基于單片機的水溫控制系統(tǒng).doc
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基于單片機的水溫控制系統(tǒng),1.53萬字24頁有詳細電路原理圖及框圖水溫控制在工業(yè)及日常生活中應用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以pid控制法最為常見。單片機控制部分采用at89c51單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用pid算法來控制pwm波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然而,單純的...
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基于單片機的水溫控制系統(tǒng)
1.53萬字 24頁
有詳細電路原理圖及框圖
水溫控制在工業(yè)及日常生活中應用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見。單片機控制部分采用AT89C51單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無法適應不同的溫度環(huán)境,在某個特定場合運行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無法很好勝任,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,需要重新改變 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)值以取得佳性能。
本文首先用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然后在模型參考自適應算法 MRAC基礎上,用單片機實現(xiàn)了自適應控制,彌補了傳統(tǒng) PID控制結構在特定場合下性能下降的不足,設計了一套實用的溫度測控系統(tǒng),使它在不同時間常數(shù)下均可以達到技術指標。此外還有效減少了輸出繼電器的開關次數(shù),適用于環(huán)境參數(shù)經(jīng)常變化的小型水溫控制系統(tǒng)。
本題目是設計制作一個水溫控制系統(tǒng)，對象為一升凈水，加熱器為1KW的電爐。 要求能在35℃--95℃范圍內(nèi)設定控制水溫，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以及十進制數(shù)碼管顯示等功能。
1、總體方案設計及論證
根據(jù)題目的要求，我們提出了以下的兩種方案：
方案1：此方案是采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實現(xiàn)復雜的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用數(shù)碼顯示和鍵盤設定。
方案2：采用單片機AT89C51為核心。采用了溫度傳感器AD590采集溫度變化信號，A/D采樣芯片ADC0804將其轉換成數(shù)字信號并通過單片機處理后去控制溫度，使其達到穩(wěn)定。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點。比較上述兩種方案，方案2明顯的改善了方案1的不足及缺點，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點，因此本設計電路采用方案2。
目 錄
第1節(jié) 引言…………………………………………………………… 3
1.1 水溫控制系統(tǒng)概述……………………………………………3
1.2 本設計任務和主要內(nèi)容………………………………………4
第2節(jié) 系統(tǒng)設計原理與方案論證 ……………………………………5
2.1 總體框圖………………………………………………………5
2.2 總體方案論證…………………………………………………5
2.3 各部分電路方案論證…………………………………………6
第3節(jié) 硬件電路設計與計算……………………………………………8
3.1 溫度采樣和轉換電路…………………………………………8
3.2 溫度控制電路…………………………………………………9
3.3 單片機控制部分………………………………………………10
3.4 鍵盤及數(shù)字顯示部分…………………………………………10
第4節(jié) 實驗測試………………………………………………………12
4.1 循環(huán)顯示“HELLO888”………………………………………12
4.2 鍵盤及數(shù)字顯示結合…………………………………………13
4.3 溫度設定和傳送電路…………………………………………15
4.4 PWM 電壓輸出電路……………………………………………20
第5節(jié) 課程設計總結……………………………………………………23
5.1 此次水溫控制系統(tǒng)設計過程中遇到的問題及其解決方法…23
5.2 設計體會及對該設計的建議…………………………………23
參考文獻……………………………………………………………………24
1.2 本設計任務和主要內(nèi)容
1.基本要求
一升水由1kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設定的溫度基本不變。
2.主要性能指標
① 溫度設定范圍：40-90℃ ，最小區(qū)分度為1℃ 。
② 控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差 ≤ 1℃。
③ 用十進制數(shù)碼顯示實際水溫。
3.擴展功能
① 具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y果傳送到其他數(shù)據(jù)設備。
