水温控制系统

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1、现代农业工程期末大作业题目：水温控制系统专业班级：电子信息工程072班姓名：熊翊森学号：200711513130指导老师：胡寅单片机水温控制系统引言在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一， 在环境恶劣或温度较高等场合，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量， 以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工 艺标准。如何更快、更准确的控制所需的温度是温度控制技术的关键。1.1 水温控制系统概述本文介绍的是一个以 51 单片机为控制核心的水温控制系统，此系统通过人机交互设定 控制温度，采用增量型PID算法，通过脉

2、宽调制控制电炉加热，最终实现水温的恒定。该系 统具有温度超调量小、调节时间短、静态误差小、测量精确、恒定温度与设定温度偏差小等 优点，且控制方便、显示直观、性能稳定、可靠性高。1.2 设计任务与要求系统的基本任务与要求：（1）系统的基本要求：一定量水由电炉加热,要求水温可以在一定范围内由人工设顶 ,并能在环境温度降低时 自动实现调整,以保持设定的温度基本不变。（2）主要性能指标a. 温度设定范围：温度设定为40C90C最小区分度为1C；b. 控制精度：温度控制的静态误差名1C；c. 用十进制数码显示实际水温；（3）扩展功能a. 具有通信能力，可接收其他数据设备发朱的命令，或将结果传送到其他数据

3、设备；b. 采用适当的控制方法；当没定温度或环境温度突变时减小系统的调节时间和超调号c. 温度控制的静态误差V0.2C；d. 能自动显示水温随时间变化的曲线。1.3 系统组成本系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、 输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。因此，以单片机为核心组成 一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用特 为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能 在常规数字逻辑电路中往往是难以或无法实现的。根据设计任务基本要求，本系统应具有以 下基本功能：（1）可

4、以进行温度设定，并自动调节水温给定的温度值。（2）可以调整 PID 控制参数，满足不同控制对象与控制品质要求。（3）可以实时显示给定温度与水温实测值。第 2 节 系统硬件设计本电路总体设计包括五部分：主机控制部分（89C52）、前向通道（温度采样电路）、后向 通道（温度控制电路）、键盘和数字显示部分、微机控制及图形显示。2.1 系统总体设计框图本系统以89c52单片机为核心，采用了温度传感器AD590, A/D采样芯片ADC0804，可控 硅MOC3O41及PID算法实现对温度的精确控制。系统框图如图2-1图 2-1 系统框图2.2 温度采样电路系统的信号米集电路主要由温度传感器(AD590)

5、、基准电压(7812)及A/D转换电路(ADC0804)三部分组成。电路图如图2-2-1J1+15 7812Vin OUGND2R3 81kR_5k2RK30VCuo 1生J4 -4148-85141:旳：丄.1920rU10k42150p5DGND /INTIVref/2 /WR2AGND /RD1/cs11VIN- DB712DB613VIN+ DB514DB415DB316CLK IN DB217CLK R DB1V+DB018987AJ6ADC0804图 2-2-1 温度采样电路原理图(1) AD590性能描述 测量范围在-50C+150C，满刻度范围误差为土0.3C，当电 源电压在5

6、10V之间，稳定度为1%时，误差只有土0.01C。AD590为电流型传感器温度 每变化1C其电流变化1uA在35C和95C时输出电流分别为308.2uA和368.2uA。(2) ADC0804性能描述ADC0804为8bit的一路A/D转换器，其输入电压范围在05v, 转换速度小于100us，转换精度0.39%。满足系统的要求。(3) 电路原理及参数计算 温度采样电路的基本原理是采用电流型温度传感器 AD590 将温度的变化量转换成电流量，再将电流量转换成电压量通过A/D转换器ADC0804将其转换 成数值量交由单片机处理。成。MOC3041光电耦合器的耐压值为400v,它的输出图级由过零触发

7、的双向可控硅构成，它 控制着主电路双向可控硅的导通和关闭100Q电阻与O.OluF电容组成双向可控硅保护电路。 控制部分电路图如图（2-3）。此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机89C52内部有8KB 单元的程序存储器及 256 字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储 器这样大大的减少了系统硬件部分。2.5 键盘及数字显示部分在设计键盘/显示电路时，我们使用单片机2051做为电路控制的核心，单片机2051具有一个全双工的串行口采用串口，利用此串行口能够方便的实现系统的控制和显示功能。键盘/显示接口电路如图 2-5-1。U1仑_Y0 14 p-Y4

