水温控制系统设计与报告总结.docx

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1、水温控制系统摘要：本系统以MSP430F149超低功耗MCU为核心,以DS18B20为温度传感器进行温度检测，采用电热棒进行加热。该控制系统可根据设定的温度，通过PID算法调节和控制PWM波的输出，控制电磁继电器的通断时间从而控制水温的自动调节。该系统主要包括MSP430F149单片机控制器模块、DS18B20测温模块、键盘模块、继电器控制模块及LCD12864液晶显示模块等构成。具有电路结构简单、程序简短、系统可靠性高、操作简便等特点。关键词：MSP430DS18B20PID算法PWMLCD12864目录一、任务及要求11.

2、1设计任务11.2要求11.2.1基本要求11.2.2发挥部分1二、方案设计与论证22.1温度检测电路方案选择22.2显示电路的方案选择22.3加热和控制方案选择22.4控制算法选择与论证3三、系统硬件电路设计33.1系统结构框图33.2控制器模块33.3温度检测电路设计43.4加热控制电路设计53.5键盘及显示电路设计53.6电源电路设计6四、软件设计64.1PID算法设计64.2程序流程图84.2.1主程序框图84.2.2LCD12864程序流程图94.2.3PID程序流程图104.2.4DS18B20水温检测程序流程图1

3、1五、系统测试及分析125.1系统调试125.1.1控制模块的调试125.1.2温度检测模块125.1.3继电器的检测125.2测试结果及分析125.2.1测试仪器125.2.2测试方法135.2.3测试结果13六、设计总结14七、附录15附录1仪表器件清单15附录2水温控制系统原理图16附录3程序设计17一、任务及要求1.1设计任务该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算输出控制加热装置以实现水温控制的全过程。本设计的任务与要求为计并制作一个水温控制系统，控制对象为1L净

4、水，容器为水杯。水温可以在一定范围内可人工设定，并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。1.2要求1.2.1基本要求(1)温度设定范围：40~90℃，最小区分度为1℃。(2)环境温度降低时，控制精度：温度控制的静态误差≤1℃。(3)用LCD12864显示实际水温及设定的水温。1.2.2发挥部分(1)采用适当控制方法，当设定温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。(2)温度控制的静态误差≤0.2℃。(3)能自动显示水温随时间变化的曲线。17二、方案设计与论证2.1温度检测电路方案选择方案一：使用热敏电阻。通过阻

5、值的变化来获得电压的变化，再做相应的转换得到温度值，虽然价格便宜但精度不高。对于精度要求高的系统不宜采用。方案二：使用线性NTC温度传感器。它是一种线性温度—电压转换电路。在通过工作电路（100uA）的条件下，元件电压值随温度呈线性变化。测温范围在-200℃~+200℃之间。这个温度值同样需要做相应转换，所以不方便。方案三：使用DS18B20温度传感器。内含AD转换器，且线路连接十分方便，无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，它能够达到0.5℃的固有分辨率，使用读取温度暂存器的方法还能达到0.2℃

6、以上的精度，应用方便，这样的电路主要工作量集中到单片机软件编程上。方案论证与选择：选择方案三，采用DS18B20温度传感器。2.2显示电路的方案选择方案一：使用数码管显示。通过数码管显示实际水温和设定温度。该方案程序简单，但硬件占用单片机I/O口较多，而且只能显示数字和少数几个字母，不能显示汉子提示功能，只能显示一行。方案二：使用LCD1602。LCD1602可显示温度及测量温度，但显示时1602只能显示两行，且只能显示字符和数字，不能显示汉字及曲线。方案二：使用LCD12864。LCD12864可显示字母，数字及汉字，且一次

7、可以显示4行，显示直观，通过字幕模式、温度、曲线。该方案程序较复杂，但显示图形代码较简单且观察清晰，显示更加明白。方案论证与选择：选择方案三，采用LCD12864。2.3加热和控制方案选择方案一：使用电热炉进行加热。通过控制电炉的功率即可控制加热速度，当水温过高时，关掉电炉即可，但使用电炉成本高，且精度不易控制。方案二：使用可控硅控制加热器的工作。可控硅是一种半控器件，通过控制导通角的方式来控制，对每个周期的交流电进行控制，因为导通角连续可调，故控制精度高，但控制不当易造成电磁干扰需加相应防护措施，且费用较高。方案三：使用固态

8、继电器。通过控制继电器通断来控制加热器工作，固态继17电器使用非常简单，而且无触点，无需外加光耦，自身可实现电气隔离，还可频繁动作。该方案实行较简单且价格便宜。方案论证与选择：选择方案三，采用固态继电器。2.4控制算法选择与论证方案一：通过软件来调节占空比。根据实时水温值来调