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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
1、基本要求
(1)可键盘设定控制温度值,设定最小分辨率为0.1℃;
(2)实时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(20℃~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℃。
2、发挥部分
(1)分段温度控制:50℃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。
(3)显示水温随时间变化的实时曲线
(4)其他。
摘要
本次设计的主要目的是实现对温度的控制,其主要思路是通过温度传感器感应物体温度,通过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???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,功率在250W左右,功率不大,适合简易水温控制系统。
对于控制方法有两种方案。
一种是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,不易调节,故采用普通控制方法显得力不从心。
另一种就是采用PWM控制加PID算法,通过采用PWM可以产生一个PWM波形,而PWM波形的占空比是通过PI
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