8、Yi-. 10 y6 i-777C1J1GNDXTAL1VCC囂TC丄AY0BY1CY2Y3Y4E1Y5E2Y6E3Y7gnD于-5VCC 6XTAL2 P1.7P1.6Pl.5P1.4RST/VPP P1.3 (/INT0)P3.2 P1.2 (/INT1)P3.3 P1.1(T0)P3.4P1.0(T1)P3.5P3.7(RXD)P3.0 VCC(TXD)P3.1 GND12198C2显170 161 151413H:C1Y0R1 Vonn5u0nccvbNG/IzlrtADABCEF2010IvccGND图 2-5-1 键盘 / 显示部分电路图 2-5-1 中单片机 2051 的 P1

9、口接数码管的 8 只引脚，这样易于对数码管的译码，使数 码管能显示设计者所需的各数值、小数点、符号等等。单片机2051的P3.3、P3.4、P3.5接3-8译码器74L138,译码器的输出端直接接八个数码 管的控制端和键盘，键盘扫描和显示器扫描同用端口这样能大大的减少单片机的I/O,减少 硬件的花费。键盘的接法的差别直接影响到硬件和软件的设计，考虑到单片机2051的端口资源有限， 所以我们在设计中将传统的 4*4的键盘接成8*2的形式（如图2-5-2），键盘的扫描除了和显 示共用的8个端外，另外的两个端直接和2051的P3.2和P3.7相连。图 2-5-2 键盘接线如图2-5-2的接法已经完全

10、用完了单片机的15个I/O 口，有效的利用了单片机的资源。2.6 微机控制及图形显示部分 为了使系统具有更好的人机交换界面，在系统设计中我们通过 Visual Basic 语言设计了 微机控制界面。通过系统与微机的通信大大的提高了系统的各方面性能。其控制界面见图 2-6-1由于单片机89C52串行口为TTL电平，而PC机为RS232电平，因此系统采用了 MAX232能，即 示部分 的通 多机通 题在设计中我们特地的在两根串行通信线上增加了如图 2-6-2的电路：如图 2-7由于主机部分发送两个从机都可以接受，因此主机的发送部分(及主机 TXD) 不存在竞争问题。而两个从机可能同时向主机发送各类

11、控制信息，因此会存在竞争问题。其 实图2-6-2为一个与门电路，图中R1为提升电阻，DI、D2为开关二极管，当pc TXD (或 2051 TXD)中有一个为低电平时主机RXD为低电平，同时另一个分机无效，当pc TXD (或2051 TXD)中有一个为高电平时主机RXD为高低电平。如上图的微机控制界面，具有温度控制及显示的功能。图中左半部分为水温的实测温度和给定温度的数值显示及对主系统（89C52部分）的控制界面，右半部分为水温的实测温度的逐点采样及图形显示，通过此界面可以更直观的显示温度的变化，并且通过对图形的保存能方便的打印出水温的变化曲线。第3 节 系统的软件设计本系统的软件系统主要可

12、分为主程序、定时计数中断程序、时间调整或定闹设置程序三大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。3.1 主程序流程图否判断是否有中断?是开机系统初始化显示清零，各记数指针清零 ，设定定时器及中断调用相映的中断程序接收及发射串 显示数据各类数值转 换子程序PC机通信 子程序PID算法PWM波产生图3-1主程序流程图主程序流程图如图 4-2-1 所示，程序主要完成以下的几部分任务：（1）初始化设定各参数的初始值，设定各中断及定时器。（2）接收/发射 此部分程序主要完成数据的控制及显示，其主要通过 89C52 单片机 的全双工串行口完成和键盘部分的双向通信。（3）PC

13、机通信 此部分完成与微机控制接口 RS232的联接及通信的控制。（ 4 ）数值转换子程序 由于主程序中用到了很多的数值转换及数值的运算（如十进制 转换成十六进制、双字节与单字节的除法运算等等），为了程序调用的方便，特地将其编写 成子程序的形式。3.2 键盘显示程序图 3-2 定水温、显示温度、确定、取消、清零、输出，均为各种子程序，1、2、3、4、5、6 代表个子程序的应用程序。总结与心得体会：通过这次的设计使我懂得了如何做课程设计，从中收获不少。感谢胡老师 对我们的细心指导。通过这次课程设计使我对这大学将近四年的生活有进一步 的理解，使我知道自己学了什么，掌握了哪些技能，很感谢学校老师在这四年 里对我们的精心培育。人生是一个奋斗的过程，学生生涯即将结束，面临自己 的将会是新的生活，步入了社会之后，又是人生的另一个起点，我想多年以后， 仍然不会忘记在学校学到的，学会感恩，仍然怀有那种不断追求，不断努力的 精神，最后对这次帮助我的老师及同学说一声最真挚的感谢。