智控恒温水杯.docVIP

目录 一、 前言 1 二、总体方案设计 1 三、方案比较与论证 2 3.1 整体方案比较与论证 2 3.1.1 一位式的模拟控制方案 2 3.1.2 二位式的模拟控制方案 2 3.1.3 PID算法控制方案 3 3.2 单元模块方案论证 4 四、系统工作原理 5 五、 单元模块设计 5 5.1 电源模块的设计 5 5.2 温度采集电路的设计 6 5.3 主板的设计： 7 5.4 键盘的设计 8 5.5 显示模块设计 8 5.6 加热控制电路的设计 9 5.7 报警及指示灯设计 10 5.8 串口通讯硬件电路设计 11 六、软件程序设计 12 6.1 主程序流程图 13 七、系统测试运行与测试 14 7.1 测试环境 14 7.2 测试方法 14 7.3 系统误差分析 15 八、设计总结 15 参考文献 16 附录A 17 附录B 18 一、 前言 温度是工业生产中主要的被控参数之一，及时准确地获取温度信息并对其进行适当的控制，在许多工业场合中都是重要的环节。有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文介绍的是一个自动控制系统，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，以保持设定的温度基本不变。设计利用单片机AT8952实现水温的智能控制，使水温能够在实现温度调节利用读出水温，并在此基础上将水温调节到通过键盘的温度（加热或降温），AT89S52单片机。 系统功能特性：1. DS18B20温度采集系统，对温度进行实时采集分析与传送。 2.矩阵式键盘可以对温度进行自由设定必须在0100℃内设定时可以时显示设定的温度值 3.正常运行状态下，能够保持，显示位数4位，分别为十位个位和小数位。 三 、方案比较与论证 3.1 整体方案比较与论证 3.1.1 一位式的模拟控制方案 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，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所地结果的精度不高并且调节动作频繁，不稳定，不能实现复杂的控制算法，难以用数码管显示，难以用键盘设定，其方案一框图如图2所示。 3.1.2 二位式的模拟控制方案 此方案采用单片机系统来实现。单片机系统通过温度传感器（ADC590）对水箱内水温进行检测，得到模拟的温度信号，在经过A/D转换成数字信号之后，则可用数码管来显示水温的实际值，还能用键盘输入设定值。但它仍是一种传统的模拟控制方式，难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也比较麻烦，方案二框图如图3所示。 图3 二位式模拟控制方案框图 3.1.3 PID算法控制方案 此方案采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制作用，并且可方便实现数码显示、键盘设定及利用PID算法来控制PWM波形的产生，进而控制电炉的加热来实现恒温控制，其所测结果精度高，利用PID算法来控制PWM波形的产生，可有效的控制数字脉冲的输出宽度，使固态继电器得到有效和有序的逻辑控制，不会使固态继电器产生误动作。再加上单片机的软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。它可以通过用数字温度传感器采集到的实际水温温度直接进行数码管显示，还能用键盘输入设定值，可使系统整体结构更为简单，方案三框图如图4所示。 综合比较可得，在对温度控制的系统中，方案三可达到采用其他控制系统所达不到的控制效果，并且可方便实现数码实时显示、键盘设定、直接可以驱动固态继电器，其测量结果的准确性和精度都是非常高的。故本设计采用方案三，利用单片机按增量式的PID控制算法对采集的温度数据进行处理，得到控制量，利用增量式的PID控制算法来控制PWM波形的产生进行控制固态继电器，从而达到控制电炉的功率进行加热，实现对水箱内水温的恒温控制。 3.2 单元模块方案论证 （1）水温的取样 方案一：采用不锈钢封装的DS18B20数字测温装置。采用此装置易于组装，测量精度高，稳定性好。 方案二：自己动手制作，利用蜂胶将DS18B20封住用导线将其引脚引出。误差较大，有可能对作品性能产生不良影响。 （2）水温调整控制方式 方案一：利用电磁继电器控制加热装置。响应及时，易于实现自动控制，避免人为接触强电，安全快捷。 方案二：手动控制加热装置，反应时间长，操作不便，耗费人力。 （3）系统加热和散热 方案一：单纯控制加热器工作。利用单片机单纯控制加热器不利用对温度的控制，同时延迟时间、加热时间等还将造成实验精度的下降。 方案二：闭环控制 闭环控制是从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以也叫负反馈控制。此种控制系统，可以根据反馈量及时作出相应调整，提高系统反映灵敏度，在