水温自动控制系统原理和电路.doc-资料库

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第1页.png

第1页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第2页.png

第2页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第3页.png

第3页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第4页.png

第4页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第5页.png

第5页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第6页.png

第6页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第7页.png

第7页 / 共9页

wsxiezhe-2656375-16359647440728660311.doc.pdf-第8页.png

第8页 / 共9页

水温自动控制系统目录摘要…………………………………………………………………………………2 1、系统方案………………………………………………………………………3 1.1 题目分析……………………………………………………………………3 1.2 系统总体方案设计…………………………………………………………3 1.2.1 测温模块………………………………………………………………3 1.2.2 功率电路模块…………………………………………………………3 1.2.3 控制电路和显示模块…………………………………………………4 1.2.4 通信模块………………………………………………………………4 2、电路分析与计算………………………………………………………………5 2.1 测温模块分析……………………………………………………………5 2.2 功率电路模块分析………………………………………………………5 2.3 控制电路和显示模块分析………………………………………………6 2.4 通信模块分析……………………………………………………………7 3、系统程序分析…………………………………………………………………7 3.1 程序流程…………………………………………………………………7 3.2 控制算法…………………………………………………………………7 4、测试方案与测试结果…………………………………………………………9 4.1 测试方法与仪器……………………………………………………………9 4.2 测试数据完整性……………………………………………………………9 4.3 测试结果分析………………………………………………………………9 参考文献……………………………………………………………………………9 - 1 -

水温自动控制系统摘要此温度自动控制系统可以实现手动设定的标准温度和实测的温度进行比较以实现自动控制温度的调节。该系统利用 AT89C51 单片机作为主控制芯片，采用数字温度传感器 DS18B20 测量所需的温度，测量精度可达 0.5° C。显示部分采用 LM016L 液晶显示模块，可以形象直观的显示测得的温度和设定的温度。此系统主要由四个模块组成：测温模块、控制电路和显示模块、功率电路模块、通信模块。测温模块实现测温功能；控制电路实现温度标准值的的设定；显示模块用于显示设定的温度和实测的温度；功率电路模块用于控制加热部分；通信模块用于实现电平之间的转换。该系统的实际工作过程为：测温模块测得的温度与温度设定值进行比较，如果低于设定的温度则启动功率电路进行加热，直到达到设定值。另外，通过控制键盘可以手动的改变设定温度值。该系统具有硬件组成简单、读数方便、精度高等优点。关键词：AT89C51 单片机、DS18B20 数字温度传感器、液晶显示、手动设定、自动控制 - 2 -

水温自动控制系统 1、系统方案 1.1 题目分析根据命题要求设计并制作一个水温自动控制系统，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控制，以保持设定的温度基本不变。该系统主要由单片机和温度传感器构成，实现自动控制温度的功能。主要性能指标有：（1）温度设定范围为 40～90℃，最小区分度为 1℃，标定温度≤1℃。（2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。（3）用十进制数码管显示水的实际温度。另外，还可以进一步改进系统的性能，如：（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。（2）温度控制的静态误差 ≤0.2℃。（3）在设定温度发生突变时，自动打印水温随时间变化的曲线。 1、2 系统总体方案设计根据题目要求，该系统主要由四部分组成：一、测温模块，二、功率电路模块，三、控制电路和显示模块，四、通信模块。下面分别从这四个方面阐述方案的设计思想。 1.2.1 测温模块使用 DS18B20 数字式温度传感器直接测量，它无需外加其他的电路，可以直接将测得的两位八进制温度数据传送到单片机的 I/O 口，由对单片机的软件设计将两位八进制温度数值转化为十进制数据。 DS18B20 测温芯片传送温度数据单片机的 I/O 口图一 DS18B20 传送温度数据示意图 1.2.2 功率电路模块由于本系统要控制电炉加热，功率较大，因此要借助功率电路。使用继电器可以很容易的通过较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。使用电磁继电器电路的实现十分简单，而且还可以实现较为精确的控制，是比较好的一种方式。 - 3 -

