水溫控制系統(tǒng)設(shè)計論文-wenkub
2023-07-09 21:50:51 本頁面
【正文】 善，不斷提高。目前，我國在這方面總體技術(shù)處于20世紀(jì)80年代中后期水平，它大多采用有模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)化器及單片機(jī)組成的傳輸系統(tǒng)。水溫控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，如熱水器、自動飲水機(jī)等都要用到水溫控制系統(tǒng)。單片機(jī)可將溫度傳感器檢測到的水溫模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于LED顯示器上。顯示部分由“人機(jī)交互界面”的液晶顯示，增加可讀性。 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：水溫控制系統(tǒng)以單片機(jī)為中心控制器件，主要由溫度傳感模塊，A/D轉(zhuǎn)換放大模塊，單片機(jī)編程模塊，顯示模塊和控制模塊等部分組成。該系統(tǒng)具備較高的測量精度，能較好的完成設(shè)計要求。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，易于操作，可靠性高，將會有更廣闊的開發(fā)前景。因此我們應(yīng)該應(yīng)用電子專業(yè)知識，實現(xiàn)水溫控制的自動化，提高工業(yè)企業(yè)自動化水平。這種系統(tǒng)需要布置大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上，安裝和拆卸復(fù)雜，成本也高。在此要求下，設(shè)計了一個基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)，以單片機(jī)為核心完成測量水溫、加熱溫度、恒溫控制和警報等功能。用單片機(jī)對水溫進(jìn)行實時檢測和控制來解決工業(yè)及日常生活中對水溫的及時自動控制，是現(xiàn)代水溫控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。在計算機(jī)沒有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的，而當(dāng)今，隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計算機(jī)和傳感器的價格也日漸降低，可靠性足步提高，用信息技術(shù)來實現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是可以達(dá)到的，而且是可以實現(xiàn)的，用高新技術(shù)來解決生活用水問題，實施對水溫控制已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來加強(qiáng)工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。所有溫度數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器LCD顯示出來。實現(xiàn)水溫控制的方法有很多種，如單片機(jī)控制，PLC控制，模糊控制等，而其中用單片機(jī)實現(xiàn)的水溫控制系統(tǒng)，具有可靠性高、價格低廉、簡單以實現(xiàn)等眾多優(yōu)點。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對加熱爐溫度進(jìn)行測量、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時采集多個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制。二 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計過程 對題目進(jìn)行深入的分析和思考，可將整個系統(tǒng)分為以下幾個部分：測溫電路、控制電路和功率電路。采用了溫度傳感器DS18B20采集溫度變化信號，A/D采樣芯片ADC0804將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并通過單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。但是附加顯示、溫度設(shè)定等功能時需附加許多電路，稍顯麻煩。但與單片機(jī)相比，價格較高，顯然大材小用。圖12熱敏電阻精度高，需要配合電橋使用，要實現(xiàn)精度測量，需要配上精密較高的電阻。本文采用的是3腳PR35封裝，其具有以下特點：（1）采用了單總線技術(shù)，傳感器直接以二進(jìn)制輸出被測溫度，可通過串行口線，也可與單片機(jī)通過I/O口連接；（2）測量溫度范圍為：55℃～+125℃，測量精度高達(dá)+℃；（3）內(nèi)含寄生電源，在兩線方式下可通過數(shù)據(jù)線提供寄生電源，而不需要再單獨供電（4）轉(zhuǎn)換時間在分辨率為12位（℃）時最大為750ms；（5）用戶可分別對每個器件設(shè)定溫度上下限；（6）DS18B20在使用時不需要任何外圍元件，全部傳元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；（7）電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；（8）每個DSl8B20器件對應(yīng)一個唯一的64位長的序號，該序號值存放ROM中，可通過序號匹配實現(xiàn)多點測溫。在制作中，為了達(dá)到更好的控制效果，也可以放置一個小風(fēng)扇，當(dāng)加熱時開啟熱得快關(guān)閉風(fēng)扇，當(dāng)水溫超高時關(guān)閉熱得快開啟風(fēng)扇加速散熱。水溫控制系統(tǒng)具有較大的慣性，可以考慮這種控制方式。根據(jù)測試經(jīng)驗，可選取三角型隸屬函數(shù)，分為正大、正中、正小、正零、零、負(fù)零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大，9個檔次。熱得快加熱使得水溫具有有熱慣性，而且檢測的實時數(shù)據(jù)是檢測點附近的實時溫度，所以經(jīng)典PID控制算法不能滿足設(shè)計要求，還必須根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。它的使用已有很長的歷史，在以前被人們稱為變換器或者換能器。它們的主要優(yōu)缺點是：熱電偶價格便宜，但精度低，需冷端補(bǔ)償，電路設(shè)計復(fù)雜；熱電阻精度高，但需要標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電阻匹配才能使用。溫度傳感器DS18B20在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)， 給用戶使用帶來了更多方便。高低溫報警觸發(fā)器TH 和TL，配置寄存器均由一個字節(jié)的E2PROM組成，使用一個存儲器功能命令可對 TH，TL或配置寄存器寫入。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 單片機(jī)能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo)，給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 控制算法 水溫控制系統(tǒng)中，由于加熱電爐的熱慣性，溫度會有一定的超調(diào)。算法則選擇PID控制。 常規(guī)的模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖14所示。此器件經(jīng)軟件設(shè)置可以實現(xiàn)高分辨率測量。DS18B20應(yīng)用廣泛，性能可以滿足題目的設(shè)計要求。所以在位碼和段碼都加上了同相驅(qū)動器。每按上調(diào)和下調(diào)鍵，設(shè)定溫度值增1減1。 圖22 鍵盤、顯示、控制器部分原理圖 功率控制電路是本系統(tǒng)硬件設(shè)計的關(guān)鍵，由于加熱裝置的電源是220V,50HZ的市電，選擇器件的耐壓至少要兩倍以上，否則容易發(fā)生損壞。當(dāng)單片機(jī)的I/O口輸出低電平信號進(jìn)入7407時，MOC3043中的發(fā)光二極管發(fā)光，由于過零電路的同步作用，內(nèi)部的雙向可控硅過零后馬上導(dǎo)通，使功率雙向可控硅SCR導(dǎo)通，在負(fù)載中有電流流過，當(dāng)I/O口輸出高電平時，MOC
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