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1、基于单片机的淋浴水温控制系统的设计摘要:本论文对实际情况进行数学建模,并根据分析和实验的结果设计了控制系统。利用工业控制的 8031 单片机搭建控制系统 ,系统的前向通道未用了成本低、休积小、线性电流传感器，为提高精度，传感器设计了 T 型滤波器以增加杭干扰能力，单片机应用未用 PID 葬法的撞制方式担制双向可控硅的导通、关断，调整功率，使之切断或接通加热器，从而控制水温稳定在预设定值上。系统后向通道采用干扰小、器件运行可靠的过零触发方式，省去了传统的D/A 接口电路，简化了硬件设备。在软件设计中，为提高精度我们采用了数字滤波方案以减少干扰信号的比重。根据温控的单回路 PID 数字调节器的硬件
2、设计，完成实时浏重(传感采样)、实时决策(PID 控制运算)和实时控制(调功)三部分功能，为防止超调量过大，对 PID 算法进行了适当改进，用单片机产生 PWM 波对电机进行控制,调节冷热水管的流量 ,最终达到控制输出水温的目的。目录引言 .11.设计任务 .21.1 基本要求 .31.2 发挥部分 .32 方案论证 .32.1 方案一 .32.2 方案二 .42.3 方案三 .43 方案设计 .53.1 系统工作原理 .53.2 主要电路设计 .63.3 软件设计 .94 性能指标测试: .115 结论 .12系统误差分析 .12参考文献 .13引言随着自动化技术的进一步发展,现在很多家庭都
3、希望能享受智能化服务的家居环境;人们生活无非衣食住行,对于居住,如果有智能化淋浴设施 ,更能为生活增色不少,智能化淋浴设施中关键的两项技术为:温度控制与流量控制 ,其中人们对于温度控制是希望在自己设定数值以后变化不大,仅仅在设定数值周围波动;而流量则直接按需要进行调节。1.设计任务设计制作一个淋浴水温控制系统，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。淋浴水温调节系统由温度传感装置、控制系统、显示装置、冷水流控制装置、热水流控制装置、总流量控制装置构成,如图 2-1 所示。其中流量与温度有一定的关系,系统
4、利用温度传感器测量水的温度,并将其结果传递到控制系统,将温度显示出来,并与所设置的温度进行对比,根据对比所得到的结果来控制冷热水的流量。图 2-1水温调节系统组成框图水温调节系统目标是控制出水管的温度和流量。对于流量的控制,是通过手动调节来实现的;而对于温度的控制,则是先通过控制面板手动调定好温度的数值 ,再通过闭环控制其真实水温围绕设定水温小范围波动。1.1 基本要求(1) 温度设定范围为 400CJ900C，最小区分度为 1 C，标定温差B 时，用 PD 控制当 eiB 时，用 PID 控制4 性能指标测试:1.测试条件 环境温度为 23 C2.测试仪器 MY-68 数字万用表SS 一 7
5、804 双通道示波器DA 一 16 晶体管毫伏表JM 一 222 数字温度计3.测量方法(1) 测温度:将温度计与传感器同时浸入搪瓷杯的水中，对电炉进行全功率加热，测试水温温度。单位( )(2) 恒温设定及调整 :用键盘设定一固定温度值，对 1 升水进行加热，恒温。单位()(3) 静态误差测试用键盘设定一固定温度值，对 1 升水加热，恒温，同时用电风煽降低周围环境温度，测试静态误差。单位()4.整机指标(1)前向通道部分传感器测温范围:一 5555数据采集周期: 10 次/秒采集精度:三位半 A/D 转换(相当于 11 位二进制数)(2)后向通道部分功率控制:最大电流 6A(3)键盘显示部分温
6、度设定:35 99 显示范围:099. 95 结论(1)该集成传动系统的优点是结构紧凑,制造工艺简便。(2)与有杆活塞式液压缸相比,采用无杆活塞缸使得相关部位由动密封转变为静密封,流体泄漏容易控制。(3)斜面-钢球-斜面-钢球三级增力机构的增力效果 ,显著高于同类的一级及二级增力机构12,设计夹具时应优先选用。(4)斜面-钢球-斜面-钢球三级增力机构的力传递效率相对较低。但由于理论增力系数很大,故仍能得到相对较大的实际增力系数。系统误差分析从整个电路原理框图来看，系统的主要误差来源于以下几个方面:1. A/D 变换器 MC14433 的量化误差。指标为(士 1LSB) 满度误差为: 2.由于系
7、统前向通道设计中，须加入一些必要的 T 型滤波网络，虽然采用对称网络，抑制传输中间的干扰，提高了系统误差与精度，但也给电路中引入一些非线性因素，使得温度传感器的线性度受到影响，从而引入了新的误差。3.在 PID 控制算法中，我们采用的是理想 PID 数字控制器，虽然其算法较实际 PID 更为简单，更易实现，但其控制品质较差，原因在于其微分作用仅局限于第一个采样周期有一个大幅度输出，一般执行机构无法在较短采样周期内跟踪较大的微分作用输出，须综合考虑多方面因素。4.由于实验所用测量工具(如温度计)本身精度以及所带来的视觉误差，加上温度变化惯性较大，动态测量时准确控制测量精度略有难度。参考文献1 钟
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