課程設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的淋浴水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的淋浴水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要:本論文對實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,并根據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)。利用工業(yè)控制的8031單片機(jī)搭建控制系統(tǒng),系統(tǒng)的前向通道未用了成本低、休積小、線性電流傳感器，為提高精度，傳感器設(shè)計(jì)了t型濾波器以增加杭干擾能力，單片機(jī)應(yīng)用未用pid葬法的撞制方式擔(dān)制雙向可控硅的導(dǎo)通、關(guān)斷，調(diào)整功率，使之切斷或接通加熱器，從而控制水溫穩(wěn)定在預(yù)設(shè)定值上。系統(tǒng)后向通道采用干擾小、器件運(yùn)行可靠的過零觸發(fā)方式，省去了傳統(tǒng)的d/a接口電路，簡化了硬件設(shè)備。在軟件設(shè)計(jì)中，為提高精度我們采用了數(shù)字濾波方案以減少干擾信號的比重。根據(jù)溫控的單回路pid數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件設(shè)計(jì)，完成實(shí)時(shí)瀏重(

2、傳感采樣)、實(shí)時(shí)決策(pid控制運(yùn)算)和實(shí)時(shí)控制(調(diào)功)三部分功能，為防止超調(diào)量過大，對pid算法進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，用單片機(jī)產(chǎn)生pwm波對電機(jī)進(jìn)行控制,調(diào)節(jié)冷熱水管的流量,最終達(dá)到控制輸出水溫的目的。目錄引言11.設(shè)計(jì)任務(wù)21.1基本要求31.2發(fā)揮部分32方案論證32.1方案一32.2方案二42.3方案三43方案設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)工作原理53.2主要電路設(shè)計(jì)63.3軟件設(shè)計(jì)94性能指標(biāo)測試:115結(jié)論12系統(tǒng)誤差分析12參考文獻(xiàn)13引言隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)在很多家庭都希望能享受智能化服務(wù)的家居環(huán)境;人們生活無非衣食住行,對于居住,如果有智能化淋浴設(shè)施,更能為生活增色不少,智能化淋浴設(shè)施

3、中關(guān)鍵的兩項(xiàng)技術(shù)為:溫度控制與流量控制,其中人們對于溫度控制是希望在自己設(shè)定數(shù)值以后變化不大,僅僅在設(shè)定數(shù)值周圍波動(dòng);而流量則直接按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)淋浴水溫控制系統(tǒng)，控制對象為1升凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。淋浴水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)由溫度傳感裝置、控制系統(tǒng)、顯示裝置、冷水流控制裝置、熱水流控制裝置、總流量控制裝置構(gòu)成,如圖2-1所示。其中流量與溫度有一定的關(guān)系,系統(tǒng)利用溫度傳感器測量水的溫度,并將其結(jié)果傳遞到控制系統(tǒng),將溫度顯示出來,并與所設(shè)置的溫度進(jìn)行對比,根據(jù)對比所得到的結(jié)果來控制冷熱水的流

4、量。圖2-1水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成框圖水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)目標(biāo)是控制出水管的溫度和流量。對于流量的控制,是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的;而對于溫度的控制,則是先通過控制面板手動(dòng)調(diào)定好溫度的數(shù)值,再通過閉環(huán)控制其真實(shí)水溫圍繞設(shè)定水溫小范圍波動(dòng)。1.1基本要求(1) 溫度設(shè)定范圍為400cj900c，最小區(qū)分度為1 c，標(biāo)定溫差10c（2）環(huán)境溫度降低時(shí)(例如用電風(fēng)扇降溫)溫度控制的靜態(tài)誤差10co (3) 用十進(jìn)制數(shù)碼顯示水的實(shí)際溫度。1.2發(fā)揮部分 (1) 采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度突變(由40提高到60 0c)時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。 (2) 溫度控制的靜態(tài)誤差b時(shí)，用pd控制 當(dāng)eib時(shí)，用pid控

