水温自动控制论文.docVIP

2010年黑龙江省 大学生电子设计大赛 设计题目：水温控制系统 2010年C题水温控制系统 关键词 ：STC89C52 实时 控温 时间 一、设计任务 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水。水温可以在一定范围内设定，并能实现在10℃—70℃量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。（1）可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1℃； （2）可以测量并显示水的实际温度。温度测量误差在±0.5 ℃内； （3）水温控制系统应具有全量程（10℃—70℃）内的升温、降温功能（降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器）； （4）在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度±15℃内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差≤±4℃，静态误差≤±1℃，系统达到稳态的时间≤15min（最少两个波动周期）。（）当设定温度突变（温度变化±20℃）时，控制的最大动态误差≤±2℃，系统达到稳态的时间≤8min（最少两个波动周期）； （）温度控制的静态误差≤±0.2℃（在最小稳态时间内） 图1 另一种测温电路采用AD590集成温度传感器，AD590将温度转化为电流信号，但由于AD转换大都需要电压信号，因此还需要通过相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号。AD590测温电路如图2所示。 图2 由于这个电路输出的是电压信号，不能直接被单片机利用，因此需经过一个A/D转换器，将电压信号转换为数字量。A/D转换器有很多类型，需要根据精度和转换速度来进行选择。本设计可采用最常用的A/D芯片之一AD0809的应用电路。也可直接选用带有A/D的单片机，这样可以省去A/D电路的制作，简化了电路，提高了可靠性。带A/D的单片机有很多型号，如常用的PIC16C711内含有4路8位A/D，C8051F020内含一组8路12位A/D和一组8路8位A/D，凌阳SPCE061A单片机内含有8路10位A/D。 3.1.2控制、键盘、显示电路： 这部分实际上是一个单片机最小系统的基本电路，可选用最常用的51系列单片机，足够满足系统的要求。 键盘可以选用常用的44扫描键盘，不过在这个设计中只需要3～5个按键即满足要求。本着简单实用的原则，选择了5个按键，分别用作设置选择、温度加、温度减、计时器，温度比较。 在显示方面，选用了常用的显示容量为162个字符的液晶显示模块。通过相应的软件编程，可以实现比较美观和丰富的显示界面。模块连接电路图如图3和图4所示。 图3：显示电路 图4：按键电路 3.2总体电路设计 本着简单、实用的原则，这里最后选用了一个比较典型的硬件方案： 测温电路选用DS18B20集成数组测温电路； 控制芯片采用常见的STC89C52； 显示方式采用162字符液晶显示器1602； 键盘采用4独立按键； 3.3软件流程图 本设计为了实现对1L水的温度的测量并用液晶显示，使待测水温的静态误差在1oC范围以内。温度设定范围为10～70oC,最小区分度为0.1oC。同时当水温达到设定值时在环境温度降低时温度控制的静态误差1oC。 主程序流程图如图5所示，实现对范围、温度值的设定，执行、显示实时温度。 图5：系统主程序流程图 五、测试 使用的主要仪器仪表：PC机（Lenovo）0.5oC范围时计算。 表2 设定温度 （度） 40 45 55 60 超调温度 (度) 40.8 44.6 54.7 60.3 误差(度) 0.8 -0.4 -0.3 0.3 5.3测试结果分析 由以上测量可见，系统性能基本上达到了所要求的指标。静态测温的精度主要有DS18B20决定。DS18B20的精度比较高，这里采取了读取温度寄存器办法，测温精度能够达到0.1oC，可以达到比较好的精度。 在控温指标中，影响系统性能的因素非常多。最关键的是加热系统本身的物理性质。由于传感器必须加上防水设施，因此温度传感器难免会有迟滞，热得快本身的延迟，水对流传热等因素也会造成测温的延时，这些都会直接影响系统的控制性能。 硬件调试问题 电路采用三路继电器控制，一路控制加热，两路控制冷片制冷，在制作板子时，由于两路电源输入距离很近，随意在测试工作时，加热电路不能正常工作，仔细检查电路没有问题，考虑到干扰问题，将输入端分开链接，问题解决。 其他电路：18B20控制电路，按键电路上电测试，均能正常工作。 5.4 结论 整个系统的设计思想是提高静态控温精度，减小调节时间和超调量。整个系统综