水温控制系统毕业论文

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1、水温控制系统摘要本系统以TI公司生产的MSP430F149单片机为核心控制元件，运用BT137双向可控硅及光耦组成的电路，对热得快的加热水温进行控制，通过键盘的输入实现不同温度的设定，用LCD液晶显示器显示设定的温度及实测的温度，实测温度通过ACD采样和热电偶实现。自制打印机，用两个步进电机分别控制温度的变化和时间的变化，自动打印温度随时间变化的曲线。关键词：MSP430F单片机BT137双向可控硅K型热电偶打印水温变化曲线一、任务与要求1.任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制1L净水，容器为搪瓷容器。水温可以在一定范围内由人工设定，并

2、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。2.要求2.1基本要求(1)温度设定范围40℃~90℃，最小区分度为1℃，标定温度小于等于1℃。(2)环境温度降低时（如用电风扇降温）温度控制的静态误差小于等于1℃。(3)用十进制数码管显示水的实际温度。2.2发挥部分(1)采用适当的控制方法，当设定温度突变(由40℃提高到60℃)时，减少系统调节时间和超调量。(2)温度控制的静态误差小于等于0.2℃。(3)在设定温度发生突变(由40℃提高到60℃)时，自动打印水温随时间变化的曲线。二、方案设计与论证根据题目的要求，系统的设计可分为七

3、部分，分别为控制器最小系统、水温控制模块、水温测量模块、电机驱动打印曲线模块、键盘输入模块与LCD液晶显示模块、电源模块。以下图1为系统设计的总框架图：图1系统设计总框架图1.水温控制模块方案一：使用继电器控制加热器的工作。继电器采用的是机械动作，存在触点，因此吸合频率不能很高，且不能频繁动作。在控温精度要求比较高、系统惯性不是特别大地情况下，不宜采用继电器。方案二：采用双向可控硅BT137及光耦组成的电路，对热得快加热的水温进行控制。它以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音

4、；效率高，成本低等等。2.水温测量模块方案一：采用可编程温度传感器DS18B20进行温度测量。其测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增。但如果采用此方案，发挥部分第二个要求“温度控制的静态误差小于等于0.2℃”则不可实现了。方案二：采用热敏电阻，通过有源电桥法的输入转换电路来测量水温。由于输出电压V(T)与温度T间不成线性关系式，不便于测量，且误差比较大，故不用此方案。方案三：采用热电偶，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，输出电压V(T)与温度T间成线性关系式，装配简单，更换方便，测量范围大（－200℃～1300℃,特殊情

5、况下－270℃～2800℃，耐高温可达2800度。所以本实验用这种方法实现。3.电源模块方案一：整个系统采用同一个电源供电。电路连接比较简单，但由于电动机的启动时需要的瞬间电流较大，则给定脉冲驱动信号的电流波动也较大，对系统的稳定性会造成很大的干扰，故不用此方案。方案二：采用不同的电源供电。将强电加热热得快的交流电（220V）与几个控制模块的电源（直流电）完全分开(其中交流电零线用0欧电阻与保险管和直流电的地相连)。控制系统采用自制电源供电，其中电机驱动电源（9V）、小模块供电电源（5V）和单片机的供电电源（3.3V）。则可避免各种电气之间

6、的干扰，提高了系统的稳定性。一、硬件设计1.水温控制模块采用双向可控硅BT137来控制热得快加热水温。为了避免外界电气信号的干扰，在单片机与双向可控硅2P4M连接之间中采用了TLP521-2光电耦合芯片，通过光信号的传递来实现输入与输出间的电隔离功能，更好地保护了电路。图2水温控制电路2.水温测量模块本系统采用K型热电偶对水的温度进行测量，输出电压V(T)与温度T间为线性关系。电路图如下。INA118为精密仪表放大器，精度高、功耗低，适合对各种微小信号进行放大；两个100K电阻和两个1uF电容构成二阶有源滤波。图3水温测量电路1.电机驱动模

7、块要打印水温随时间变化的曲线，采用两个步进电动机分别控制水温的变化和时间的变化。其中采用TA8435H芯片来驱动步进电机。步进电机的工作原理是：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，让控制时间变化的电机匀速转动，其次，对于控制水温的电机，单片机根据控制要求输出不同的脉冲数，并通过TA8435驱动芯片控制步进电机的正反转，便可实现打印水温随时间变化的曲线。为了避免外界电气信号的干扰，在单片机与驱动芯片信号连接之间中采用了TLP521-4光电耦合芯片，通过光信号的传递来实现输入与输出间的电隔离功能

8、，可以更好的保护电路。图4电机驱动电路一、软件程序实现1.总程序流程图如右图5所示，为系统总程序流程图2.水温检测及控制算法水温控制部分，由单片机根据要求控制双向可控硅BT137