水温自动控制系统设计毕业论文

《水温自动控制系统设计毕业论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、水温自动控制系统设计毕业论文第1章引言1.1课题背景一些价格比较昂贵的观赏鱼，如蝴蝶鱼，银龙鱼等对于温度的要求比较苛刻。随着人们生活水平的提高，这些鱼类在我国的饲养开始兴盛，因此，对饲养环境温度进行恒温控制十分必要。现有的一些温度控制设备，如HAl68型的温度控制棒，结构比较简单，一般采取的是开关式的控制，即当测量温度低于设定温度时进行加热，其结果是饲养水域内温度不均，控温效果不理想。1.2国内外研究现状目前，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

2、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

3、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。1.3研究方法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、元器件的选取和控制算法的选择、程序的调试和系统参数的整定。以AT89S52为CPU，温度信号由Pt1000和电压放大电路提供。电压放大电路用超低温漂移高精度运算放大器OP07将温度-电压信号进行放大，用单片机控制SSR固态继电器的通断时间以控制水温，系统控制对象为1第37页共38页升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定

4、的温度基本不变，具有较好的快速性与较小的超调。第2章系统方案2.1水温控制系统设计任务和要求该系统为一实验系统，系统设计任务：设计一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。系统设计具体要求：温度设定范围为40～90℃；环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃；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；用十进制数码管显示水的实际温度。2.2水温控制系统部分水温控制系统是一

5、个过程控制系统，组成框图如图1所示，由控制器、执行器、被控对象其反馈作用的测量变送组成。控制系统框图除了以上的组成元件以外，还要选择合适的算法以实现所要求的控制精度，以下我会对关键的元件以及电路的确定进行详细的分析。因为它们选取的好坏将直接影响着整个系统实现效果的优劣。2.2.1CPU（ComputerprocessingUnit）中央处理器方案一：采用8031作为控制核心，以使用最为普遍的器件ADC0804第37页共38页作模数转换，控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案简易可行，器件的价格便宜，但8031内部没有程序存

6、储器，需要扩展，增加了电路的复杂性。方案二：此方案采用89S52单片机实现，此单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。进行数据转换，控制电路部分采用SSR固态继电器控制电炉丝的通断此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。将两个方案一比较便可得出一个结论，采用Atmel单片机来实现本题目，不管是从结构上，还是从工作量上都占有很大的优势，所以最后决定使用AT89S52作为该控制系统的核心。根据温度变化慢，并且控制精度不易掌握的特点，我们设计了以AT89S52单片机为检测控制中心的水箱温度自动控制系统，总体框图如图2

7、所示。控制器设计总体框图温度控制采用改进的PID数字控制算法，显示采用3位LED静态显示。该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高,有较强的通用性。2.2.2温度控制系统算法分析系统算法控制采用工业上常用的位置型PID数字控制，并且结合特定的系统加以算法的改进，形成了变速积分PID—积分分离PID第37页共38页控制相结合的自动识别的控制算法。该方法不仅大大减小了超调量，而且有效地克服了积分饱和的影响，使控制精度大大提高。长期以来国内外科技工作者对温度控制器进行了广泛深入的研究，产生了大批温度控制器，如性能成熟应用广泛的PID调节器、智能控

8、制PID调节器、自适应控制等。此处主要对一些控制器特性进行分析以便选择适合的控制方法应用于改造。常用的控制算法有以下几种：经典的比例积分微分控制算法；根据动态系统的优化理论得到的