基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)

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1、基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)摘要：隨著微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平。本設(shè)計(jì)以保質(zhì)、節(jié)能、安全和方便為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)了一套電熱壺水溫控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)在40℃~90℃范圍內(nèi)設(shè)定控制溫度，且95℃時(shí)高溫報(bào)警，十進(jìn)制數(shù)碼管顯示溫度，在PC機(jī)上顯示溫度曲線等功能，并具有較快響應(yīng)與較小的超調(diào)。整個(gè)系統(tǒng)核心為SPCE061A，前向通道包括傳感器及信號(hào)放大電路，按鍵輸入電路；后向通道包括三部分：LED顯示電路，上位機(jī)通信電路以及控制加熱器的繼電器驅(qū)動(dòng)電路

2、。利用SPCE061A的8路10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)采樣與模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字濾波消除系統(tǒng)干擾，并對(duì)溫度值進(jìn)行PID運(yùn)算處理，以調(diào)節(jié)加熱功率大小。同時(shí)在下位機(jī)上通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度，通過USB接口傳送信息至上位機(jī)，可以直接在PC端觀察溫度的變化曲線，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和處理，由此完成對(duì)水溫的采樣和控制。通過驗(yàn)證取得了較滿意的結(jié)果。關(guān)鍵詞：碼分多址、walsh擴(kuò)頻、pn擴(kuò)頻、電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、仿真目錄1引言11.1水溫控制系統(tǒng)概述11.2本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容22基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程22.1

3、水溫控制系統(tǒng)總體框圖22.2總體方案論證32.3各部分電路方案論證42.4鍵盤及數(shù)字顯示結(jié)合52.5溫度設(shè)定和傳送電路63硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算63.1溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路63.2溫度控制電路83.3單片機(jī)控制部分93.4鍵盤及數(shù)字顯示部分9參考文獻(xiàn)9水溫控制在工業(yè)及日常生活中應(yīng)用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見。單片機(jī)控制部分采用AT89C51單片機(jī)為核心，采用軟件編程，實(shí)現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來實(shí)現(xiàn)溫度控制。然而,單純的PID算法無法適應(yīng)不同的溫度環(huán)

4、境,在某個(gè)特定場(chǎng)合運(yùn)行性能非常良好的溫度控制器,到了新環(huán)境往往無法很好勝任,甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定,需要重新改變PID調(diào)節(jié)參數(shù)值以取得佳性能。本文首先用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來實(shí)現(xiàn)溫度控制。然后在模型參考自適應(yīng)算法MRAC基礎(chǔ)上,用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)控制,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)PID控制結(jié)構(gòu)在特定場(chǎng)合下性能下降的不足,設(shè)計(jì)了一套實(shí)用的溫度測(cè)控系統(tǒng),使它在不同時(shí)間常數(shù)下均可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。此外還有效減少了輸出繼電器的開關(guān)次數(shù),適用于環(huán)境參數(shù)經(jīng)常變化的小型水溫控制系統(tǒng)。1.1水溫控制系統(tǒng)概述溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)

5、過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。特別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對(duì)水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來。在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)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(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對(duì)加熱爐爐溫進(jìn)行測(cè)、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(jì)的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時(shí)采集多個(gè)數(shù)據(jù)，并將

6、數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制。那么無論是哪種控制，我們都希望水溫控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問題。在計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。用高新技術(shù)來解決工業(yè)生產(chǎn)問題，排除生活用水問題實(shí)施對(duì)水溫的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)，

7、提高人民的生活水平。1.2本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容1.基本要求一升水由1kW的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。2.主要性能指標(biāo)①溫度設(shè)定范圍：，最小區(qū)分度為。②控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差。③用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際水溫。3.擴(kuò)展功能①具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。②采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。③溫度控制的靜態(tài)誤差。2基于單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程2.1水溫控制系統(tǒng)總體框

8、圖傳感器電爐信號(hào)放大功率放大A/D鍵盤顯示鍵盤單片機(jī)基本系統(tǒng)微型打印機(jī)圖2-1單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖該水溫控制系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)、前向通道（溫度采樣轉(zhuǎn)換電路）、后向通道（溫度控制電路）、鍵盤顯示電路等四部分組成，其總體設(shè)計(jì)框圖如上圖所示。2.2總體方案論證