实验三十二温度传感器温度控制实验
一、实验目的
1.了解温度传感器电路的工作原理
2.了解温度控制的基本原理
3.掌握一线总线接口的使用
二、实验说明
这是一个综合硬件实验，分两大功能：温度的测量和温度的控制。
1.DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介
Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产
品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～ 5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。
DS18B20测量温度范围为- 55°C～+125°C，在 -10 ～+85°C范围内 , 精度为± 0.5 °C。DS18B20可以程序设定9～ 12 位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。
DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成：的温度报警触发器TH和 TL、配置寄存器。64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发DS18B20的管脚排列如下:
DQ为数字信号输
入
/ 输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
光刻 ROM中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64 位光刻 ROM的排列是：开始8 位（ 28H）是产品类型标号，接
着的 48 位是该 DS18B20自身的序列号，最后8 位是前面56 位的循环冗余校验
码（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样
就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12 位转化为例: 用16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625 ℃/LSB形式表达，其中S为符
号位。
LS Byte:
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0
232221202-12-22-32-4 MS Byte:
Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8
S S S S S262524这是 12 位转化后得到的12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM中，二进制中的
前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于0，这 5 位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这 5 位为1，测到的数值需要取反加 1 再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如 +125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H， - 25.0625 ℃的数字
输出为 FF6FH， - 55℃的数字输出为FC90H。
温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）
+125℃0000 0111 1101 000007D0h
+85℃0000 0101 0101 00000550h
+25.0625 ℃0000 0001 1001 00010191h
+10.125 ℃0000 0000 1010 001000A2h
+0.5 ℃0000 0000 0000 10000008h
0℃0000 0000 0000 00000000h
-0.5 ℃1111 1111 1111 1000FFF8h
-10.125 ℃1111 1111 0101 1110FF5Eh
-25 .0625 ℃1111 1110 0110 1111FE6Fh
-55 ℃1111 1100 1001 0000FC90h
DS18B20温度传感器的存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的
E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、 TL 和结构寄存器。
暂存存储器包含了8 个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是
温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL 的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。
该字节各位的意义如下：
TM R1R011111低五位一直都是 1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1 和R0 用来设置分辨率，如下表所示：（ DS18B20出厂时被设置为 12 位）
分辨率设置表 :
R1R0分辨率温度最大转换时间
009 位93.75ms
0110 位187.5ms
1011 位375ms
1112 位750ms
根据 DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20 进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500 微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～ 60微秒左右，后发出60～ 240微秒的存在低脉冲，主CPU收
到此信号表示复位成功。
2.本实验在读取温度的基础上，完成类似空调恒温控制的实验。用加热电阻代替加热电机,制冷采用自然冷却。温度值通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，同时显示电
路还将显示设定的恒温值，通过键盘可以改变设定值。按一次‘升高’键, 恒温值加1℃，按一次‘降低’键 , 恒温值减小 1℃。恒温值在 2℃～ 50℃范围内可调。当实际温度低于设定的恒定温度 2℃时，单片机发出指令信号，继电器吸合，红色 LED点亮，加热电阻开始加热。
当温度超过设定的恒温值2℃时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色LED熄灭，加热电阻停止加热，制冷采用自然冷却。
三、实验内容及步骤
1. 用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真器插到模块的锁紧插座中，请注意仿真器的方向：缺口朝上。
