水温温控制实验报告.docVIP

河南理工大学电气学院 题目：水温控制系统（A8） 摘要 随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度自动控制系统。该控制系统可以根据设定的温度，通过控制pwm波的输出，控制继电器从而控制水温的自动调节，系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括电源电路，STC89C52单片机最小系统，DS18b20测温电路、键盘电路.液晶显示电路，漏电保护电路，加热功率电路，红外检测电路，水泵驱动电路等。系统程序主要包括主程序，温度处理子程序，按键处理程序、液晶显示程序等，漏电保护程序，pwm波输出程序，水泵控制程序，红外检测程序，功率控制程序。 [关键词] STC89C52单片机；DS18B20；1602，霍尔效应传感器；PWM；继电器。 设计任务与要求 一、任务 设计并制作一控制系统，水温可以在一定范围内由人工设定，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1．基本要求（1）温度设定范围为0～0℃，并能显示，最小区分度为1℃。（2）℃。温度测量误差0.5℃。 (3）在全量程内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℃，系统达到稳态的时间≤15min（最少两个波动周期）。升温用电加热器（4） 2.发挥部分 （1）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）； （2）温度控制的静态误差≤±0.2℃（在最小稳态时间内）； （3） （4）。三、说明 （1）允许使用单片机最小系统； （2）升温驱动电路自行设计制作，不允许使用成品模块； （3）成品（4）为了测试的方便，测量水温时要求在容器内自行给定一个位置，测试时放置玻璃水银温度计，作为标准温度计（5）避免测试过程出现烧伤现象，注意做好保护措施℃的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.2℃以上精度，应用方便，这样的电路主要工作量就集中到了单片机软件编程上，故我们选用该方案。 2.显示电路的方案选择： 方案一：使用数码管显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。该方案程序简单，但硬件占用单片机I/O口较多，对于尽量节约端口，让线路简单来说不是好方法，而且显示也不够直观灵活，只能显示数字，不能显示汉字显示功能提示，故不适合本次设计应用。 方案二：使用液晶屏1602显示，可以显示设定温度及测量温度，且显示时1602能显示两行，且能显示字符及数字。 3加热方案的选择： 方案一：使用电热炉进行加热，控制电炉的功率即可控制加热速度，当水温过高时，关掉电炉即可，但考虑到电炉成本较高，且精度不好控制，故不选用。 方案二：固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。可以使用类似pwm的方式，通过控制固态继电器的开，断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合这个电路。我们的亮点是控制两个加热器，在温度接近设置值时，用一个加热器加热，这样可以减小预热的影响，同时保温效果也比较好。 4控制方法选择方案： 方案一：采用普通的控制方法，即随着水温的变化调节温度，但局限性太小，由于水温变化快，且惯性大，不易控制精度，故采用普通控制方法显得力不从心。 方案二：采用ＰＷＭ控制，通过采用PWM可以产生一个ＰＷＭ波形，这样就可以调节加热棒的功率进而控制温度的变化，从而使精度提高，我们选择方案二。 5.检测水位电路选择 方案一：采用压力传感器，但由于在水中要加热，温度过高容易损坏压力传感器，且不易控制，所以放弃这种方案。 方案二：采用红外传感器，红外传感器的距离是物理调节，易于控制，且精度比较高，所以我们选择红外传感器监测。 硬件电路设计 对题目进行深入的分析和思考，可以将整个系统分为以下几个部分：单片机最小系统，测温电路，功率电路，漏电保护电路，显示电路，水位检测电路系统框图如下： 测温电路 测温电路是使用DS18b20数字式温度传感器，它无需其他的外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单。它能够达到0.5的固有分辨率，使用读取温度的暂存寄存器的方法还能达到0.2以上的精度。 DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。外部供电方式(VDD接+5V，且数据传输总线接4.7k的上拉电阻，其接口电路如图2.1所示。 图2.1 温度传感器接口 功率电路 由于本系统要控制电