DOC《职业技术学院》

职业技术学院 综合毕业实践说明书(论文) ? 标题: 水温控制系统的设计 ? ? ? 系别: 电子工程系 专业: 电子信息工程 学号: 姓名: 指导教师: ?? 年月日摘要该设计为一个由单片机控制的智能水温控制系统.

以单片机为核心,设计一个水温系统控制装置.水温可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度变化时实现自动调整,以保持设定温度基本不变.控制方法采用了基于能量控制观点、具有模糊控制思想的变模式控制,使系统可以通过简便的高速就能做到恒温精度高,而且参数对系统的依赖性弱,参数调整方便. 关键词:单片机 温度控制 VMIC 目录摘要I目录II

1 绪论11.1水温控制系统应用现状及方法

1 2 总体设计框图及软件模块

2 2.1总体设计方案的选择

2 2.2硬件结构框图

3 2.3软件模块图

4 3 硬件设计

5 3.1单片机选择

5 3.2温度数据采集部分

5 3.2.1传感器

5 3.2.2变送装置

7 3.2.3 A/D转换

8 3.3控制部分

9 3.3.1有效功率控制

9 3.3.2交流电过零检测电路设计

10 3.3.3开关电路及驱动电路接口

10 3.4 人机接口

11 3.4.1键盘输入及接口

11 3.4.2 LED显示器接口电路

12 4 软件设计及算法研究

13 4.1主程序

13 4.2人机接口

17 4.2.1键盘

17 4.2.2显示器

18 4.3数据采集

19 4.4 PID控制算法研究及设计

24 结束语:

28 致谢29 参考文献

29 附录30

1 绪论1.1水温控制系统应用现状及方法 当今世界,科学技术的发展日新月异.在这空前的技术发展过程中,电子信息技术以其独特的渗透力和亲合力,正在迅速地改变着我们周围的一切.利用现代电子信息技术来改变我们的生活,改变我们的生活,改造传统的合行合业,已成为当今社会的共识. 随着微型计算机告别是单片机的不断发展,其档次不断提高,功能越来越强.它冲击着人类的方方面面,使其应用领域不断扩大,广泛应用于众多领域中.单片机的应用领域是无所不至的,大致有几下几个方面:在智能仪器仪表中的应用;

在机电一体化中的应用;

在实时过程中的应用;

在人类生活中的应用,例如洗衣机、电冰箱、空调机、电饭煲等许多家用电器中都配上了单片机,从而提高了自动化的程度,增强了功能.单片机用于工业控制是近年来发展非常迅速的领域.现在许多自动化的生产车间里,各种参数,如温度、压力、流量等的监视及处理都是靠单片机来实现. 水温控制在生产中及生活中都发挥着重要的作用,如一些现代化车间里,生产特殊要求产品加工需要在一定的温度下才能进行,水产养殖中,也要对水的温度进行严格的控制,才能确保达到最好的效果,在家居生活中,我们同样离不开水温的控制,如电热水器,自动饮水机等,都要用到水温控制系统. 实现水温控制的方法有很多种方法,如单片机控制,PLC控制,模糊控制等,而其中用单片机实现的水温控制系统,具有可靠性高,价格低廉,简单易实现等众多优点,众多领域发挥着重要的作用. 液体溶液的温度控制是工业生产中经常使用的,以往比较成熟的控制算法是PID调节法,由于PID控制算法简单且易于实现,因此被广泛应用于过程控制.已知对像精确数学模型时,只要正确设定参数,PID调节器便可实现作用.PID制器在工业生产过程控制中的应用已有几十年的历史,长期以来自动化仪表行业都在试图突破这种传统的控制模式以期获得控制的高质量及自动化仪表自身的发展,但是时至今日PID调节仍是工业过程最基本的控制方式.在集散系统中尽管类别众多,其硬件结构、软件平台以及通讯方式各有差别,但以PID调节模块为基础,实现串级、前馈、解耦、分程预估等先进控制的灵活组态方式却是共同的.在-些内模控制系统或具有软测量技术的系统、上位优化系统(SPC)以及整体优化系统,PID调节仍然是基础. 由于过程控制系统执行机构的复杂性,变量间的关联性和非线性等原因,使找到一组合适的PID参数适合整个系统的宽范围调控相当困难,这对要求控制范围宽、响应快、连续可调系统就显得力不从心了,工业对像普遍存在着非线性、时变性和不确实性等因素,因而难以建立精确数学模型,此时PID的控制效果难以达到预期指标.模糊控制不依赖于对像模型,它利用被控过程的动态信息,依据规则知识进行推理获得合适的控制量,因而具有较强的鲁棒性,但控制精度往往不尽人意.模糊控制则显示了巨大的优越性,将模糊控制应用于PID调节参数整定,对使用电炉加热的水温进行控制取得了满意的效果. 分析表明,模糊控制和PID的结合是提高控制性能的有效手段.为了提高PID的控制精度及鲁性,人们提出了基于辨识的PID参数自适应整定方法,收到了较好的控制效果.