智能化水温控制系统设计论文

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1、智能化水温控制系统设计毕业论文目录摘要2绪论5一、总体设计61.1 电路实现的功能及特点61.2 原理方框图及说明61.3总体方案论证8二、硬件设计92.1电源模块92.2主机控制部分论证92.3温度采集模块论证102.4后向温度控制模块论证102.5键盘显示模块论证10三、软件设计123.1主程序设计123.2温度设定、传送和显示子程序233.3PWM电压输出子程序263.4PID计算子程序29四、设计总结37参考文献3834致谢39附录40绪论自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速

2、，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于

3、较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。现在，我国在温度等控制仪表业与国外还有着一定的差距。随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。本文主要介绍单片机温度控制系统的设计过程，其中涉及系统结构设计、元器件的选取、程序的调试和系统参数的整定。在系统构建时选取了AT89c51芯片作为该控制系统的核心，温度信号由新型的可编程温度传感器（DS1

4、8B20）提供。通过软件实现对水温的控制，使用继电器作执行部件。水温可以在一定范围内由人工设定，并能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,具有较好的快速性与较小的超调。该系统为一实验系统，要求系统有控制能力，实现对主要可变参数的实时监控。使用软件编程既减少了系统设计的工作量，又提高了系统开发的速度，使用软件还可以提高所设计系统的稳定性，避免了因个人设计经验不足而产生过多的系统缺陷。34一、总体设计1.1 电路实现的功能及特点一个水温控制系统，对象为一升净水，加热器为1KW的电炉。设计拟达到的主要要求：1）水温由人工设定，范围：40—90℃，最小区分度为1℃，并

5、能在环境温度变化时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变；2）控制精度：温度控制的静态误差小于1℃；3）用十进制数码显示实际水温；4）能打印实测水温值。该系统的特点是采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。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。具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备，再打印输出。1.2 原理方框图及说明采用AT89C51单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，打印接口电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将温度传感器检测到的水温模

6、拟量转换成数字量，显示于数码管上。与上位机进行通信，打印实测水温。原理方框图如图1-1所示温度传感器AD590感器A/D转换电路AT89C51控制系统键盘数码管显示电路功率放大电路开关控制电路过零检测电路电炉PC机(打印输出)RS232电平转换图1-1水温控制原理方框图34长沙师范学校2012届毕业论文1.3总体方案论证依据课题要求,提出三种方案（1）方案一此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不回热。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码显示，不能用键盘设定。（2）方案二此方案是传统的二位式模拟

7、控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且仍不能用数码显示和键盘设定（3）方案三此方案采用89C51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制看法和逻辑控制。可实现数码显示和键盘设定等多种功能，系统电路框图如图2-1所示：数据采集键盘设定电源电路89C51单片机串行接口控制电路数码显示图2-1系统电路框图方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系