2.打开 Keil uVision2 仿真软件，首先建立本实验的项目文件，接着添加“ DS18B20.ASM”源程序，编译无误后，全速运行程序。
3. 程序正常运行后，按下自锁开关‘控制’。5LED数显为“ XX20”，“XX”为十进制温度测量值，当气温低于0℃，或者模拟信号输入端的电位器没有逆时针旋到底时，温度值前
面出现“ - ”号。“ 20”为十进制温度设定值，按设定键‘升高’、‘降低’可以改变设定值。
当测量值小于设定值 2 个字时，加热启动，当实际值超过设定值 2 个字时，加热停止。
4.可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51 芯片中。
四、源程序
LEDBUF EQU60H；显示缓存 1
TEMP EQU65H；显示缓存 2
UP EQU 1； 1 键定义为增加键
DOWN EQU2； 2 键定义为减小键
LOWLIMIT EQU2；设定值最低为2
HIGHLIMIT EQU50；设定值最高为50
FLAG1EQU38H；是否检测到DS18B20标志位
SETTEMP EQU50H；温度设定值缓存
CURTEMP EQU 29H；温度实际值缓存
DIN BIT P3.0；串行显示数据口
CLK BIT P3.1；串行显示时钟口
ORG0000H
LJMP START
ORG0100H
START:MOV SETTEMP, #20；设定值初值 20 MLOOP:LCALL TESTKEY；测试键盘是否有键按下CJNE A,#03H,KEYPRESSED；有键按下，处理按键MLOOP1:ACALL DISPLAYRESULT；无键按下，调显示
ACALL DISPLAYLED
ACALL GET_TEMPER；调用读温度子程序
MOV A, CURTEMP
JB ACC.7, LE0；为负值
CLR C
MOV B, SETTEMP；为正值时与设定值比较
DEC B
DEC B
SUBB A, B
JNC GN2；小于（设定值 -2 ），加热LE0: SETB P3.2
SJMP GN4
GN2: MOV A, CURTEMP
SETB C
MOV B, SETTEMP
INC B
INC B
SUBB A, B
JC GN4；大于（设定值+2），停止加热
CLR P3.2
SJMP GN4
GN4: ACALL DELAY1
LJMP MLOOP；大循环
KEYPRESSED:；处理按键
LCALL GETKEY；读取键值
MOV B, A
XRL A, #DOWN
JNZ KEY0
MOV A, SETTEMP
XRL A, #LOWLIMIT
JZ KEY1
DEC SETTEMP
SJMP KEY1
KEY0: MOV A, B
XRL A, #UP
JNZ KEY1
MOV A, SETTEMP
XRL A, #HIGHLIMIT
JZ KEY1
INC SETTEMP
KEY1: LJMP MLOOP1
INIT_1820:；这是 DS18B20复位初始化子程序
SETB P2.0
NOP
CLR P2.0；主机发出延时537 微秒的复位低脉冲
MOV R1,#3
TSR1: MOV R0,#107
DJNZ R0,$
DJNZ R1,TSR1
SETB P2.0；然后拉高数据线
NOP
NOP
NOP
MOV R0,#25H
TSR2: JNB P2.0,TSR3；等待 DS18B20回应
DJNZ R0,TSR2
LJMP TSR4；延时
TSR3: SETB FLAG1；置标志位 , 表示 DS1820存在
LJMP TSR5
TSR4: CLR FLAG1；清标志位 , 表示 DS1820不存在
LJMP TSR7
TSR5: MOV R0,#117
TSR6: DJNZ R0,TSR6；时序要求延时一段时间
TSR7: SETB P2.0
RET
GET_TEMPER:；读出转换后的温度值
SETB P2.0
LCALL INIT_1820；先复位 DS18B20
JB FLAG1,TSS2
RET；判断 DS1820是否存在 ?若 DS18B20不存在则返回TSS2: MOV A,#0CCH；跳过 ROM匹配
LCALL WRITE_1820
MOV A,#44H；发出温度转换命令
LCALL WRITE_1820
；这里通过调用显示子程序实现延时一段时间, 等待 AD转换结束LCALL DELAY1
LCALL INIT_1820；准备读温度前先复位
MOV A,#0CCH；跳过 ROM匹配
LCALL WRITE_1820
MOV A,#0BEH；发出读温度命令
LCALL WRITE_1820
LCALL READ_18200；将读出的温度数据保存到35H/36H
MOV A,CURTEMP
MOV C,40H；将 28H 中的最低位移入C
RRC A
MOV C,41H
RRC A
MOV C,42H
RRC A
MOV C,43H
RRC A
MOV CURTEMP,A
RET
WRITE_1820:；写 DS18B20的子程序 ( 有具体的时序要求 )
MOV R2,#8；一共 8 位数据
CLR C
WR1: CLR P2.0
MOV R3,#6
DJNZ R3,$
RRC A
MOV P2.0,C
MOV R3,#23
DJNZ R3,$
SETB P2.0
NOP
DJNZ R2,WR1
SETB P2.0
RET
READ_18200:；读 DS18B20的程序 , 从 DS18B20中读出两个字节的温度数据
MOV R4,#2；将温度高位和低位从DS18B20中读出
MOV R1,#CURTEMP；低位存入 29H,高位存入 28H RE00: MOV R2,#8；数据一共有 8 位
RE01: CLR C
SETB P2.0
NOP
NOP
CLR P2.0
NOP
NOP
NOP
SETB P2.0
MOV R3,#9
RE10: DJNZ R3,RE10
MOV C,P2.0
MOV R3,#23
RE20: DJNZ R3,RE20
RRC A
DJNZ R2,RE01
MOV@R1,A
DEC R1
DJNZ R4,RE00
RET
DISPLAYLED:；数码管显示
MOV R0,#LEDBUF
MOV R1,#TEMP
MOV R2,#5
DP10: MOV DPTR,#LEDMAP
MOV A,@R0
MOVC A,@A+DPTR
MOV@R1,A
INC R0
INC R1
DJNZ R2,DP10
MOV R0,#TEMP
MOV R1,#5
DP12: MOV R2,#8
MOV A,@R0
DP13: RLC A
MOV DIN,C
CLR CLK
SETB CLK
DJNZ R2,DP13
INC R0
DJNZ R1,DP12
RET
LEDMAP:DB3FH,6,5BH,4FH,66H,6DH；0，1，2，3，4，5 DB7DH,7,7FH,6FH,77H,7CH； 6， 7， 8， 9，A， B
DB58H,5EH,7BH,71H,0,40H；C，D，E，F， , -
DB63H,39H；℃DISPLAYRESULT:；十六进制转换为十进制
MOV A, CURTEMP
JNB ACC.7, GE0
MOV LEDBUF, #11H； '-'
DEC A
CPL A
LJMP GOON
