因为可靠的温度测量开始的。此外，变化，在自然环境支持的事实，即地球正在变暖;山区giaciers也在逐渐消退;在过去四十年里，北极冰厚度已经下跌了大约40％;全球海平面上升了约快三倍超过了过去的100年相比在以前的3000年里有越来越多的研究显示，植物和动物改变其范围和行为回应气候。根据仪器记录，相对于1860年至1900年期间，全球陆地与海洋温度上升了摄氏0.75度。自1979年，陆地温度上升速度比海洋温度快一倍（陆地温度上升了摄氏0.25度，而海洋温度上升了摄氏0.13度）。根据卫星温度探测，对流层的温度每十年上升摄氏0.12度至0.22度。在1850年前的一两千年，虽然曾经出现中世纪温暖时期与小冰河时期，但是大众相信全球温度是相对稳定的。根据美国国家航空航天局戈达德太空研究所的研究报告估计，自1800年代有测量仪器广泛地应用开始，2005年是最温暖的年份，比1998年的记录高了摄氏百分之几度。世界气象组织和英国气候研究单位也有类似的估计，曾经预计2005年是仅次于1998年第二温暖的年份。在人类近代历史才有一些温度记录。这些记录都来自不同的地方，精确度和可靠性都不尽相同。在1860年才有类似全球温度仪器记录，相信当年的记录很少受到城市热岛效应的影响。从最近的千禧年内的多方记录所展示的长远展望，在过去1000年的温度记录中可以看到有关的讨论及其中的差异。最近50年的气候转变的过程是十分清晰，全赖详细的温度记录。到了1979年，人类更开始利用卫星温度测量来量度对流层的温度。在2000年后，各地的高温记录经常被打破。譬如：2003年8月11日，瑞士格罗诺镇录得摄氏41.5度，破139年来的记录。同年，8月10日，英国伦敦的温度达到摄氏38.1，破了1990年的记录。同期，巴黎南部晚上测得最低温度为摄氏25.5度，破了1873年以来的记录。8月7日夜间，德国也打破了百年最高气温记录。在2003年夏天，台北、上海、杭州、武汉、福州都破了当地高温记录，而中国浙江省更快速地屡破高温记录，67个气象站中40个都刷新记录。2004年7月，广州的罕见高温打破了五十三年来的记录。2005年7月，美国有两百个城市都创下历史性高温记录。2006年8月16日，重庆最高气温高达43度。台湾宜兰在2006年7月8日温度高达38.8度，破了1997年的记录。2006年11月11日是香港整个十一月最热的一日，最高气温高达29.2度，比1961年至1990年的平均最高温26.1度还要高。

基于PID的锅炉温度控制系统设计 摘要:利用BP神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,将神经网络PID与LabVIEW友好地人 机交互结合,实现对锅炉温度的控制.仿真结果表明,该系统具有更小的超调量,并且更快地到达需要的控制温 度. 关键词:BP神经网络;PID控制;温度控制 温度是锅炉生产蒸汽质量的重要指标之一,也是保证锅炉设备安全的重要参数.同时,温度是影响锅 炉传热过程和设备效率的主要因素.例如,在利用烟化炉对锌、铝冶炼过程中,如果温度过低,则还原速度 和挥发速度都会降低;但温度也不宜过高,否则在温度超过1 250℃时,可能形成Zn-Fe合金,有害于烟 化炉的作业,因此温度的精确测量和控制是十分必要的.作为工业控制系统中的基本方式,PID控制对于 动态反应较缓慢的工业过程是非常好的控制规律[1].但是,当工业过程复杂,负荷变化很多,对象的纯滞 后又较大时常规PID控制达不到要求,为了解决上述问题系统采用PLC作为下位机,PC作为上位机,利 用labVIEW构造人机交互界面,应用神经网络PID对系统进行控制,设计锅炉温度的监制电路. 1 系统总体设计 系统通过热电偶传感器检测出锅炉的温度,采集的信号经过A/D电路转换后传给PLC控制器.PLC 根据数据做出判断,当锅炉处在升温阶段时对锅炉进行加热,当锅炉处于保温段时调用PID算法控制温 度满足输出要求.同时PLC把数据传给PC机,PC机做出显示和报警.