② 采用適當?shù)目刂品椒▽崿F(xiàn)當設定溫度或環(huán)境溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。
③ 溫度控制的靜態(tài)誤差 ≤ 0.2℃。
參考文獻
[1] 《8051單片機實踐與應用》 吳金 清華大學出版社
[2] 《全國大學生電子設計競賽獲獎作品精選》 北京理工大學出版社
1.53萬字 24頁
有詳細電路原理圖及框圖
水溫控制在工業(yè)及日常生活中應用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見。單片機控制部分采用AT89C51單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無法適應不同的溫度環(huán)境,在某個特定場合運行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無法很好勝任,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,需要重新改變 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)值以取得佳性能。
本文首先用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然后在模型參考自適應算法 MRAC基礎上,用單片機實現(xiàn)了自適應控制,彌補了傳統(tǒng) PID控制結構在特定場合下性能下降的不足,設計了一套實用的溫度測控系統(tǒng),使它在不同時間常數(shù)下均可以達到技術指標。此外還有效減少了輸出繼電器的開關次數(shù),適用于環(huán)境參數(shù)經(jīng)常變化的小型水溫控制系統(tǒng)。
本題目是設計制作一個水溫控制系統(tǒng)，對象為一升凈水，加熱器為1KW的電爐。 要求能在35℃--95℃范圍內(nèi)設定控制水溫，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以及十進制數(shù)碼管顯示等功能。
1、總體方案設計及論證
根據(jù)題目的要求，我們提出了以下的兩種方案：
方案1：此方案是采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實現(xiàn)復雜的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用數(shù)碼顯示和鍵盤設定。
方案2：采用單片機AT89C51為核心。采用了溫度傳感器AD590采集溫度變化信號，A/D采樣芯片ADC0804將其轉換成數(shù)字信號并通過單片機處理后去控制溫度，使其達到穩(wěn)定。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點。比較上述兩種方案，方案2明顯的改善了方案1的不足及缺點，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點，因此本設計電路采用方案2。
目 錄
第1節(jié) 引言…………………………………………………………… 3
1.1 水溫控制系統(tǒng)概述……………………………………………3
1.2 本設計任務和主要內(nèi)容………………………………………4
第2節(jié) 系統(tǒng)設計原理與方案論證 ……………………………………5
2.1 總體框圖………………………………………………………5
2.2 總體方案論證…………………………………………………5
2.3 各部分電路方案論證…………………………………………6
第3節(jié) 硬件電路設計與計算……………………………………………8
3.1 溫度采樣和轉換電路…………………………………………8
3.2 溫度控制電路…………………………………………………9
3.3 單片機控制部分………………………………………………10
3.4 鍵盤及數(shù)字顯示部分…………………………………………10
第4節(jié) 實驗測試………………………………………………………12
4.1 循環(huán)顯示“HELLO888”………………………………………12
4.2 鍵盤及數(shù)字顯示結合…………………………………………13
4.3 溫度設定和傳送電路…………………………………………15
4.4 PWM 電壓輸出電路……………………………………………20
第5節(jié) 課程設計總結……………………………………………………23
5.1 此次水溫控制系統(tǒng)設計過程中遇到的問題及其解決方法…23
5.2 設計體會及對該設計的建議…………………………………23
參考文獻……………………………………………………………………24
1.2 本設計任務和主要內(nèi)容
1.基本要求
一升水由1kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設定的溫度基本不變。
2.主要性能指標
① 溫度設定范圍：40-90℃ ，最小區(qū)分度為1℃ 。
② 控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差 ≤ 1℃。
③ 用十進制數(shù)碼顯示實際水溫。
3.擴展功能
① 具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y果傳送到其他數(shù)據(jù)設備。
② 采用適當?shù)目刂品椒▽崿F(xiàn)當設定溫度或環(huán)境溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。
③ 溫度控制的靜態(tài)誤差 ≤ 0.2℃。
參考文獻
[1] 《8051單片機實踐與應用》 吳金 清華大學出版社
[2] 《全國大學生電子設計競賽獲獎作品精選》 北京理工大學出版社