GE0: MOV LEDBUF, #10H； ' '
GOON: MOV B, #10
DIV AB
MOV LEDBUF+1, A
MOV A, B
MOV LEDBUF+2, A
MOV A, SETTEMP
MOV B, #10
DIV AB
MOV LEDBUF+3,A
MOV A, B
MOV LEDBUF+4,A
RET
TESTKEY:；测试键盘是否有键按下
MOV P1, #03H
MOV A,P1；读入键状态
RET
KEYTABLE:；键码定义
DB02H,01H,0F7H
DB0EFH,0DFH,0BFH,07FH
GETKEY:MOV R6,#10
LCALL DELAY
MOV A,P1
ANL A,#03H；高六位不用
CJNE A,#03H,K01；确有键按下
LJMP MLOOP
K01: MOV R3,#2；2 个键
MOV R2,#0；键码
MOV B,A；暂存键值
MOV DPTR,#KEYTABLE
K02: MOV A,R2
MOVC A,@A+DPTR；从键值表中取键值
CJNE A,B,K04；键值比较
MOV A,R2；得键码
INC A
RET
K04: INC R2；不相等，到继续访问键值表
DJNZ R3,K02
MOV A,#0FFH；键值不在键值中，即多键同时按下
LJMP MLOOP
DELAY:；延时子程序
MOV R7,#0
DELAYLOOP:
DJNZ R7,DELAYLOOP
DJNZ R6,DELAYLOOP
RET
DELAY1:；延时子程序
MOV R4,#0FFH
AA1: MOV R5,#0FFH
AA:NOP
NOP
DJNZ R5,AA
DJNZ R4,AA1
RET
END
五、电路图
VCC
1k+12V R6
+12V VCC+12V
82356
2
IN4001
控制10k
P3.2
R5
VCC
R3 R4
10k 10k
S2
上
下S3
VCC
位C1C2
33pF33pF 复
E1JZ1
10uF12MHZ
R1100
R2 1k
9013
U6
TLP521
U1
1
P10/T
2
P11/T
3
P12
4
P13
5
P14
6
P15
7
P16
8
P17
P3.010
RXD
P3.111
TXD
P3.212INT0
13
INT1
14
T0
15
T1
18
X2
19
X1
9复位
VCC
40
VCC
20
GND
R7
10k
P00
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07
P20
P21
80C51
P2
2
10K
P23
P24
P25
P26
P27
WR
RD
EA/VP
PSEN
ALE/P
1
14
7
1
LED1
R9
2
100k
9013R16R17
10k
75/2W
R8
22k
39
38
37
36
35
34
33
32
1
GND
212
223DQ
Vcc
23
VCC
24
25DS18B20
26
27
28
16
17P3.0
1
P3.1
31
2
29
30TO-DISPLAY
过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900３21 2015年１0月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
水温控制系统（B题） 摘要 在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机和电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费。但是利用AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成的控制系统却能解决这个问题。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，并显示于1602显示器上。该系统具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。 水温控制系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，我们知道虽然电能是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的角度出发，节省电能，保护环境。 一、设计任务 设计并制作一个水温自动控制系统，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控制，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1、基本要求 （1）温度设定范围为：40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。 （3）能显示水的实际温度。 第2页，共11页
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，减小系统的调节时间和超调量。 （2）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （3）在设定温度发生突变时，自动打印水温随时间变化的曲线。 （4）其他。 一系统方案选择 1.1 温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 1.2温度显示模块 方案一：采用8个LED八段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。数码管具有低能耗，低损耗、寿命长、耐老化、对外界环境要求低。但LED八度数码管引脚排列不规则，动态显示时要加驱动电路，硬件电路复杂。 方案二：采用带有字库的12864液晶显示屏。12864液晶显示屏具有低功耗，轻薄短小无辐射危险，平面显示及影像稳定、不闪烁、可视面积大、画面
实验一、单容水箱特性的测试 一、实验目的 1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q1-Q2=0 (1)
动态时，则有 Q1-Q2=dv/dt (2) 式中 V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与 H 的关系为 dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得 Q1-Q2=Adh/dt (4) 基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为 Q1-h/RS=Adh/dt 即 ARsdh/dt+h=KQ1 或写作 H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5) 式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。 式(5)就是单容水箱的传递函数。 对上式取拉氏反变换得 (6) 当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当 t=T 时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)
