基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)
1.53萬(wàn)字 24頁(yè)
有詳細(xì)電路原理圖及框圖


水溫控制在工業(yè)及日常生活中應(yīng)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(jiàn)。單片機(jī)控制部分采用AT89C51單片機(jī)為核心，采用軟件編程，實(shí)現(xiàn)用PID算法來(lái)控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無(wú)法適應(yīng)不同的溫度環(huán)境,在某個(gè)特定場(chǎng)合運(yùn)行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無(wú)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(lái)控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。然后在模型參考自適應(yīng)算法 MRAC基礎(chǔ)上,用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)控制,彌補(bǔ)了傳統(tǒng) PID控制結(jié)構(gòu)在特定場(chǎng)合下性能下降的不足,設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的溫度測(cè)控系統(tǒng),使它在不同時(shí)間常數(shù)下均可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。此外還有效減少了輸出繼電器的開關(guān)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(shè)計(jì)制作一個(gè)水溫控制系統(tǒng)，對(duì)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(shè)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(jìn)制數(shù)碼管顯示等功能。
1、總體方案設(shè)計(jì)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(shè)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(shí)現(xiàn)復(fù)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(shè)定。
方案2：采用單片機(jī)AT89C51為核心。采用了溫度傳感器AD590采集溫度變化信號(hào)，A/D采樣芯片ADC0804將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并通過(guò)單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。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(diǎn)，并具有控制簡(jiǎn)單、控制溫度精度高的特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容………………………………………4
第2節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………8
3.1 溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路…………………………………………8
3.2 溫度控制電路…………………………………………………9
3.3 單片機(jī)控制部分………………………………………………10
3.4 鍵盤及數(shù)字顯示部分…………………………………………10
第4節(jié) 實(shí)驗(yàn)測(cè)試………………………………………………………12
4.1 循環(huán)顯示“HELLO888”………………………………………12
4.2 鍵盤及數(shù)字顯示結(jié)合…………………………………………13
4.3 溫度設(shè)定和傳送電路…………………………………………15
4.4 PWM 電壓輸出電路……………………………………………20
第5節(jié) 課程設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………23
5.1 此次水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決方法…23
5.2 設(shè)計(jì)體會(huì)及對(duì)該設(shè)計(jì)的建議…………………………………23
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………24


1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)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(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。
2.主要性能指標(biāo)
① 溫度設(shè)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(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際水溫。
3.擴(kuò)展功能
① 具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來(lái)的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。
② 采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。
③ 溫度控制的靜態(tài)誤差 ≤ 0.2℃。


參考文獻(xiàn)
[1] 《8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用》 吳金 清華大學(xué)出版社
[2] 《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品精選》 北京理工大學(xué)出版社