基于单片机的水温控制系统.doc
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基于单片机的水温控制系统,1.53万字24页有详细电路原理图及框图水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以pid控制法最为常见。单片机控制部分采用at89c51单片机为核心，采用软件编程，实现用pid算法来控制pwm波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的...
内容介绍
此文档由会员 20023286 发布
基于单片机的水温控制系统
1.53万字 24页
有详细电路原理图及框图
水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。
本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然后在模型参考自适应算法 MRAC基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统 PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。
本题目是设计制作一个水温控制系统，对象为一升净水，加热器为1KW的电炉。 要求能在35℃--95℃范围内设定控制水温，并具有较好的快速性和较小的超调，以及十进制数码管显示等功能。
1、总体方案设计及论证
根据题目的要求，我们提出了以下的两种方案：
方案1：此方案是采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将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。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用数码显示和键盘设定。
方案2：采用单片机AT89C51为核心。采用了温度传感器AD590采集温度变化信号，A/D采样芯片ADC0804将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制温度，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。比较上述两种方案，方案2明显的改善了方案1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2。
目 录
第1节 引言…………………………………………………………… 3
1.1 水温控制系统概述……………………………………………3
1.2 本设计任务和主要内容………………………………………4
第2节 系统设计原理与方案论证 ……………………………………5
2.1 总体框图………………………………………………………5
2.2 总体方案论证…………………………………………………5
2.3 各部分电路方案论证…………………………………………6
第3节 硬件电路设计与计算……………………………………………8
3.1 温度采样和转换电路…………………………………………8
3.2 温度控制电路…………………………………………………9
3.3 单片机控制部分………………………………………………10
3.4 键盘及数字显示部分…………………………………………10
第4节 实验测试………………………………………………………12
4.1 循环显示“HELLO888”………………………………………12
4.2 键盘及数字显示结合…………………………………………13
4.3 温度设定和传送电路…………………………………………15
4.4 PWM 电压输出电路……………………………………………20
第5节 课程设计总结……………………………………………………23
5.1 此次水温控制系统设计过程中遇到的问题及其解决方法…23
5.2 设计体会及对该设计的建议…………………………………23
参考文献……………………………………………………………………24
1.2 本设计任务和主要内容
1.基本要求
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
① 温度设定范围：40-90℃ ，最小区分度为1℃ 。
② 控制精度：温度控制的静态误差 ≤ 1℃。
③ 用十进制数码显示实际水温。
3.扩展功能
① 具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。
② 采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。
③ 温度控制的静态误差 ≤ 0.2℃。
参考文献
[1] 《8051单片机实践与应用》 吴金 清华大学出版社
[2] 《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》 北京理工大学出版社
1.53万字 24页
有详细电路原理图及框图
水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。
本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然后在模型参考自适应算法 MRAC基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统 PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。
本题目是设计制作一个水温控制系统，对象为一升净水，加热器为1KW的电炉。 要求能在35℃--95℃范围内设定控制水温，并具有较好的快速性和较小的超调，以及十进制数码管显示等功能。
1、总体方案设计及论证
根据题目的要求，我们提出了以下的两种方案：
方案1：此方案是采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将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。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用数码显示和键盘设定。
方案2：采用单片机AT89C51为核心。采用了温度传感器AD590采集温度变化信号，A/D采样芯片ADC0804将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制温度，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。比较上述两种方案，方案2明显的改善了方案1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2。
目 录
第1节 引言…………………………………………………………… 3
1.1 水温控制系统概述……………………………………………3
1.2 本设计任务和主要内容………………………………………4
第2节 系统设计原理与方案论证 ……………………………………5
2.1 总体框图………………………………………………………5
2.2 总体方案论证…………………………………………………5
2.3 各部分电路方案论证…………………………………………6
第3节 硬件电路设计与计算……………………………………………8
3.1 温度采样和转换电路…………………………………………8
3.2 温度控制电路…………………………………………………9
3.3 单片机控制部分………………………………………………10
3.4 键盘及数字显示部分…………………………………………10
第4节 实验测试………………………………………………………12
4.1 循环显示“HELLO888”………………………………………12
4.2 键盘及数字显示结合…………………………………………13
4.3 温度设定和传送电路…………………………………………15
4.4 PWM 电压输出电路……………………………………………20
第5节 课程设计总结……………………………………………………23
5.1 此次水温控制系统设计过程中遇到的问题及其解决方法…23
5.2 设计体会及对该设计的建议…………………………………23
参考文献……………………………………………………………………24
1.2 本设计任务和主要内容
1.基本要求
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
① 温度设定范围：40-90℃ ，最小区分度为1℃ 。
② 控制精度：温度控制的静态误差 ≤ 1℃。
③ 用十进制数码显示实际水温。
3.扩展功能
① 具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。
② 采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。
③ 温度控制的静态误差 ≤ 0.2℃。
参考文献
[1] 《8051单片机实践与应用》 吴金 清华大学出版社
[2] 《全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选》 北京理工大学出版社
