温度控制设计要求及程序

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1、一、设计功能及要求＞功能设计制作一个水温控制系统，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，以保持设定温度基本不变。指标要求■环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差＜rco•温度设定范围为40〜90°c,最小区分度为1°C,标定温度＜loCo■用十进制数码管显示水的实际温度。丫发挥部分■采用适当的控制方法，当设定温度突变（rtl40°C提高60°C）时，减小系统调节时间和超调量。•温度控制的静态误差＜0.2°co■在设定温度发

2、生突变（由40°C提高到60°C）时，自动打印水温随时间变化的曲线。二、摘要本系统采用凌阳十六位单片机SPCE061A实现温度控制，温度信号由PT1000和电压放大电路提供。通过PID算法实现对电炉温度和水温控制。同吋，具有温度数字语咅播报和显不0（一）方案设计与论证测量部分：采用温度传感器钳电阻PtlOOOoPtlOOO精度和重复性较好，且电路设计方便。驱动部分：采用SPCE061A单片机实现，此单片机内置8路ADC,2路DAC,且集成开发环境中，配有很多语音播放函数，用SPCE061A实现语音

3、播放极为方便。另外，比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发（二）系统硬件电路设计（1）硬件电路结构（2）继电器部分电路CONTROLRELAYK1V8CQ8I0A4/XNPN8050（3）测温部分电路RELAYSPDTPtlOOO部分电路CHECK_TEMPERATUREVCC5V100kR5zx

4、A14IOA15R-PACK4U10IOBOIOB1IOB2coJQ1孑匕80502+QQ寸I/MOO+dcl+0goo+LL+山.QQ+8&乏。0+<•Soo（三）、LED数码管介绍>电路分析:此处使用的电阻起限流和稳流作用。晶体管用來做电流开关，总体來说电阻和晶体管都是用来调整LED数码管亮度的。另外考虑到软件驱动显示的方便性，因此选择的端口为IOBO至l0B9o>数码管简单介绍:/用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码

5、之分。静态显示数据稳定，使用的硬件较多；/动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU吋间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。/（5）按键部分电路KEY_1_3IOAOIOA1IOA2(6)语音播放部分电路DAC三、系统软件设计1、温度设置状态在温度设置状态下，加热炉停止工作，LED随按键次数而变化显示。按确认键后，

6、进入温度设置确定状态。温度确定状态在此状态下，如果按确认键，回到温度设置状态。(1)、水温高于设定温度加热炉停止加热，ADC定时采样，并送LED显示。当温度为整数值时，语音播报。当温度与设定温度差距为2摄氏度时，启动PID控制，进行微调。使温度稳定在设定温度。2.水温低于或等于设定温度加热炉开始加热，ADC定吋采样，当温度低于设定温度2摄氏度吋，启动PID控制，进行微调。使温度稳定在设定温度。四、PID算法介绍1＞直接计算法就是当前需要的控制量公式：Pout=Kp*e(t)+Ki*Le(t)+Kd

7、(e(t)-e(t-l));2、增量计算法就是得到的结果是增量，也就是说在上一次的控制量的基础上需要增加的控制量。公式：Pout(t-l)=Kp*(e(t)一e(t-l)+Kie(t)+Kd(e(t)-2*e(t-l)+e(t-2));根据工程经验值，对温度过程的采样周期一般为5-20S,考虑到lkW电炉对1L水的加温可能较快，采样周期暂定为5s,在根据实际情况作调整。＞基本偏差:e(t)表示当前测量值与设定目标之差，设定目标是被减数，结果可以是正或负，正数表示还没有达到，负数表示已经超过了设定值

8、。这是面向比例项用的变动数据。＞累计偏差：Ee(t)=e(t)+e(t-l)+e(t-2)+.......+e⑴，这是我们每一次测量到的偏差值的总和，这是代数和，考虑到正负符号的运算，这是面向积分项用的变动数据。＞基本偏差的相对偏差：e(t)-e(t-l),用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差，用于考察当前控制的对彖的趋势，作为快速反应的重要依据，这是面向微分项的一个变动数据。＞比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用