式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 2-2 所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数 T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得 的传递函数为： 四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。
实验三十二温度传感器温度控制实验 一、实验目的 1.了解温度传感器电路的工作原理 2.了解温度控制的基本原理 3.掌握一线总线接口的使用 二、实验说明 这是一个综合硬件实验，分两大功能：温度的测量和温度的控制。 1.DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压围，使系统设计更灵活、方便。 DS18B20测量温度围为 -55°C～+125°C，在-10～+85°C围,精度为±0.5°C。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。 DS18B20部结构 DS18B20部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下: DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接 着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验 码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样 就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 232221202-12-22-32-4 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 S S S S S 262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的
计算机过程控制实验报告
实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案： 水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过负载阀R 来改变。被调量为水位H 。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。） 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式： μμk Q H k Q i O ==, 那么 )(1 H k k F dt dH -=μμ， 其中，F 是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成 μμR k H dt dH RC =+。 公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 0 2= 就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： ) 1()(0 += TS S KR S G 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 2、实验步骤： 1) 在现场系统A3000-FS 上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有 一定开度，其余阀门关闭。 2) 在控制系统A3000-CS 上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪 输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 3) 打开A3000-CS 电源，调节阀通电。打开A3000-FS 电源。 4) 在A3000-FS 上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。 给定值 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验
成绩： 重庆邮电大学 自动化学院综合实验报告 题目：51系列单片机闭环温度控制 学生姓名：蒋运和 班级：0841004 学号：2010213316 同组人员：李海涛陈超 指导教师：郭鹏 完成时间：2013年12月
一、实验名称： 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况： 1. 学生姓名： 2. 学号： 3. 班级： 4. 同组其他成员： 二、实验内容(实验原理介绍) 1、系统基本原理 计算机控制技术实训，即温度闭环控制，根据实际要求，即加温速度、超调量、调节时间级误差参数，选择PID控制参数级算法，实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理如图： 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置，加一定的电压便开始不停的升温，直到电压要消失则开始降温。仿真时，U形加热器为红色时表示正在加热，发红时将直流电压放过来接，就会制冷，变绿。T端输出的是电压，温度越高，电压就越高。
8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生，受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式： 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数 将上式离散化得到数字PID位置式算法，式中在位置算法的基础之上得到数字PID 增量式算法： 3、硬件电路设计 在温度控制中，经常采用是硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分，对这两部分调节仪表进行调节，但都存在着许多缺点，用单片机进行温度控制使构成的系统灵活，可靠性高，并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理，可大大提高控制质量和自动化水平；总的来说本系统由四大模块组成，它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作，由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。利用模拟加热的
