水温过程控制系统设计毕业论文.doc

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1、水温控制系统设计报告摘要考虑到题目的要求，本设计采用单片机开实现，设计采用现成有的AT89C52单片机（实际AT89C2051即可满足要求）。单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和各种逻辑控制。本设计的主要特点：1）温度采集部分采用DS18B20单总线数字温度传感器。DS18B20具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强的特点。该器件将半导体温敏器件，A/D转换器，存储器等集成在一个芯片上，传感器输出的就是温度信号数字值。使用该器件不仅大大简化了温度采集部分，而且也提高了温度采集部分的抗干扰性

2、。2）控制部分采用固态继电器。a固态继电器内部采用光耦合方式，可实现弱电部分与强电部分的完全隔离。b固态继电器的反应时间较短。考虑到加热器件的热惯性，使用固态继电器在实际温度接近设定温度时可采用调节输出信号占空比的方式（即PWM方式）来控制继电器的通断，使系统稳定时间缩短。3）设定值可被记忆。DS18B20内部含有EEPROM电擦除ROM用于存储设定的上下限报警值，因此每次设定的值都可以被存储下来，直到下一次设定为止。一．方案论证和比较（1）方案一采用二位式模拟控制方案，利用上下限比较电路，提高精度。这种方法是模拟

3、控制方式，因此不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用数码显示和键盘设定。（框图见C-1）负载固态继电器信号处理上限比较信号放大采集信号温度预置下限比较（图C-1）（2）方案二采用热敏电阻作传感器，以AT89C52单片机为核心进行整个系统的管理、协调。该方案有A/D转换、测量和控制等部分。比第一种方案有设计灵活、精度高等优点。但该方案采用A/D转换器，在线路设计上数据线多，不易实现数摸隔离，且成本高。（框图见C-2）显示数码管键盘电路单片机系统温度传感器固态继电器A/D转换电路报警电路（框图见C-2）（

4、3）方案三此方按采用AT89C52单片机，并利用温度传感器DS18B20。它具有精度高﹑可靠性好和能直接将模拟被测量转换成数字量输出，因此不需要加A/D转换，电路更加简单。加上单片机软件编程灵活﹑自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可用数码管显示水温的实际值，可用键盘输入设定值。（设计框图如图C—3所示）数码显示DS18B20温度数据采集单片机系统（AT89C52）驱动电路电炉继电器键盘设定电源电路超温报警（图C—3）2．方案论证方案一是传统的模拟控制方式，而模拟的控制系统难以实现复杂控制规

5、律，控制方案的修改也比较麻烦。而方案二虽采用AT89C52为控制核心，但它利用摸数转换器件实现数据采集，它在电路设计上比较复杂。而方案三是采用AT89C52为控制核心的单片机控制系统，利用数字温度传感器DS48B20进行温度的采集。DS18B20可以直接读出被测温度，而且采用三线制与单片机相连减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。在电路上设计上比方案二更加简单，也可以实现显示、键盘设定、报警等功能，大大的提高了系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。故经过对三种方案的比较，本设计及制作采用了方案三。二

6、．系统原理(1)传感器选择常见的感温元件有热电偶、热电阻、半导体和集成等传感器，它们的主要优缺点是：热电偶价格便宜，但精度低，需冷端补偿，电路设计复杂；热电阻精度高，但需要标准稳定电阻匹配才能使用。而半导体温度传感器需要经过模数转换，数据线多，电路设计比较难。而集成温度传感器具有精度高，线性度好，电路简单，价格适中等优点。因此我们选用由美国DALLAS半导体公司生产的智能型温度传感器DS18B20。(2)控制算法实验表明，水温控制系统中，由于加热电炉的热惯性，温度会有一定的超调。而采用单纯的PID控制始终具有较大的

7、超调，因此在输出控制上我们采用PWM方式实现，PWM的基本原理是在一定周期内调节占空比，设定值与实测温度值之差和输出信号的占空比成正比，即实测值与设定值越接近，则输出信号的占空比越小。当实测温度值等于设定值时，输出信号占空比为0，控制继电器关断，停止加热。(3)单元电路描述1.CPU本系统采用AT89C52芯片作为核心部件，89C52内部带有8K字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线。（图见1—1）2.信号采集电路本系统信号主要由温度传感器DS18B20组成，因为是集成芯片，可以不加其它电

8、路直接将芯片数据输出口接到CPUI/O口上。(见图1-2)（图1—1）（图1—2）3.键盘设定本系统共设4个键：其中一个键是单片机系统复位用，一个是温度设定键(p1.6)、加一(p1.4)、减一键(p1.5)。（图见1—3）（图1—3）（图1—4）4．数码显示数码管采用三位共阳数码管。使用单片机P0口输出段码，用P2.5—P2.7控制三极管的导通和截至，进行