水溫恒温控制嵌入式系统设计.docVIP

水温恒温控制嵌入式系统设计 1概述 1.1发展历史 温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，如家用电器、汽车、材料、电力电子等，同时在很多工业应用场合都需要温度的恒定控制，比如电加热炉，烟叶初烤炕房，某些传感器的工作环境温度等。同时，在实际工作和科研中，许多实验均需要用加热器来加热实验对象，使其达到并保持在某一设定温度，而且在实验过程中，对象的温度有时要求稳定性很高，有时需要不断地调节。正因为如此，恒温的控制在工业和科研中占有非同一般的地位。 水温恒温控制就是其中的一种。水的恒温控制是利用对加热系统（热源）的控制，使之在不同的温度输出不同的功率，使得在水温我们预设的温度附近作为小的变动，而不会超出太大的范围，从而达到我们使用的要求。在预设温度的附近时，温度与加热器、散热器之间的关系是很微妙的，我们没办法控制任意时刻的准确的水温，但是我们可以通过测量来判断其变化的趋势，和变化的幅度，从而来使之朝着我们预想的方向进行。 1.2发展现状与发展方向 常用的水温恒温控制系统根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，主要分为继电器恒温控制系统，PID恒温控制系统以及电子式(多用可控硅)恒温控制系统等几种。 传统的继电器恒温控制系统简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。 PID控制即比例、积分、微分控制。自19世纪40年代开始以来，广泛应用在工业生产中，长期以来，由于其结构简单、实用、价格低，在广泛的过程领域内可以实现满意的控制。PID算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，其缺点是现场PID参数整定麻烦，被控对象模型参数难以确定。 可控硅恒温控制系统的特点是体积小、无噪声、调节方便、控制精度高，但会对电网产生一定影响，适用于科研实验等小功率加热器。 1.3 本系统设计说明 本文设计的水温恒温控制嵌入式系统采用以凌阳系列单片机的SPCE061单片机作为控制核心，来实现对温度的恒定控制，除了单片机控制模块，还包括温度传感器采样模块、A/D转换模块、温度显示模块、设置/存储预定温度模块、加热电路模块、散热电路模块，本系统的设计电路比较简单，控制效果好。设计可以显示0°到100°范围内的温度，显示精度可以包括小数位。系统的静态误差不大于0.2℃?，超调量较小。本系统的单片机程序代码放在上交的电子版的设计内容的附录中，且程序在unsp开发环境(IDE) 图1.系统框图 从图中易可知，本设计系统主要包括如下几部分：单片机控制模块、温度传感器采样模块、A/D转换模块、温度显示模块、设置/存储预定温度模块、加热/散热电路模块。 系统的工作流程是这样的：首先用户要先使用设置/存储预定温度模块设置和存储预定的温度；温度传感器采样模块对水温进行采样，将采集到的温度传给A/D转换模块，A/D转换模块将此温度对应的数值传给单片机控制模块，单片机控制模块会判断此温度是否在用户预定的温度+/-0.5°的范围内，如果两个温度不等就会调用加热/散热电路模块，即如果此温度高于用户设定温度0.5°以上，则散热电路就会开启以将当前的水温降到预定的温度+/-0.5°的范围内，反正则会启动加热电路以加热当前的水。同时如果用户想显示当前的水温或者预定的水温，都可以通过温度显示模块显示，而如果用户要改变当前的预定水温，可以通过设置/存储预定温度模块进行设置。 2.2系统设计依据与方法介绍 1.单片机控制模块：它的设计采用凌阳系列单片机的SPCE061单片机作为控制核心，来实现对温度的恒定控制。之所以选择这款单片机，是因为原来在本科阶段学习时接触过这款单片机，对它有一定的了解，SPCE061拥有普通十六位单片机所不具备的各种功能，开发工具简单可靠，开发环境unSP IDE)非常经典易用，拥有高档微处理器的端口特性，功能强大，而且功耗低，性价比高，是嵌入式应用选择0.1℃的测量精度），利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到0.1℃的测量精度。 对比这两个方案，第二种明显优于第一种，所以选择集成温度传感器AD590K作为温度传感器件。 3. A/D转换模块：采用常用的A/D转换器MAX153对由温度传感器AD590K及温度/电压转换电路采集提供的温度信号进行A/D转换得到数字信号，然后输入到单片机，系统即可获取所要采集的温度数值。 4. 温度显示模块：采用支持I2C总线的MAX7219驱动8个数码管来实现显示功能，可以显示0°到100°范围内的温度，显示精度可以包括小数位，其实4块数码管就已经足够使用了，但是因为MAX7219最多支持驱动8个数码管，考虑到以后功能扩充方面的问题，就选用了8块数码管。 5. 设置/存储预定温度模块：此模块设计包括键盘设计部分和EEPROM设计部分，其中设置四个按键分别对应