实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开发，如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接，4.5千瓦电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成），压力容器组成。 水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉：锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度定值实验时，可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器：采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道：整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 （液位）差压变送器：检测上、下二个水箱的液位。其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0～1.6KPa，精度：0.5。输出信号：4～20mA DC。 涡轮流量传感器：测量电动调节阀支路的水流量。其型号：LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4～20mA DC 温度传感器：本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器，可将温度信号转换为4～20mA DC电流信号。 （气体）扩散硅压力变送器：用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号：DBYG-4000A/ST2X1，测量范围：0.6～3.5Mpa连续可调，精度：0.2，输出信号为4～20mA DC。 3、执行机构 电气转换器：型号为QZD-1000，输入信号为4～20mA DC，输出信号：20～100Ka气压信号，输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀：用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP－100，输入信号为4～20mA DC或0～5V DC，反馈信号为4～20mA DC。气源信号 压力：20~100Kpa，流通能力：0.0032。阀门控制精度：0.1％～0.3％，环境温度：－4～＋200℃。 SCR移相调压模块：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0～5V DC或4～20mA DC 或10K电位器，输出电压变化范围：0～220V AC，用来控制电加热管加热。 水泵：型号为UPA90，流量为30升／分，扬程为8米，功率为180W。
温度控制电路实验报告 篇一：温度压力控制器实验报告 温度、压力控制器设计 实 验 报 告 设计题目：温度、压力控制器设计 一、设计目的 1 ?学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握微机控制系统设计的基本方法； 2.学会单片机模块的应用及程序设计的方法； 3?培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 二、设计任务及要求 1.利用赛思仿真系统，以MCS51单片机为CPU设计系统。 2?设计一数据采集系统，每5分钟采集一次温度信号、10分钟采集一次压力信号。并实时显示温度、压力值。 3.比较温度、压力的采集值和设定值，控制升温、降温及升压、降压时间，使温度、压力为一恒值。 4?设温度范围为：-10—+40°C、压力范围为0—100P&；升温、降温时间和温度上升、下降的比例为1°C/分钟，升压、降压时间和压力上升、下降的比例为10P"分钟。
5?画出原理图、编写相关程序及说明，并在G6E及赛思 仿真系统上仿真实现。 三、设计构思 本系统硬件结构以80C51单片机为CPU进行设计，外围扩展模数转换电路、声光报警电路、LED显示电路及向上位PC机的传输电路，软件使用汇编语言编写，采用分时操作的原理设计。 四、实验设备及元件 PC机1台、赛思仿真系统一套 五、硬件电路设计 单片微型计算机又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。使用80C51来构成各种控制系统，可大大简化硬件结构，降低成本。 1.系统构架 2.单片机复位电路 简单复位电路中，干扰易串入复位端，在大多数情况下不会造成单片机的错误复位，但会引起内部某些寄存器的错误复位，故为了保证复位电路的可靠性，将RC电路接斯密特电路后再接入单片机和外围IC的RESET引脚。 3.单片机晶振电路 晶振采用12MHz,即单片机的机器周期为1卩so 4.报警电路
河南中医学院 本科生毕业设计（论文）开题报告 题目：基于单片机温度检测与控制系统设计 院系：信息技术学院 专业：计算机科学与技术 班级：2010级计科班 学号：2010180042 学生姓名：郭文珠 指导教师：谢志豪 2013年11月13日 一、立题依据（包括研究的目的与意义及国内外现状）： 研究的目的与意义 这次毕业设计选题的目的主要是让我们将所学的知识应用与生活当中，掌握系统总体设计的流程，方案的论证，选择，实施与完善。通过对温度控制系统的设计、制作、控制、测试的全过程，提高对单片机的认识和实际操作的能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求，培养自己的研发能力，提高自己的查阅资料，语言表达和理论联系实际的能力。 温度控制无论在日常生活还是工业生产中都有分厂重要的作用，随着社会经济的高速发展，更多方面对温度控制的可靠性和稳定性有了更高的要求，而单片机进行温度的调节就具备很高的可靠性[1]。 国内外现状 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并行指进示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统[2]。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展[3]。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展[4]。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享可靠性差等缺点[5]。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。 二、研究主要内容（包括计划解决的具体问题或实现的基本功能，研究中的重难点分析、实用性及创新性分析，预期达到的成果等。不得低于800字）： 计划实现的基本功能 温度控制系统主要是完成温度信号采集、处理、显示等功能[6]。设 计叙述了基于单片机的温度检测与控制系统的设计，包括硬件的设计以 及软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温度传感器对温度进行 采集，把温度转成变化的电压，然后由放大器将信号放大，通过转化器
