《毕业论文：多功能水温控制系统 》.doc

多功能水温控制系统 ——硬件设计 罗敏 攀枝花学院电气信息工程学院， 攀枝花 61700 文 摘 本文主要介绍了利用单片机实现温度控制系统的设计过程，在系统构建时选取了凌阳科技公司提供的一新款产品SPCE061A芯片作为该控制系统的核心。由PT1000和电压放大电路提供温度信号通过PID算法实现对电炉功率和水温控制SSR固态继电器作执行部件,能够快速地处理较复杂的数字信号)和PC机的图形处理功能，来实现了语音播报温度和打印温度变化曲线的要求。全文的内容主要包括：水温控制系统的方案设计与论证，系统整体电路、部分电路的设计，以及SPCE061A单片机关键词SPCE061A单片机?Pt1000； SSR 本课题为第三届全国大学生电子竞赛题。该课题要求设计一个水温控制系统，对象为1升净水，加热器为1千瓦电热炉。要求能在40摄氏度至90摄氏度范围内设定控制水温，静态控制精度为0.2摄氏度。并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表， 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛但从国内生产的温度控制器来讲总体发展水平仍然不高，同国外的日本美国德国等先进国家相比仍然有着较大的差距目前我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主它只能适应一般温度系统控制难于控制滞后复杂时变温度系统控制适应于较高控制场合的智能化自适应控制仪表国内技术还不十分成熟形成商品化并广泛应用的控制仪表较少备。 ,它对控制调节器要求较高。本文对象为1温度控制系统的设计过程为主，温度信号由PT1000和电压放大电路提供通过PID算法实现对电炉功率和水温控制SSR固态继电器作执行部件。能在40摄氏度至90摄氏度范围内设定控制水温，静态控制精度为0.2摄氏度具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印等功能。,能够快速地处理较复杂的数字信号)和PC机的图形处理功能，来实现了语音播报温度和打印温度变化曲线的要求。 1 方案设计与论证 分析题目 本1升净水，容器为搪瓷器皿，水温可以在范围内由人工设定，并能在环境温度降低时，实现自动调整，以保持设定温度基本不变。 静态控制精度为0.2摄氏度。并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。 图2 二位式模拟控制方案框图 方案3 （框图如图3） 图3 单片机控制方案框图 此方案采用单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可用数码管显示水温的实际值，能用键盘输入设定值，并可实现打印功能。本方案可选用SPCE061A单片机（内部含有KB的EEPROM），不需要外扩展存储器可使系统整体结构更为简单。 方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也比较麻烦，而方案三是采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可方便实现数码显示、打印、键盘设定、报警系统所测结果精度大大提高，故经过对三种方案的比较论证，本设计采用方案三，利用单片机安一定的控制算法对采集的温度数据进行处理，得到控制量，以次控制电炉的功率，从而实现对水温的控制。 1.2 关键部分设计 该系统设计的关键部分是核心部件单片机控制算法和测温部分及功率驱动器件，需要首先确定，这些确定好了，整个控制系统才能达到所预先估计的效果。 1.2.1 驱动控制部分 本系统是以单片机为控制核心的控制系统，因此单片机的选择尤其重要，根据系统需求，我们设计了两种方案。 方案一 此方案采用89C51单片机实现， MCS-51系列单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，89C51本电路中因为有温度数据采样，所以就需外接模数转换器来满足数据采样，这就要求针对系统的需求，选择合适的A/D器件，还要根据所选的A/D器件设计外围电路与单片机的接口电路和编写控制A/D器件进行数据采集的单片机程序，这些大大加大了工作量。若要增加语音播报功能，还需要外接语音芯片及接口，加繁了外围电路设备，实现比较复杂。此外51单片机内部无在线仿真、编程接口，因此就需要用仿真器来实现软硬件调试，