水温自动控制系统温度高低继电器保持原态断开继电器闭合连通加热设备进行加热图二功率控制模块示意图 1.2.3 控制电路和显示模块控制部分主要是用于设定温度，由五个按键组成，五个按键的作用分别为对设定的温度进行温度粗加、温度精加、温度粗减、温度精减、停止/确认。显示方面，选用 128*64 液晶显示模块。测得的温度经过转换之后可以直接显示在液晶屏上，同时设定的温度也可以显示在液晶屏上。粗加精加粗减精减确认设定温度采集温度液晶显示温度传感器图三控制电路和显示模块示意图 1.2.4 通信模块 - 4 -

水温自动控制系统为完成打印功能，单片机需要与计算机进行通信。通信选择 RS-232 串口进行通信，由于 RS-232 和 TTL 电平不兼容，因此在通信模块中需要进行电平转换。可以采用 MAX232 电路进行电平转换。单片机输出输出 MAX 232 输出输出计算机串口图四单片机和计算机串口进行通信示意图 2、电路分析与计算 2.1 测温模块分析测温模块如图五所示，主要由数字温度传感器组成，数字温度传感器 DS18B20 采用外接电源的方式，其 VCC 和 GND 分别接电源和地，DQ 为测得的温度数据输出端，接单片机的 I/O 端口，由单片机对其输出的数据进行转换，已达到显示数据为十进制的目的。DQ 端要接一个 4.7k 的上拉电阻，以保证数据温度传感器 DS18B20 的正常工作。图五测温模块 2.2 功率电路模块分析功率电路模块如图六所示，在 R11 的左侧接单片机的输出控制电平，当输出控制电平为高电平时，三极管 Q1 集电极输出低电平，则继电器 RL1 和 RL2 都向下闭合，则 L1 发光，此处以 L1 代表加热电路，即是外电路开始加热。反之， R11 的左侧为低电平，则继电器仍向上闭合，外加热电路不工作。 - 5 -

水温自动控制系统图六功率电路模块 2.3 控制电路和显示模块分析控制电路由五个按键组成，SW2—SW6，作用分别为温度粗加、温度精加、温度粗减、温度精减、停止/确认。这五个按键可以手动更改设定的温度。图七控制电路模块图八液晶显示模块 - 6 -

水温自动控制系统液晶显示模块可以方便清晰的以十进制显示设定的温度和实测的温度，在利用 SW2—SW6 对温度进行设定时可以从液晶屏上直接看到，方便直观。 2.4 通信模块分析通信模块中的 MAX232 用于实现电平转换，MAX232 的 11 脚接单片机的 TXD 端，12 脚接单片机的 RXD 端，串口的 2 用于接收，3 用于发送。图九通信模块 3、系统程序分析 3.1 程序流程主程序流程如图十所示，加热控制是在中断程序中完成的，中断程序流程如图十一所示。可控硅采用控制导通脚的方式控制加热功率，因此需要控制延时触发的时间，延时由定时器完成，定时器程序流程如图十二所示。 3.2 控制算法 PID 控制是工业上最广泛的控制算法，对于本水温控制系统同样可以采用 PID 算法，具体算法可以表示如下： e(i)=t（测）- t(设) E=∑e(i) u(i)=KP{ e(i) +(T/T1)E+(Td/T)[e(i)- e(i-1)]}+u 式中 u(i)为当前的功率输出。T 为采样时间，E 为误差积累。KP 为比例常数，T1 为积分常数。根据具体系统，在调试中调节三个常数，可达到较好的控制效果。同时为保证系统稳定，改善控制性能，应对 E 进行限幅，当 E 大于某一值时，停止 E 的累加。 - 7 -

水温自动控制系统主程序开始初始化有键盘检测键盘处理设置控温寄存器无从 DS18B20 读取温度刷新当前温度寄存器显示刷新控温算法设定加温功率寄存器向 PC 机发送温度数据图十主程序流程图中断程序进入定时器中断进入读取加温功率寄存器换算延时时间设置定时器返回发可控硅触发脉冲关定时器返回图十一中断程序流程图图十二定时器流程图 - 8 -

资料库

水温自动控制系统原理和电路.doc

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料