文档介绍：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≤℃。(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  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,℃,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。 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、画面效果好、抗干扰能力强。同时 12864 带有字库,编程容易,且具有多种功能:光标显示、画面移位、睡眠模式、增加可读性、降低功耗。由于要显示只有设定和测量的两个温度值,8 位数码管足够使用,所以选择方案一。 控制电路部分方案一:采用 8031 芯片,其内部没有程序存储器,需要进行外部扩展,这给电路增加了复杂度。方案二:采用 2051 芯片,其内部有 2KB 单元的程序存储器,不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的 I/O 口,因此此芯片资源不够用。方案三:采用 AT89C51 单片机,其内部有 4KB 单元的程序存储器,不需外部扩展程序存储器,而且它的 I/O 口也足够本次设计的要求。比较这三种方案,综合考虑单片机的各部分资源,因此此次设计选用方案三。 PID 过程控制部分:①过程控制的基本概念过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。一、 模拟控制系统图 5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测,这个值与给定值进行比较,得到偏差,模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化,以使偏差趋近于零,其输出通过执行器作用于过程。控制规律用对应的模拟硬件来实现,控制规律的修改需要更换模拟硬件。二、 微机过程控制系统图 5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。控制规律的实现,是通过软件来完成的。改变控制规律,只要改变相应的程序即可。三、 数字控制系统 DDC图 5-1-3 DDC 系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测,并根据确定的控制规律(算法)进行计算,通过输出通道直接去控制执行机构,使各被控量达到预定的要求。由于