具体电路如图1所示. 1·1 主控芯片 S7-300PLC是西门子生产的模块式中小型PLC,提供了大量可以选择的模块,包括:PS 电源模块、CPU模块、IM接口模块、SM信号模块、FM功能模块和CP通信模块.其中FM模块可实现高 速级数、定位控制、闭环控制功能;CP模块是组态网使用的接口模块常用的网络有PROFIBUS,工业以太 网及点对点连接网络.这些模块可以通过U形总线紧密地固定在轨道上,一条导轨共有11个槽号:1号槽 至3号槽分别放置电源、CPU、IM模块4号槽至11号槽 可以随意放置其他模块. 1·2 通信网络 一般的自动化系统都是以单元生产设备 为中心进行检测和控制,不同单元的生产设备间缺乏信息 交流,难以满足生产过程的统一管理.西门子全集成自动 化解决方案顺应了当今自动化的需求,TIA从统一的组态 和编程、统一的数据管理及统一的通信三方面集成在一 起,从现场级到管理级,可以使用如工业以太网、PROFIB- BUS,MPI,EIB等通信网络.根据设计的需要可以自由选择通信网络的配置[2]. 1·3 温度传感器 热电偶是将2种不同的导体焊接起来组成闭合回路,当两端节点有温度差时,两端点 之间产生电动势,回路中会产生电流,这种现象称为热电效应.热电偶温度传感器就是利用这一效应来工 作的.在工业生产过程中被测点与基准节点之间的距离常常过远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采 用补偿导线的方式进行补偿[3]. 1·4 显示界面 LabVIEW是美国NI公司推出的图形化工业控制测控开发平台,是目前应用最广、发展 最快、功能最强的图形软件集成开发环境.LabVIEW具有界面友好、开发周期短等优点,广泛应用于仪器 控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域.所以,我们可以在计算机上采用它来实现对设备运行状态的 监控,同时也可以对各种数据进行采集显示.系统的温度显示界面如图2所示. 2 系统控制算法设计 PID控制是工业过程控制中最常用的一种控制方法, 但常规的PID控制在被控对象具有复杂的非线性时,如锅 炉的温度控制,不仅具有较大的纯延迟,而且模型也不确 定时,对于这种对象往往难以达到满意的控制效果.BP神 经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,通过神 经网络自身的学习,找到最佳组合的PID控制参数,以满 足控制系统的要求.具体的神经网络PID控制系统框图如 图3所示. 设PID神经元网络是一个3层BP网络,包括2个输入节点,3个隐含层节点,1个输出接点.输入节 点对应所选的系统运行状态量,如系统不同时刻的输入量和输出量等,必要时要进行归一化处理.输出节 点分别对应PID控制的3个可调参数KP,KI,KD.输入层的2个神经元在构成控制系统可分别输入系统 被调量的给定值和实际值.由文献[4]和[5]中的前向算法可得到输出层的权系数计算公式为: 3结论 PID控制算法是一种易于实现而且经济实用的方法,具有很强的灵活性,但在被控制对象具有复杂的 非线性时,难以满足控制要求,而神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,神经网络PID与 LabVIEW结合实现对锅炉温度的数据采集、控制和显示,提高了锅炉监控系统的效率. 参考文献: [1] 邓洪伟.供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J].动力与电力工程,2008(18):93-94. [2] 张运刚.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007. [3] 何希才.传感器及其应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004. [4] 何离庆.过程控制系统与装置[M].北京:重庆大学出版社,2003. [5] 舒怀林.PID神经元网络及其控制系统[M].北京:国防工业出版社,2006.