5、制4性能指標(biāo)測試:1.測試條件 環(huán)境溫度為23 c2.測試儀器 my-68數(shù)字萬用表ss一7804雙通道示波器da一16晶體管毫伏表jm一222數(shù)字溫度計(jì)3.測量方法(1) 測溫度:將溫度計(jì)與傳感器同時(shí)浸入搪瓷杯的水中，對電爐進(jìn)行全功率加熱，測試水溫溫度。單位()(2) 恒溫設(shè)定及調(diào)整:用鍵盤設(shè)定一固定溫度值，對1升水進(jìn)行加熱，恒溫。單位() (3) 靜態(tài)誤差測試用鍵盤設(shè)定一固定溫度值，對1升水加熱，恒溫，同時(shí)用電風(fēng)煽降低周圍環(huán)境溫度，測試靜態(tài)誤差。單位()4.整機(jī)指標(biāo)(1)前向通道部分傳感器測溫范圍:一5555數(shù)據(jù)采集周期: 10次/秒采集精度:三位半a/d轉(zhuǎn)換(相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù))(2)

6、后向通道部分功率控制:最大電流6a(3)鍵盤顯示部分溫度設(shè)定:35 99顯示范圍:099. 95結(jié)論(1)該集成傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,制造工藝簡便。(2)與有桿活塞式液壓缸相比,采用無桿活塞缸使得相關(guān)部位由動(dòng)密封轉(zhuǎn)變?yōu)殪o密封,流體泄漏容易控制。(3)斜面-鋼球-斜面-鋼球三級增力機(jī)構(gòu)的增力效果,顯著高于同類的一級及二級增力機(jī)構(gòu)12,設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。(4)斜面-鋼球-斜面-鋼球三級增力機(jī)構(gòu)的力傳遞效率相對較低。但由于理論增力系數(shù)很大,故仍能得到相對較大的實(shí)際增力系數(shù)。系統(tǒng)誤差分析從整個(gè)電路原理框圖來看，系統(tǒng)的主要誤差來源于以下幾個(gè)方面:1. a/d變換器mc14433的量化誤差。指標(biāo)為

7、(士1lsb) 滿度誤差為: 2.由于系統(tǒng)前向通道設(shè)計(jì)中，須加入一些必要的t型濾波網(wǎng)絡(luò)，雖然采用對稱網(wǎng)絡(luò)，抑制傳輸中間的干擾，提高了系統(tǒng)誤差與精度，但也給電路中引入一些非線性因素，使得溫度傳感器的線性度受到影響，從而引入了新的誤差。3.在pid控制算法中，我們采用的是理想pid數(shù)字控制器，雖然其算法較實(shí)際pid更為簡單，更易實(shí)現(xiàn)，但其控制品質(zhì)較差，原因在于其微分作用僅局限于第一個(gè)采樣周期有一個(gè)大幅度輸出，一般執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法在較短采樣周期內(nèi)跟蹤較大的微分作用輸出，須綜合考慮多方面因素。4.由于實(shí)驗(yàn)所用測量工具(如溫度計(jì))本身精度以及所帶來的視覺誤差，加上溫度變化慣性較大，動(dòng)態(tài)測量時(shí)準(zhǔn)確控制測量精度

8、略有難度。參考文獻(xiàn)1鐘康民，宋強(qiáng)，郭培全 鋼球增力液壓夾具j制造技術(shù)與機(jī)床, 1999 (11): 47482芮豐 新穎的滾珠式力放大機(jī)構(gòu)j機(jī)械設(shè)計(jì),1992 (3): 49503林文煥，陳本通 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)m北京:國防工業(yè)出版社, 19874 趙亮,侯國銳.單片機(jī)c語言編程與實(shí)例m.北京:人民郵電出版社,2003.307-311.5 金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用j.電子技術(shù)應(yīng)用,2000,(6):66-68.6 金春林,邱慧芳,張皆喜.avr系列單片機(jī)c語言編程與應(yīng)用實(shí)例m.北京:清華大學(xué)出版社,2003.277-282.7 孫道忠,王衛(wèi)星,許利霞,等.魚塘含氧量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)j.農(nóng)機(jī)化研究,2005,(4):128-131.8 丁易新.ocmj圖形液晶顯示器與avr單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)j.電子工程師,2005,31(