毕业论文：水温控制系统设计与总结报告

水温控制系统设计与总结报告

水温控制系统设与总结报告

摘 要

本设计是制作一水温测试系统，采用单片机89C51完成对水温的控制。采用DS1820温度传感器对水温进行测量 ，系统能够实现在一定范围内人工设定、自动控制温度等性能。同时还扩展具有报警提示、时间提示，加热状态提示，过温保护等功能，增强了系统的实用性。经实验测试表明，该系统各项功能几乎已经达到题目的要求。

关键词：测温控制，报警，电路保护

Take off Want

This design is to manufacture one water temperature test system,

adopting a machine 89 C51s to complete the control toward the water

temperature.Adopt the temperature of DS1820 spreads the feeling machine

to carry on the diagraph to the water temperature, the system can carry

out to set in the certain scope wife work, the automatic control

temperature etc. function.Still expand to have to report to the police

to hint at the same time, time hint, heating the appearance to hint, over

protection etc. function, strengthenned the function of the system.Was

express by the experiment test, various functions of that system almost

have already attained the request of the topic.

Keyword:Measure control, report to the police, the electric circuit

protection

目 录

1. 系统设计------------------------------------------------------------------------------

1.1 设计任务及要求--------------------------------------------------------------------

1.2 总体方案设计、比较-------------------------------------------------------------

1.2.1 控制方案的确定-----------------------------------------------------------------

1.2.2 键盘输入与显示模块-----------------------------------------------------------

1.2.3 测温模块--------------------------------------------------------------------------

1.2.4 报警与状态显示模块-----------------------------------------------------------

1.2.5 电源模块--------------------------------------------------------------------------

2.单元电路的设计------------------------------------------------------------------------

2.1 控制模块的设计--------------------------------------------------------------------

2.2 键盘与显示最小系统的设计-----------------------------------------------------

2.3 测温电路的设计--------------------------------------------------------------------

2.4 报警与状态指示模块的设计-----------------------------------------------------

2.5 电源模块的设计--------------------------------------------------------------------

3.软件设计----------------------------------------------------------------------------------

3.1 开发软件简介------------------------------------------------------------------------

3.2 键盘输入与显示模块--------------------------------------------------------------

3.3 测温控制电路的设计--------------------------------------------------------------

4.系统测试---------------------------------------------------------------------------------

4.1 测试使用的仪器---------------------------------------------------------------------

4.2 指标测试和测试结果-------------------------------------------------------------

4.2.1 测试结果与分析-----------------------------------------------------------------

5.结束语--------------------------------------------------------------------------------------

参考文献-------------------------------------------------------------------------------------

附录1 元器件名细表---------------------------------------------------------------------

附录2 程序清单 ------------------------------------------------------------------------

附录3 硬件电路原理图------------------------------------------------------------------

1. 系统设计

1.1 设计任务及要求

（1）设计任务

设计并制作一个水温控制系统,控制对象为0.5L净水。容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内人工设定(如图一),并能够实现自动控制温度范围设定为40~90℃,最小区分为1℃,标定温度≤1℃。温度控制的静态误差≤1℃。

（2）设计要求

1.基本要求

(1).控制功能如图一

图一 输入控制温度曲线 室温 90℃

75℃

10分钟 15分钟

15分钟

(2).由键盘设定温度

(3).显示十进制温度

2.发挥部分

(1).时间的显示

(2).通信功能

(3).报警提示

(4).过温保护、电保护

(5).可以根据情况自行添加

1.2 总体方案比较、设计与论证

设计制作一个水温自动控制系统，控制对象为0.5L的净水，要求温度设定范围40～90℃，最小区分度为1℃，温度控制的静态误差小于等于1℃。本设计利用单片机进行数据的采集、处理及温度的控制，并通过HD7279驱动单片机进行键盘的输入及显示。单片机运算能力强，编程灵活自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，实现方便、精度高，占用的口资源少，成本较低，可根据不同需要用于各种场合。

据要求方案的系统模块分为：控制模块、键盘输入与显示模块、测温模块、报警与状态显示模块、电源模块。总体框图如下：

系统模型框图

1.2.1 控制方案的确定

方案一 PID控制算法

单

片

机

键盘

显示 测温模块 控制模块 INPUT OUTPUT

报警模块

PID控制就是比例、积分和微分控制。在模拟控制中，PID算法的表达式为：

u=K（E+dtdeTddteTt011） （1-1）

式中u——调节器的输出信号；

e——偏差信号（给定值与检测值之差）；

K——调节器的比例系数；

T1——调节器的积分时间；

Td——调节器的微分时间；

数字PID控制算法是以模拟PID 调节器控制为基础的，因此为了实现数字控制，必须对上式（1-1）进行离散化处理。用数字形式的差分方程替代连续系统的微分方程。离散化后的PID算式为：

ui=K[ei+uoeieiTTdejTiTij)]1(0 (1-2)

上式称为位置式PID控制算式。

采用调功法控制水温的办法，实质上是控制能量守恒，根据上升到某一特定温度和下降到某一特定温度的时间比来决定稳定在该温度所需的电热杯通断时间。单片机在接收按键中断后判断输入数据，采用分段PID算法控制温度调节和稳定。分段PID控制将40℃～90℃均匀分成5℃的温度段，不同温度段的加热惯性不同，测试每段的加热时间和自然降温时间，然后算出维持的温度的比例关系，定出维持温度的控制量。段内根据温差进行细调，以及温度差的差进行趋势的预测与调节。

方案二 模糊控制

模糊控制的基本思想，就是利用计算机来实现人的控制经验。它仿照人的思维进行模糊控制，把由输入通道采样得到的精确量变成模糊推理需要的模糊量。这种模糊化工作由模糊化接口完成。当系统水温与其设定的误差的量程范围-1℃—+1℃，即[-1，+1]。而每一个输入信号都有相应的论域，在该论域上定义模糊化后表示信号大小的模糊子集。在每一个采样时刻，模糊化接口把输入信号的物理值转化为相应论域上的点，比如水温误差为0.6℃，则对应于离散论域上则的点。该算法不仅麻烦而且实现起来有一定的难度。