多功能水温控制系统——硬件设计

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1、多功能水温控制系统——硬件设计多功能水温控制系统——硬件设计文摘本文主要介绍了利用单片机实现温度控制系统的设计过程，在系统构建时选取了凌阳科技公司提供的一新款产品SPCE061A芯片作为该控制系统的核心。由PT1000和电压放大电路提供温度信号,通过PID算法实现对电炉功率和水温控制，使用SSR固态继电器作执行部件，使系统静态误差降低到最小。本次设计还充分利用了SPCE061A单片成熟的语音处理技术(具有较高的处理速度,能够快速地处理较复杂的数字信号)和PC机的图形处理功能，来实现了语音播报温度和打印温度变化曲线的要求。全文的内容主要包括：水温控制

2、系统的方案设计与论证，系统整体电路、部分电路的设计，以及SPCE061A单片机的特点、性能、结构、开发、应用、语音处理技术，继电器的介绍及串行通信简介等。关键词SPCE061A单片机； Pt1000；SSR本课题为第三届全国大学生电子竞赛题。该课题要求设计一个水温控制系统，对象为1升净水，加热器为1千瓦电热炉。要求能在40摄氏度至90摄氏度范围内设定控制水温，静态控制精度为0.2摄氏度。并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛

3、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，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，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

4、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，即是说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备。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。尽管温度控制很重要，但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难。由于温度控制具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。本文以对象为1升净水，容器为搪瓷器皿的温度控制系统的设计过程为主，介绍了利用单片机实现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控制算法的选择、和整体电路的设计以

5、及部分电路的设计。在系统构建时选取了凌阳科技公司提供的一新款产品SPCE061A芯片作为该控制系统的核心，温度信号由PT1000和电压放大电路提供，通过PID算法实现对电炉功率和水温控制，使用SSR固态继电器作执行部件。系统设计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；３５多功能水温控制系统——硬件设计能在40摄氏度至90摄氏度范围内设定控制水温，静态控制精度为0.2摄氏度；具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印等功能。本文充分利用了SPCE061A单片成熟的语音处理技术(

6、具有较高的处理速度,能够快速地处理较复杂的数字信号)和PC机的图形处理功能，来实现了语音播报温度和打印温度变化曲线的要求。1方案设计与论证分析题目本文要求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。静态控制精度为0.2摄氏度。并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。题目对控制温度要求较高，对调节时间和超调量也有要求，因而必须要用释放的控制算法，另外，还需要显示水温和打印水温变化曲线等。1.1总体方

7、案设计经过题目的分析，根据题目要求，现提出以下三种设计方案。方案一（框图如图1）图1一位式模拟控制方案框图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，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所地结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，难以用数码管显示，难以用键盘设定。方案2（框图如图2）此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现

8、复杂的控制算法使精度做得较高，而且仍难以用数码管显示与键盘设定。３５多功能水温控制系统——硬件设计图2二位式模拟控制方案框