毕业论文：基于单片机水温控制系统.doc

基于单片机水温控制系统 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。本设计以保质、节能、安全和方便为基准设计了一套电热壶水温控制系统，能实现在40~90℃范围内设定控制温度，且95时高温报警，十进制数码管显示温度，在PC机上显示温度曲线等功能，并具有较快响应与较小的超调。整个系统核心为SPCE061A，前向通道包括传感器及信号放大电路，按键输入电路；后向通道包括三部分：LED显示电路，上位机通信电路以及控制加热器的继电器驱动电路。利用SPCE061A的8路10位精度的A/D转换器，完成对水温的实时采样与模数转换，通过数字滤波消除系统干扰，并对温度值进行PID运算处理，以调节加热功率大小。同时在下位机上通过数码管显示当前温度，通过USB接口传送信息至上位机，可以直接在PC端观察温度的变化曲线，并根据需要进行相应的数据分析和处理，由此完成对水温的采样和控制。通过验证取得了较满意的结果。关键词1 引 言 1 1.1水温控制系统概述 1 1.2本设计任务和主要内容 2 2 基于单片机水温控制系统设计过程 2 2.1水温控制系统总体框图 2 2.2总体方案论证 3 2.3 各部分电路方案论证 4 2.4键盘及数字显示结合 5 2.5温度设定和传送电路 6 3 硬件电路设计与计算 6 3.1 温度采样和转换电路 6 3.2 温度控制电路 8 3.3 单片机控制部分 9 3.4 键盘及数字显示部分 9 参考文献 9 水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。 本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然后在模型参考自适应算法 MRAC基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统 PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。 1.1水温控制系统概述 温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。 在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度（起码是在满足我们要求的范围内），帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。 在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。而当今，随着电 子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的 精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。用高新技术来解决工业生产问题， 排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务，以此来加强工业化建设，提高人民的生活水平。 1.2本设计任务和主要内容 1.基本要求 一升水由1kW的电炉加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。 2.主要性能指标 ① 温度设定范围：，最小区分度为。 ② 控制精度：温度控制的静态误差。 ③ 用十进制数码显示实际水温。 3.扩展功能 ① 具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。 ② 采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。 ③ 温度控制的静态