基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計報告

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1、《單片機原理及應(yīng)用》期未課程設(shè)計題目：基于單片機的水溫控制系統(tǒng)第1節(jié)引言31.1水溫控制系統(tǒng)概述31.2本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計2.1單片機控制系統(tǒng)原理2.2溫度采樣電路2.2.1溫度傳感器的選取2.2.2溫度傳感器AD5902.2.3電路原理及參數(shù)計算2.2.4ADC0804性能描述52.3溫度控制電路62.4主機控制部分62.5鍵盤及數(shù)字顯示部分7第3節(jié)系統(tǒng)軟件設(shè)計83」主程序流圖83.2主程序93.3鍵盤和數(shù)字顯示流程圖133.4鍵盤顯示程序14第4節(jié)結(jié)束語23參考文獻24

2、基于單片機的水溫控制系統(tǒng)第1節(jié)引言水溫控制在工業(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。單片機控制部分采用AT89C51單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然而，單純的P1D算法無法適應(yīng)不同的溫度環(huán)境,在某個特定場合運行性能非常良好的溫度控制器，到了新環(huán)境往往無法很好勝任，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算法來控制PWM波的產(chǎn)生

3、，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。然后在模型參考自適應(yīng)算法MRAC基礎(chǔ)上，用單片機實現(xiàn)了自適應(yīng)控制，彌補了傳統(tǒng)PID控制結(jié)構(gòu)在特定場合下性能下降的不足，設(shè)計了一套實用的溫度測控系統(tǒng)，使它在不同時間常數(shù)下均可以達到技術(shù)指標(biāo)。此外述有效減少了輸岀繼電器的開關(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系統(tǒng)。該系統(tǒng)靈活性強，易于操作，可靠性高，將會有更廣闊的開發(fā)前景。1.1水溫控制系統(tǒng)概述溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會使水資源失去應(yīng)

4、有的作用，從而造成水資源以及其他能源的巨大浪費。特別是在當(dāng)前全球資源極度缺乏環(huán)境問題日益凸顯的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對水溫的控制，把身邊的資源合理地利用起來。這是符合現(xiàn)在潮流的設(shè)計，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。1.2本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容1?基本要求一升水由lkw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)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(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”C,最小區(qū)分度為1"C。②控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差＜l"Co③用十進制數(shù)碼顯示實際水

5、溫。3.擴展功能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▽崿F(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。③溫度控制的靜態(tài)誤差＜0.2°Co第2節(jié)系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計2.1單片機控制系統(tǒng)原理鍵盤顯示電路III；89c5控制系統(tǒng)圖2-1單片機控制系統(tǒng)原理框圖2.2溫度采樣電路系統(tǒng)的信號采集電路主要由溫度傳感器（AD590）、基準(zhǔn)電壓（7812）及A/D轉(zhuǎn)換電路（ADC0804）三部分組成。如圖：2-2圖2?2信號采集電路221溫度傳感

6、器的選取目前市場上溫度傳感器較多，有以下兒種：方案一：選用鉗電阻溫度傳感器，此類溫度傳感器線性度、穩(wěn)定性等方面性能都很好，但其成木較高。方案二：采用熱敏電阻，選用此類元器件有價格便宜的優(yōu)點，但由于熱敏電阻的非線性特性會影響系統(tǒng)的精度。方案三：選用美國AnalogDevices公司生產(chǎn)的二端集成電流傳感器AD590。其測量范圍在?50°C-+150°C,滿刻度范圍誤差為土0.3°C,當(dāng)電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1%時，誤差只有土o.orCo此器件具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點

7、其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計要求。比較以上三種方案，方案三具有明顯的優(yōu)點，因此選用方案三。2.2.2溫度傳感器AD590測量范圍在?50°C-+150°C,滿刻度范圍誤差為土0.3°C,當(dāng)電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1%時，誤差只有土0.01°CoAD590為電流型傳感器溫度每變化1°C其電流變化luA在35°C和95°C時輸出電流分別為308.2uA和368.2uA。223電路原理及參數(shù)計算溫度采樣電路的基本原理是采用電流型溫度傳感器AD590將溫度的變化量轉(zhuǎn)換成電流量，再將電流量轉(zhuǎn)換

8、成電壓量通過A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804將其轉(zhuǎn)換成數(shù)值量交由單片機處理。2.2.4ADC0804性能描述ADC0804為8bit的一路A/D轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓范圍在0—5v,轉(zhuǎn)換速度小于R581krllOOus,轉(zhuǎn)換精度0.39%o滿足系統(tǒng)的要求。如圖2-3A/D轉(zhuǎn)換電路由于系統(tǒng)控制的水溫范圍為35°C-95C,所以當(dāng)輸出電壓為零伏時AD590的輸出電流為308.2uA,因此為了使Ui的電位為零就必須使電流〃等于電流Ic等于308.2uA,三端穩(wěn)壓7812的輸出電壓為12v所以取電阻R2=30k,