恒溫水箱控制系統(tǒng)調(diào)研報(bào)告

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))調(diào)研報(bào)告題 目： 恒溫水箱控制系統(tǒng)學(xué)生姓名： 馮明勇 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0601 指導(dǎo)教師： 梅英老師 完成時(shí)間： 2010.1.31 一、課題任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)用單片機(jī)控制水溫的恒溫控制系統(tǒng)，以單片機(jī)為主控器，利用PID控制原理及PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱內(nèi)水溫的控制，使水箱中的水溫保持在設(shè)定溫度的1范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。1、目的1、培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；2、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力；3、增強(qiáng)學(xué)生理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)運(yùn)用和文字表達(dá)等方面的能力；4、開(kāi)啟心智，培養(yǎng)專業(yè)思維，為以后工作打下良好的基礎(chǔ)。2、要求 完成3

2、秒溫度傳感器讀一次溫度并顯示；完成在10分鐘之內(nèi)達(dá)到設(shè)定的溫度值；完成一直保持設(shè)定的溫度（在誤差范圍之內(nèi)）；完成改變?cè)O(shè)定溫度時(shí)，控制的水溫能達(dá)到設(shè)定的溫度。二、方案選擇本系統(tǒng)若根據(jù)課題要求可有多種實(shí)現(xiàn)方案（1）方案一 此方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值和設(shè)定值比較后，決定加熱或不回?zé)?。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼顯示，不能用鍵盤(pán)設(shè)定。（2）方案二 此方案是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精提高。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且仍

3、不能用數(shù)碼顯示和鍵盤(pán)設(shè)定（3）方案三 此方案采用89S51單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制看法和邏輯控制?？蓪?shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示和鍵盤(pán)設(shè)定等多種功能，系統(tǒng)電路框圖如下：數(shù)碼顯示電源電路鍵盤(pán)設(shè)定鍵盤(pán)設(shè)定89S51 單片機(jī)控制電路串行接口電源電路數(shù)據(jù)采集方案一和方案二是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，控制方案的修改也較麻煩。而方案三是采用以89S51為控制核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，尤其對(duì)溫度控制，它可達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的控制效果，并且可實(shí)現(xiàn)顯示、鍵盤(pán)設(shè)定等多種功能，又易于擴(kuò)展，大大提高了系統(tǒng)的智能化，也使得系統(tǒng)所測(cè)結(jié)果精度大大提高。故選擇方案三

4、。三、工作原理溫度測(cè)量及加熱系統(tǒng)控制的總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)溫度采集、實(shí) 時(shí)溫度顯示、加熱控制參數(shù)設(shè)置、加熱電路控制輸出、與報(bào)警裝置和系統(tǒng)核心 AT89S5* 單片機(jī)作為微處理器。 溫度采集電路以數(shù)字量形式將現(xiàn)場(chǎng)溫度傳至單片機(jī)。單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)溫度與用戶設(shè) 定的目標(biāo)溫度，按照已經(jīng)編程固化的模糊控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)控制量。以此控制量控制 固態(tài)繼電器開(kāi)通和關(guān)斷，決定加熱電路的工作狀態(tài)，使水溫逐步穩(wěn)定于用戶設(shè)定的目標(biāo) 值。在水溫到達(dá)設(shè)定的目標(biāo)溫度后，由于自然冷卻而使其溫度下降時(shí)，單片機(jī)通過(guò)采樣 回的溫度與設(shè)置的目標(biāo)溫度比較，作出相應(yīng)的控制，開(kāi)啟加熱器。當(dāng)用戶需要比實(shí)時(shí)溫 度低的溫度時(shí)，

