水温自动控制系统.doc

PAGE １ 嵌入式系统设计性实验报告 水温控制系统 系 别： 自动化工程系 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 日 期： 2011年06月10日 嵌入式系统设计性实验报告 作者： 班级： 学号 摘要：该实验设计基于飞思卡尔MC9S12DG128开发板平台，根据实验任务要求，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法，通过温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以及RS—232接口等电路模块实现并完成了水温自动控制系统的设计，实现了对温度的测量，达到了水温测量和控制的精度要求，并能根据设定值对温度进行调节，实现了控温的目的。 关键字： MC9S12DG128；温度控制；PID；RS—232 前言： 该实验任务是设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。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控制，以保持设定的温度基本不变，具有较好的快速性与较小的超调。本文主要介绍基于飞思卡尔MC9S12DG128开发平板的温度控制系统的设计过程，其中涉及系统结构设计、元器件的选取和控制算法的选择、程序的调试和系统参数的整定。 正文： 一、水温控制系统设计任务和要求 该系统为一实验系统。 1系统设计的任务： 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。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控制，以保持设定的温度基本不变。 2系统设计的具体要求： （1）温度设定范围为 40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用十进制数码管显示水的实际温度保留一位小数。 （4）采用适当的控制方法（如数字PID），当设定温度突变（由 40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （5）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （6）从串口输出水温随时间变化的数值。 二、水温控制系统部分 水温控制系统是一个过程控制系统，组成框图如下图1所示，由控制器、执行器、被控对象其反馈作用的测量变送组成。 控制器 控制器 SSR执行器 被控对象 测量变送 给定值 输入 输出 图1 控制系统框图 除了以上的组成元件以外，还要选择合适的算法以实现所要求的控制精度，以下我会对关键的元件以及电路的确定进行详细的分析。因为它们选取的好坏将直接影响着整个系统实现效果的优劣。 图2 水温检测电路 整个电路通过温度检测系统对温度信息进行检测、提取，送至处理系统，进行与预设温度的比较，然后将比较结果送至电路的控制系统，控制系统对结果做出反应，或加热或停止加热，以此来达到将水温控制的目的。本电路中应用温度传感器将温度信息转换为数字电信号，再由单片机换算处理后，并与预设定的温度值相比较，然后将结果转化为高低电平并送至继电器控制部分以达到控制电路的目的，同时单片机将温度信息送至液晶屏，使其实时显示水温。重点在于水温的检测，因为它决定了电路是否可以准确的达到自动控制作用。 水温控制系统是实现可测温和控温的电路，就要先采集水温信息，这通常由温度传感器完成，使温度信号转换成电流或者电信号，信号经放大和刻度标定后由单片机进行处理和分析，从而决定是否使电路停止工作或继续，指令发出后再由执行部分执行，这样就实现了对温度的控制。 系统设计的功能 搪瓷器皿固态继电器MC9S12DG128飞思卡尔单片机加热装置PWM模块数码管显示 搪瓷器皿 固态继电器 MC9S12DG128 飞思卡尔单片机 加热装置 PWM模块 数码管 显示 小灯加热 小灯加热 热电偶测温A/D转换 热电偶测温 A/D转换 计算机RS232转换SCI通信4*4按键 计算机 RS232转换 SCI通信 4*4按键 图3 系统功能总体框图 本系统是一个简单的单回路控制系统。为了实现温度的自动测量和控制，根据系统总体方案，系统由单片机（MC9S12DG128）基本系统、前向通道、后向通道和人机对话通道等4个主要的功能模块组成。 四、硬件设计原理及内容（系统硬件原理图见附录） 1 4*4键盘设置电路 4*4键盘与MCU接线如上图所示，将列线x1~x4分别接PP4~PP7，编程时将其定义为输入并有内部上拉电阻；行线y1~y4分别接PP0~PP3，编程时将其定义为输入。 2 数码管显示 下图为4个