恒温水箱控制系统调研报告

本科生毕业论文(设计)调研报告题目：恒温水箱控制系统学生姓名：冯明勇学号：06210133专业班级：自动化0601指导教师：梅英老师完成时间：2010.1.31一、课题任务设计一个用单片机控制水温的恒温控制系统，以单片机为主控器，利用PID控制原理及PWM技术实现对水箱内水温的控制，使水箱中的水温保持在设定温度的±1℃范围内。设计包括系统软硬件设计。1、目的1、培养综合运用所学的知识独立分析问题和解决问题的能力；2、培养学生的创新意识和创新能力；3、增强学生理论分析、实验研究、文献查阅、计算机运用和文字表达等方面的能力；4、开启心智，培养专业思维，为以后工作打下良好的基础。2、要求完成3秒温度传感器读一次温度并显示；完成在10分钟之内达到设定的温度值；完成一直保持设定的温度（在误差范围之内）；完成改变设定温度时，控制的水温能达到设定的温度。二、方案选择本系统若根据课题要求可有多种实现方案（1）方案一此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不回热。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码显示，不能用键盘设定。（2）方案二此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且仍不能用数码显示和键盘设定（3）方案三此方案采用89S51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制看法和逻辑控制。可实现数码显示和键盘设定等多种功能，系统电路框图如下：89S51单片机键盘设定数据采集键盘设定电源电路电源电路数码显示串行接口控制电路方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也较麻烦。而方案三是采用以89S51为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，它可达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可实现显示、键盘设定等多种功能，又易于扩展，大大提高了系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。故选择方案三。三、工作原理温度测量及加热系统控制的总体结构如图1所示。系统主要包括现场温度采集、实时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心AT89S5*单片机作为微处理器。温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各状态参量均可由数码管实时显示。程序的主要流程图主程序显示程序是显示数据转换程序串口通信程序开始设初值启动A/D转换调上限是否调整？调下限否显示中断完毕？否是开始设初值显示第一位？扫描四位扫描三位退出开始取数转换送显缓是否超限？超上限超下限报警返回未超转ASCII清零TI为１？送数返回＝１＝０主要参考文献与资料简介：[1]李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京：航空航天大学出版社，2003本书除简要地介绍51系列单片机的硬件资源及指令外,重点列举了13个实际应用设计实例。文中对实例的硬件电路原理,软件设计思想及功能模块进行了详细的介绍,并给出了完整的源程序及注释,这对单片机初学者迅速理解单片机的设计应用原理具有很好的效果。读者可以参考给出的硬件电路及源程序进行实验设计与练习,从而逐步掌握具体应用系统的设计方法[2]吴坚，赵英凯.计算机控制系统[M].武汉：武汉理工大学出版社，2002本书通过总结作者的科研成果和吸收国内外的先进理论、方法和技术，以计算机控制技术和与控制理论有机结合为基础，从工业企业自动化系统的开放性、集散性、网络化的观点出发，将现代分布式控制系统作为主线索，先进的控制技术作为支撑，结合典型控制系统，介绍和论述计算机控制系统的原理、分析设计方法和应用技术。本书主要介绍输入输出通道技术、数字控制器的设计、计算机控制系统的设计与实现、计算机控制策略与实现以及网络集成式分布控制系统。在系统控制软件设计中还介绍了系统组态、组态软件的基本概念、方法和技术；在系统设计与组成介绍中，立中于现场级，以策略为内核，把系统集成与实现的基础概念、方法和实现技术列为重点并兼顾管控一体化的实现基础。[3]高海生.单片机应用技术大全[M].西安交通大学出版社，1997[4]翟玉文，艾学忠.热电阻热电偶测温电路[J].电子测量技术.2002(5)：[5]康光华.电子技术基础（模拟部分）[M].华中理工大学出版社，2001[6]康光华.电子技术基础（数字部分）[M].华中理工大学出版社，2002[7]林纪鹏，王君编.传感器技术[C].传感器技术编辑部，2002.2[8]闫伍德.MCS-51单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2003《MCS-51单片机原理与应用》以MCS51系列单片机为主线，以新一代80C51为实例，详细介绍了单片机的原理与应用。全书共分10章，主要内容包括：单片机基础、单片机开发快速入门、单片机硬件结构、MCS指令系统与汇编语言程序设计、中断系统与定时/计数器、串行接口与I2C总线、系统扩展与接口、单片机应用系统开发以及实验与实训。《MCS-51单片机原理与应用》的实验与实训以有趣的项目化实例介绍了单片机与新热敏微打接口设计、ISP编程、用KeilμVision3开发C语言程序的过程以及用ProteusISIS7进行单片机实验的虚拟仿真的方法。[9]陈宝江.MCS单片机应用系统实用指南[M].机械工业出版社，1997基础篇论述了Intel单片机的软硬件原理、I/o功能的特点及功能设计基础。应用篇详细论述了设计单片机应用系统所涉及的典型IC芯片技术、先进的传感器技术、系统设计原理等，并且深入分析了24个应用实例。开发篇在论述开发单片机应用系统方法的基础上，较为全面地介绍了流行的MCS－96/98/51单片机开发系统和典型的用户系统，最后扼要的介绍了PL/M语言地特点及应用原理。[10]程启明.8098单片机控制电阻炉温度系统[J].电测与仪表.1994，(4)本文介绍了电阻炉微机温控系统。系统由８０９８单片机，２７６４／６２６４存贮器，８２７９键盘／显示，ＰＰ４０微打，双向晶闸管过零触发控制，掉电检测与保护，故障声光报警，自动与手动转换等电路组成。控制回路采用Ｄａｈｌｉｎ或积分分离增量式ＰＩＤ算法。系统具有结构先进合理，功能完善，控制精度高，抗干扰能力强，通用性好，价格低，使用方便等特点，具有很好的社会经济效益。