5、此電路可以利用風(fēng)扇降溫。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各 狀態(tài)參量均可由數(shù)碼 管實(shí)時(shí)顯示。 程序的主要流程圖主程序顯示程序開(kāi)始開(kāi)始設(shè)初值設(shè)初值顯示第一位？啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換是否調(diào)整？掃描三位掃描四位否是調(diào)上限調(diào)下限退出顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序開(kāi)始顯示否取數(shù)中斷完畢？是轉(zhuǎn)換送顯緩串口通信程序轉(zhuǎn)ASCII是否超限？送顯緩TI為？超上限超下限清零未超報(bào)警送數(shù)返回返回主要參考文獻(xiàn)與資料簡(jiǎn)介：1 李光飛. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M .北京：航空航天大學(xué)出版社，2003本書(shū)除簡(jiǎn)要地介紹51系列單片機(jī)的硬件資源及指令外,重點(diǎn)列舉了13個(gè)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例。文中對(duì)實(shí)例的硬件電路原理,軟件設(shè)計(jì)思想及功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,并給出了完整的

6、源程序及注釋,這對(duì)單片機(jī)初學(xué)者迅速理解單片機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用原理具有很好的效果。讀者可以參考給出的硬件電路及源程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與練習(xí),從而逐步掌握具體應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法2 吳堅(jiān)，趙英凱. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002本書(shū)通過(guò)總結(jié)作者的科研成果和吸收國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)理論、方法和技術(shù)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和與控制理論有機(jī)結(jié)合為基礎(chǔ)，從工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放性、集散性、網(wǎng)絡(luò)化的觀點(diǎn)出發(fā)，將現(xiàn)代分布式控制系統(tǒng)作為主線索，先進(jìn)的控制技術(shù)作為支撐，結(jié)合典型控制系統(tǒng)，介紹和論述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理、分析設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)。本書(shū)主要介紹輸入輸出通道技術(shù)、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)

7、現(xiàn)、計(jì)算機(jī)控制策略與實(shí)現(xiàn)以及網(wǎng)絡(luò)集成式分布控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)中還介紹了系統(tǒng)組態(tài)、組態(tài)軟件的基本概念、方法和技術(shù)；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組成介紹中，立中于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，以策略為內(nèi)核，把系統(tǒng)集成與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)概念、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)列為重點(diǎn)并兼顧管控一體化的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。3 高海生.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M.西安交通大學(xué)出版社，19974 翟玉文，艾學(xué)忠.熱電阻熱電偶測(cè)溫電路J. 電子測(cè)量技術(shù). 2002 (5)：5 康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M.華中理工大學(xué)出版社，20016 康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M.華中理工大學(xué)出版社，20027 林紀(jì)鵬，王君編. 傳感器技術(shù)C.傳感器技術(shù)編輯部，2002.28

8、閆伍德.MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用以MCS51系列單片機(jī)為主線，以新一代80C51為實(shí)例，詳細(xì)介紹了單片機(jī)的原理與應(yīng)用。全書(shū)共分10章，主要內(nèi)容包括： 單片機(jī)基礎(chǔ)、單片機(jī)開(kāi)發(fā)快速入門(mén)、單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、MCS51指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)與定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口與I2C總線、系統(tǒng)擴(kuò)展與接口、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以及實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)以有趣的項(xiàng)目化實(shí)例介紹了單片機(jī)與新熱敏微打接口設(shè)計(jì)、ISP編程、用Keil Vision3開(kāi)發(fā)C語(yǔ)言程序的過(guò)程以及用Proteus ISIS 7進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真的方法。9 陳寶江.MCS單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)用指南M.機(jī)械工業(yè)出版社，1997基礎(chǔ)篇論述了Intel單片機(jī)的軟硬件原理、I/o功能的特點(diǎn)及功能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。應(yīng)用篇詳細(xì)論述了設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所涉及的典型IC芯片技術(shù)、先進(jìn)的傳感器技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理等，并且深入分析了24個(gè)應(yīng)用實(shí)例。開(kāi)發(fā)篇在論述開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，較為全面地介紹了流行的MCS96/98/51單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和典型的用戶系統(tǒng)，最后扼要的介紹了PL/M語(yǔ)言地特點(diǎn)及應(yīng)用原理。10 程啟明. 8098單片機(jī)控制電阻爐溫度系統(tǒng)J. 電測(cè)與儀表. 1994，(4)本文介紹了電阻爐微