基于單片机的水温控制系统设计.doc

计算机控制技术 课 程 设 计 成绩评定表 设计课题 基于单片机的水温控制系统设计 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 指导教师意见： 成绩: 签名： 年 月 日  目录 摘要： 4 1 引言 5 2 总体方案设计 6 2.1总体方案的确定 6 2.2 硬件方案论证 8 3 系统硬件设计 11 3.1系统框图 11 A/D 11 3.3系统温度控制 13 3.3.1前向通道: 13 4 系统软件设计 14 4.1定时中断服务程序 14 4.2脉宽调制输出子程序 15 4.3 系统控制总程序 16 5 参数计算 17 5.1 系统各模块设计及参数计算 17 6 系统硬件与软件调试 23 6.1 单片机基本系统调试 23 6.2 软件调试 26 7 CPU软件抗干扰 27 7.1 看门狗设计 27 8 测试方法和测试结果 29 8.1 系统测试仪器及设备 29 总结 31 参考文献 32 附录 系统硬件总原理图 33 摘要： 本系统以AT89C51，AT89C2051单片机为核心，主要包括传感器温度采集，A/D模/数转换，按扭操作，单片机控制，数码管数字显示等部分。本系统采用PID算法实现温度控制功能，通过串行通信完成两片单片机信息的交互而实现温度设定、控制和显示。本设计还可以通过串口与上位机（电脑）连接，实现电脑控制。系统设计有体积小、交互性强等优点。为了实现高精度的水温控制，本单片机系统采用PID算法控制和PWM脉宽调制相结合的技术，通过控制双向可控硅改变电炉和电源的接通、断开，从而改变水温加热时间的方法来实现对水温的控制。本系统由键盘显示和温度控制两个模块组成，通过模块间的通信完成温度设定、实温显示、水温升降等功能。具有电路结构简单、程序简短、系统可靠性高、操作简便等特点。 1 引言 目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能．即使热水器具有辅助加热功能。也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文设计的太阳能热水器控制系统以MCS-51单片机为检测控制中心单元，采用DSl2887实时时钟，不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示功能，而且具有时间设定、温度设定与控制功能。控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置(电加热器)使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度，从而达到24小时供应热水的目的。实际应用结果表明，该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点，提高了我国太阳能应用领域控制水平，具有可观的经济效益和社会效益。 水温控制系统的基本要求的要求如下： 1.一升水由1kw的电炉加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。 2.主要性能指标 温度设定范围：30-90℃，最小区分度为1℃。 控制精度：温度控制的静态误差≤1℃。 用十进制数码显示实际水温。 能打印实测水温值。 3.扩展功能 具有通信能力，可接受其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。 采用适当的控制方法实现当设定温度与环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。 温度控制的静态误差≤1℃。 能自动显示水温随时间变化的曲线。 2 总体方案设计 2.1总体方案的确定 2.1.1 控制方法选择 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： （1）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作而不能满足系统对