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：过程控制实验 实验名称：水箱液位控制系统 院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩：审阅教师：
目录 一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21)
一、系统概论 1.1实验设备 图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图 本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器： 功率1500w，电源220V（单相输入） ·泵： Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V， IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B ·全自动微型家用增压器： 型号15WZ-10，单相电容运转马达 最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V， 电流0.36A，频率50Hz，电容3.5μF，功率80w，绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计： 口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V， 标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC
温度控制电路设计一、设计任务 设计一温度控制电路并进行仿真。 二、设计要求 基本功能：利用AD590作为测温传感器，T L 为低温报警门限温度值，T H 为高 温报警门限温度值。当T小于T L 时，低温警报LED亮并启动加热器；当T大于 T H 时，高温警报LED亮并启动风扇；当T介于T L 、T H 之间时，LED全灭，加热器 与风扇都不工作（假设T L ＝20℃，T H ＝30℃）。 扩展功能：用LED数码管显示测量温度值（十进制或十六进制均可）。 三、设计方案 AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4V至30V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1μA/K。AD590适用于150℃以下、目前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。 主要特性：流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(K) 度数；AD590的测温范围为- 55℃~+150℃；AD590的电源电压范围为4～30 V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；输出电阻为710mΩ；精度高，AD590在-55℃~+-150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。 基本使用方法如右图。 AD590的输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准， 每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其 输出电流I out =（273+25）=298μA。 V o 的值为I o 乘上10K，以室温25℃而言，输出值为 10K×298μA=2.98V 。 测量V o 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 温度控制电路设计框图如下： 温度控制电路框图 由于Multisim中没有AD590温度传感器，根据它的工作特性，可以采用恒流源来替代该传感器，通过改变电流值模拟环境温度变化。通过温度校正电路得
《电子技术》课程设计报告 题目温度测量与控制电路 学院（部）电子与控制工程学院 专业电子科学与技术 班级 学生姓名郭鹏 学号 13 指导教师（签字） 前言 随着数字时代的到来，人们对于温度的测量与控制的要求越来越高，用传统的水银或酒精温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、精度不够高而且功能单一,已经不能满足人们在数字化时代的要求。于是我们提出，测温电路利用温度传感器监测外界温度的变化,通过放大器将温度传感器接收到的信号进行放大，放大到比较有利于我们测量的温度范围,然后利用A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换,最后通过编程让FPGA实现8位二进制数与BCD码之间的转化,实现温度的显示；并利用比较器来实现对放大电压信号的控制，从而实现对温度的控制；再者还加载了报警装置，使它的功能更加完善，使用更加方便。
本设计是采用了温度的测量、信号放大、A/D转换、温度的显示、温度的控制、报警装置六部分来具体实现上述目的。 目录 摘要与设计要求 (4) 第一章：系统概述 (5) 第二章：单元电路设计与分析 (5) 1) 方案选择 (5) 2)设计原理与参考电路 (6) 1 放大电路 (6) 2 低通滤波电路 (7) 3 温度控制电路 (8) 4 报警电路 (9) 5 A/D转换器 (10)
6 译码电路 (11) 第三章：系统综述、总体电路图 (14) 第四章：结束语 (15) 参考文献 (15) 元器件明细表 (15) 收获与体会，存在的问题等 (16) 温度测量与控制电路 摘要： 利用传感器对于外界的温度信号进行收集，收集到的信号通过集成运算放大器进行信号放大，放大后的信号经过A/D转换器实现模拟信号与数字信号间的转换，再通过FPGA编程所实现的功能将转换后的数字信号在数码管上显示出来，实现温度测量过程。放大的信号可以与所预定的温度范围进行比较，如果超出预定范围，则自动实现声光报警功能，实现温度控制过程。 关键字：温度测量温度控制信号放大 A/D转换声光报警 设计要求： 1. 测量温度范围为200C～1650C，精度 0.50C； 2. 被测量温度与控制温度均可数字显示； 3. 控制温度连续可调； 4. 温度超过设定值时，产生声光报警。
