水温自动控制论文

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1、2010年黑龙江省大学生电子设计大赛设计题目：水温控制系统摘要2010年C题水温控制系统:本文介绍了基于STC89C52单片机的自动水温控制系统的设计及实现过程。该系统具有实时显示、温度测量、温度设泄并能根据设泄值对环境温度进行调节实现控温的Fl的并且自动记录时间。关键词:STC89C52实时控温时间一、设计任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水。水温可以在一定范围内设定，并能实现在10°C—70°C量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。（1）nJ*键盘设定控制温度值

2、，并能用液晶显示，显示最小区分度为0」°C；（2）可以测量并显示水的实际温度。温度测量误差在±0.5°C内；（3）水温控制系统应具有全量程（10°C—70°C）内的升温、降温功能（降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器）；（4）在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度±15°C内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最人动态误差＜±4°C,静态误差＜±10C,系统达到稳态的时间＜15min（最少两个波动周期）。（5）当设定温度突变（温度变化±20°C）时，控制的最大动态误差＜±2

3、°C,系统达到稳态的时间＜8min（最少两个波动周期）；（7）温度控制的静态误差三±0.2°C（在最小稳态时间内）二、方案的论证对题冃进行深入的分析和思考，可将整个系统分为以下儿个部分：测温电路、控制电路、加热装置和制冷装置。2.1控制电路的方案选择方案一:采用运放等模拟电路搭建一个控制器，用模拟方式实现PTD控制,对于纯粹的水温控制，这是足够的。但是附加显示、温度设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样，使用逻辑电路也可实现控制功能，但总体的电路设计和制作比较烦琐。方案二采用FPGA实现控制功能。使用

4、FPGA时，电路设计比较简单，通过相应的编程设计，可以很容易地实现控制和显示、键盘等功能，是一种可选的方案。但与单片机相比，价格较高，显然大材小用。方案三：采用单片机最小系统同时完成控制、显示、键盘等功能，电路设计和制作比较简单，成本也低，是一种非常好的方案。综上所述本设计采用方案三作为控制电路。2.2测温电路方案的选择方案一：采用热敏电阻作为测温元件。热敏电阻精度高，需要配合电桥使用，要实现精度测量需要配上精密较高的电阻。此外还需耍制作相应的调理电路。方案二：采用半导体集成温度传感器作为测温元件，半导体集

5、成温度传感器应用也很广泛，它的精度、可靠性都不错，价格也适中，使用比较简单，是一个较好的选择。综上所述本设计采用方案二作为测温电路。2.3加热控制方案的论证首先要选择好加热装置。根据题日，可以采用热得快进行加热，控制热的快加热时间以达到设定的温度。由于热的快的余温较大，因此设定在与设定温度相差一度时停止加热。具体方案如下。方案一：在与设定温度相差三度时关闭热得快，但多次试验后发现由于所要设定的温度不同误差较大。方案二：在与设定温度相差一度时关闭热得快，因为在超过所设定温度时启动制冷片进行调节，温度误差较小，

6、精度较高。综上所述本设计采用方案二。2.4制冷控制方案的论证方案一：采用通常冰箱所采用的制冷装置压缩机，但由于体积太大成木较高，控制起来较复杂并且一般的氟利昂压缩机对环境有污染，不适合小型电路的制作。方案二：采用风扇进行制冷，但是风扇的相对制冷效果非常低，达不到题日所要求的时间限制并月•功率大的风扇体积较大。方案三：采用半导体制冷片进行制冷，半导体制冷片体积很小，相对效率较高，容易控制，对于制作小型电路非常适合，由于制冷片制冷时需要散热，采用风扇进行散热时效果不明显严重影响了制冷片的工作，因此采用水冷进行散

7、热。三、电路设计与计算2.1单元电路的设计3.1.1温度采集电路：一种电路是采用单线数字温度传感器18B20,可直接输出数字量，单线器件和单片机的接口只需根信号线，所以木设计的硬件电路十分简单，容易实现。使用读取温度暂存寄存器的方法能达到0.1°C以上的精度。18B20连接电路图如图1所示。/3c另一种测温电路采用AD590集成温度传感器,AD590将温度转化为电流信号,但由于AD转换大都需要电压信号，因此还需要通过相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号。AD590测温电路如图2所示。.VD>8I川§A5

8、IVD2dO由于这个电路输出的是电压信号，不能直接被单片机利用，因此需经过一个A/D转换器，将电压信号转换为数字量。A/D转换器有很多类型，需要根据精度和转换速度來进行选择。本设计可采用最常用的A/D芯片之一AD0809的应用电路。也可直接选用带有A/D的单片机，这样可以省去A/D屯路的制作，简化了电路，提高了可靠性。带A/D的单片机有很多型号，如常用的PIC16C711内含有4路8位A/D,C8051F020内