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长安大学 《2011电子竞赛训练题目》 设计 题目：水温控制系统 学院：电子与控制工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：孟川 马继强 王宇 指导老师：巫春玲 时间：2011年07月15号07月25号 目录 要求 3 摘要 4 前言 5 方案分析 6 实现 11 六、结论 11 七、附录 1２ 一、要求 水温控制系统 一、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，容器为搪瓷器皿。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。 二、要求 基本要求 （1）可键盘设定控制温度值，最小为0.1℃； （2）测量并显示实际温度。温度测量误差在±0.5 ℃内； （3）水温控制系统应具有全量程（0℃~80℃）内的升温功能； （4）任意设定一个温度值，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℃。 发挥部分 （1）℃恒温3分钟，然后升温至70℃恒温。 （2）恒速温度控制：以每分钟升温2℃的速度，由35℃升温至40℃，然后保持。 （）显示水温随时间变化的实时曲线 （4）其他。 LCD显示出来，进而控制水温。本次设计分3个模式进行，模式1为键盘设定温度，然后水温通过加热棒升温，达到设定温度，并通过PID算法和ＰＷＭ控制最终维持在设定温度左右。模式2为将水温通过加热棒升温到５０摄氏度，然后启动定时３分钟程序，使其维持在５０摄氏度约３分钟，之后退出定时，继续升温，将其加热到７０摄氏度，继续通过ＰＩＤ和PWM控制将其维持在70摄氏度左右。模式3为水温自动升温到35摄氏度，然后控制PWM参数，使其速度维持在2摄氏度/每分钟，持续升温到40摄氏度，然后通过ＰＷＭ控制将其维持在４０摄氏度左右。本次设计用到的方法有ＰＩＤ算法、PWM控制方法等。 三、前言 随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，温度控制系统已应用到生活的各个方面，但是温度控制一直是一个未开发的领域，是与人们息息相关的一个问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。 温度是科学技术中最基本的物理量之一。物理、化学、生物等学科都离不开温度，在工业生产等许多领域，温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。各行各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用越来越广泛，各种试用于不同场和的温度控制器应运而生。 四、方案分析 本次设计主要版块分为温度感应模块，温度显示模块，键盘设定模块和加热控制模块。 一、方案的选择 1.对于温度感应模块有两种方案： 一种是使用普通温度传感器pt100再结合电压放大器和AD转换器将感应到的温度数值转换为数字量存储在某一单元内。但由于该方案电路繁多，线路冗长，所以舍之不用。 第二种是使用温度传感器18B20感应温度，由于该温度传感器内含AD转换器，因此连接简单，应用方便，故选用该方案。 2.对于温度显示模块有两种方案： 一种是使用静态显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。该方案程序简单，但硬件连接复杂，所需元件数量多，不适合设计应用。 第二种是使用动态显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。该方案程序复杂，但硬件连接简单，所需元件少，但由于无法显示曲线，故不是最佳方案。 第三种是使用液晶屏ＬＣＤ１２８６４，通过字幕显示模式、温度、曲线。该方案程序复杂，但硬件观察方便，显示清晰，故为最佳方案。 3.对于键盘设定模块有两种方案： 一种是使用线反转法，通过矩阵键盘，一次求出行数和列数，然后求出设定的数值。由于该方案不具有扫描功能，因此不适用于一般的键盘程序，而适用于键盘中断程序。 第二种是使用键盘扫描法，通过矩阵键盘，求出设定的数值，由于该方案具有扫描功能，因此在不使用中断的情况下，使用键盘扫描程序是十分恰当的，本次设计采用的是键盘扫描程序。 对于加热控制元件有两种方案。 一种是使用加热器（俗称热得快），功率约在８００Ｗ左右，但考虑到功率过大会导致加热太快，不容易控制。 另一种是使用加热棒，功