浙工大过程控制实验报告 202103120423徐天宇过程控制系统实验报告 实验一：系统认识及对象特性测试 一实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。二实验内容 1 熟悉用MCGS组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。三实验设备 1 AE2000B型过程控制实验装置。 2 计算机，万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只，串口线1根，实验连接线若干。四实验原理 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP，通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度h。电动调节阀的开度op通过组态软件界面有计算机传给智能仪表，有智能仪表输出范围为：0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA的标准信号，在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型有上述机理建模可知，单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节，电动调节阀的开度op，近似看成与流量Q1成正比，当电动调节阀的开度op为一常量作为阶跃信号时，该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式（2-3）是初始量为零的情况，如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应，即输入量是在原来的基础上叠加上op的变化，则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增
北京电子科技学院 课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计与制作 学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 日期：2010年11月17日
目录 一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I：元器件清单 (11) 附录II：multisim仿真图 (11) 附录III：参考文献 (11)
一、电子技术课程设计的目的与要求 （一）电子技术课程设计的目的 课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 （二）电子技术课程设计的要求 1．教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2．能力培养要求 （1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 （2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 （4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 （5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程设计名称及设计要求 （一）课程设计名称 设计题目：温度测量控制系统的设计与制作 （二）课程设计要求 1、设计任务 要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统，测量温度范围：室温0～50℃，测量精度±1℃。 2、技术指标及要求： （1）当温度在室温0℃～50℃之间变化时，系统输出端1相应在0～5V之间变化。 （2）当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。 输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。 三、总体设计思想 使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以，应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节，所以选用了集成运放LM324和电位器；最后为实现技术指标（当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。）中的要求，选用了555定时器LM555CM。 通过以上分析，电路的总体设计思想就明确了，即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号，然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在0～5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。
《过程控制系统实验报告》 院－系： 专业： 年级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015 年6 月
过程控制系统实验报告 部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日 姓名学号班级成绩 实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时 课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统 一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表 二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行 比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 三、实验原理 (1)控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。 控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表 使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端 口 锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。
2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。 注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。 五、实验结果记录及处理 六、实验心得体会： 比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。 比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。 比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。
