水温控制系统的设计

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1、6.3水温控制系统的设计为了帮助学生理解和掌握各类不同电子设计方法，除了在本书相应章节中给出了模拟电路、数字电路一些完整或局部的设计外，还专门安排了本章，把数字电路和模拟电路及单片机综合、综合在一起的系统电路的设计。读者在阅读这些例子时应将重点放在学习别人是如何拟定系统的总体方案的。要学习别人如何根据原始数据要求拟定出几种不同的系统总体方案，并对这些方案进行比较，确定方案的优劣。而具体电路的设计，由于元器件的选择水技术的发展变化很大，过去曾经是先进的电路或器件今天可能落后了。因此提倡读者结合实际情况自行考虑更好的方案。一．设计任务1．任务

2、设计制作一个水温自动控制系统，控制对象为1L净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设置，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．要求1）温度设定范围为40℃~90℃，最小区分度1℃，标定温差1℃。2）环境温度降低时（例如电风扇降温）温度控制的静态误差1℃。3）用十进制数码显示实际温度。二．设计方案及框图根据任务和测量控制对象，可以提出不同的设计方案。1．方案一可以用一种纯硬件闭环控制系统。该系统优点在于速度较快，但可靠性差，控制精度低，灵活性小，线路复杂，调试安装都不方便，且以后实现扩展功能困难。2．方案

3、二可以采用以8051单片机为核心进行整个系统的管理、协调。该方案有隔离、A/D转换、测量和控制等部分。比第一种方案有设计灵活、精度高等特点。但其数据采集部分用的是逐次逼近式A/D转换器或双积分A/D转换器。该系统在线路设计上数据线多，不容易实现数模隔离，且成本高。3．方案三该方案汇集了方案一、方案二的优点，设计框图如图6-3-1所示此方案与方案相比，主要在A/D转换线路及降温措施上进行了大的改进。考虑到强电控制、弱电测量、模数干扰等问题，为此采用V/F转换器件作为A/D转换。该设计方案有以下优点：1）V/F转换器先行度高，精度高2）由于V

4、/F本身是积分模式，所以抗干扰性（特别是抗共模干扰）好3）由于V/F转换输出是脉冲，易实现光电隔离4）接口方便，成本很低，具有强电隔离，升温降温控制、显示等，该方案可靠、实用。唯一不足之处是采集速度慢，但足够满足要求。一．实现方法为了提高设计效率，减少简单的底层设计时的重复连线、调试等过程，所以在具体实施过程中可采用现成的综合设计实验系统箱来完成。该综合设计实验系统箱涵盖了单片机、数字逻辑可编程器件、模拟可编程器件A/D、D/A转换等器件的EDA实验平台，并使其具有适合教学实验用途等特点。系统框图如图6-3-2图中单片机和FPGA是整个系

5、统的核心，系统的控制和数据处理工作主要由这两部分完成，系统的外围电路包括：键盘、LGD数码管、A/D、D/A、模拟可编程电路、时钟源，以及扩展接口。所以本课题若采用该系统的模块化设计思路，再适当配以外围温度传感电路，就非常简练、清晰，且易于操作。若要进行扩展也轻而易举。例如，1）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃时），自动打印水温随时间变化的曲线。2）增加语音报温电路等。二．提示：1．加热器用1KW电炉2．测量水温时只要求在容器内任意设置一个测量点1．强电控制、常采用光电隔离。