水温控制系统设计报告 陈政.doc

数理与信息工程学院《电子系统设计》课程设计——水温控制系统 PAGE PAGE 0 《智能电子系统设计》课程设计 题 目： 水温控制系统设计 专 业： 电子信息工程 班 级： 0808030301 姓 名： 陈政 阮建祥 学 号： 2008080303135 2008080303138 指导老师： 王燕妮 成 绩： （2011.11） 水 温 控 制 系 统 摘要：采用单片机AT89c52作为控制核心，用软硬件相结合的设计方法实现温度的检测，并给出声光报警。具体思路是：用单总线数字温度传感器DS18B20将被测对象的温度信号转换为数字信号，直接向单片机传输数字信号，经单片机处理后，当调节5分钟无效时，声光报警。 引言 该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。 本设计的任务与要求为设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1L净水，水温在一定范围内由人工设定，并在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的水温基本不变。 eq \o\ac(○,1) 具备系统自检功能 eq \o\ac(○,2)温度设定范围为，最小区分度为，标定温度小于等于； eq \o\ac(○,3)环境温度降低时，温度控制的静态误差小于等于； eq \o\ac(○,4)用十进制数码显示水的实际温度； eq \o\ac(○,5)当调节5分钟无效时，声光报警； ⑦当设定温度突变时，由提高到，减少系统的调节时间和超调量； ⑧当设定温度突变时，由提高到，自动打印水温随时间变化曲线。 2．方案论证 2．1 总体方案论证 （1）、方案一：此方案是采用传统的模拟控制方法（方案框图如图2-1-1），选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。器特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法，而且不易实现对系统的控制及对温度的显示，人机交换性能差。 图2-1-1模拟控制框图 （2）、方案二：采用单片机89c52为核心。用单总线数字温度传感器DS18B20将被测对象的温度信号转换为数字信号，直接向单片机传输数字信号，经单片机处理后，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑道路中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统。 比较两种方案，方案二明显的改善了方案一的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点。因此本设计电路采用方案二。 2．2 模块方案论证 本电路以单片机为基础核心，系统由前向通道模块、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。现将各部分主要元件及电路做以下的论证： 2.2.1 控制方法论证 由于水温控制系统的控制对象具有热存储能力大，惯性也较大的特点。水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节。一般来说，热过程大多具有较大的滞后，它对任何信号的响应都会推迟一段时间，使输出与输入之间产生相移。对于这样一些存在大的滞后特性的过渡过程控制，一般来说可以采用以下几种控制方案： a.输出开关量控制 对于惯性较大的过程可以简单地采用输出开关量控制的方法。这种方法通过比较给定值与被控参数的偏差来控制输出的状态：开关或者通断，因此控制过程十分简单，也容易实现。但由于输出控制量只有两种状态，使被控参数在两个方向上变化的速率均为最大，因此容易硬气反馈回路产生振荡，对自动控制系统会产生十分不利的影响，甚至会因为输出开关的频繁动