实验一 单容自衡水箱特性的测试 一、实验目的 1. a 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数。 二、实验设备 1. A3000高级过程控制实验系统 2. 计算机及相关软件 三、实验原理 由图2.1可知，对象的被控制量为水箱的液位h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，Q 2为流出水箱的流量。手动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫米）都为定值。根据物料平衡关系，在平衡状态时： 0Q Q 2010=- （1） 动态时则有： dt dV Q Q 21=- （2） 式中V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV =，即： dt dh A dt dV = （3） A 为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得： QV116 V104 V103 h ?h QV105 QV102 P102 LT103 LICA 103 FV101 M Q 1 Q 2 图2.1单容水箱特性测试结构图
图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线 dt dh A =-21Q Q （4） 基于S 2R h Q =，R S 为闸板QV116的液阻，则上式可改写为dt dh A R h Q S =-1，即： 或写作： 1 )()(1+=TS K s Q s H （5） 式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。式（5）就是单容水箱的传递函数。 若令S R s Q 01)(=，R 0=常数，则式（5）可改为： T S KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=?+= 对上式取拉氏反变换得： )e -(1KR h(t)t/T 0-= （6） 当∞→t 时0KR )h(=∞，因而有=∞=0R )h(K 阶跃输入 输出稳态值。当t=T 时，则)h(KR )e -(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。式（6）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2.2所示。 当由实验求得图2.2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T 。该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T ，由响应曲线求得K 和T 后，就能求得单容水箱的传递函数。 1KQ h dt dh AR S =+
目录 一、实验目的---------------------------------2 二、预习与参考------------------------------- 2 三、实验（设计）的要求与数据------------------- 2 四、实验（设计）仪器设备和材料清单-------------- 2 五、实验过程---------------------------------2 （一）硬件的连接- --------- ----------------------- 2 （二）软件的设计与测试结果--------------------------3 六、实验过程遇到问题与解决--------------------11 七、实验心得--------------------------------12 八、参考资料-------------------------------12
一、实验目的 设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过时间过程掌握温度的几种控制方式，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。 二、预习与参考 C语言、计算机控制技术、自动控制原理 三、实验（设计）的要求与数据 温度控制指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。 1．每组4~5同学，每个小组根据实验室提供的设备及设计要求，设计并制作出实际电路组成一个完整的计算机温度控制测控系统。 2．根据设备情况以及被控对象，选择1~2种合适的控制算法，编制程序框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。 四、实验（设计）仪器设备和材料清单 工业控制机、烘箱、温度变送器、直流电源、万用表、温度计等 五、实验过程 （一）.硬件的连接 图1 硬件接线图
《过程控制系统》实验报告 学院：电气学院 专业：自动化 班级：1505 姓名及学号：任杰311508070822 日期：2018.6.3
实验一、单容水箱特性测试 一、 实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。 二、 实验设备 1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。 三、 实验原理 图1 单容水箱特性测试结构图 由图 2-1 可知，对象的被控制量为水箱的液位 h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q 1，手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值，Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q （式2-1），动态时，则有dt dV Q Q = -21，（式2-2）式中 V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与 h 的关
系为Adh dV =，即dt dh A dt dV =（式2-3），A 为水箱的底面积。把式（2-3）代入式（2-2）得dt dh A Q Q =-21（式2-4）基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻，（式2-4）可改写为dt dh A R h Q S =-1，1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H （式2-5）式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关，（式2-5）为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ，则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=（式2-6）,当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入，当T t =时，()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示 当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是 时间常数 T ，由响应曲线求得 K 和 T 后，就能求得单容水箱的传递函 数如式（2-5）所示。 如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间