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水温控制凌阳单片机PID温控详细解答资料过程

'水温控制凌阳单片机PID温控详细解答资料过程'
凌阳大学计划www.unsp.com.cn 电子竞赛 之 水温控制系统 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 设计功能及要求 Ø 功能 设计制作一个水温控制系统,控制对象为1升净水,容 器为搪瓷器皿,水温可以在范围内由人工设定,并能 在环境温度降低时,实现自动调整,以保持设定温度 基本不变。 Ø 指标要求 § 环境温度降低时(例如用电风扇降温)温度控制的静 态误差≤1℃。 § 温度设定范围为40~90℃,最小区分度为1℃,标定温 度≤1℃。 § 用十进制数码管显示水的实际温度。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 设计功能及要求 Ø 发挥部分 § 采用适当的控制方法,当设定温度突变(由40℃提高 60℃)时,减小系统调节时间和超调量。 § 温度控制的静态误差≤0.2℃。 § 在设定温度发生突变(由40℃提高到60℃)时,自动 打印水温随时间变化的曲线。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 水 温 控 制 系 统 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 摘要 本系统采用凌阳十六位单片机SPCE061A实现温度 控制,温度信号由PT1000和电压放大电路提供。通过 PID算法实现对电炉温度和水温控制。同时,具有温度 数字语音播报和显示。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn (一)方案设计与论证 Ø测量部分  方案一:采用热敏电阻,可满足40摄氏度至90摄氏度 测量范围,但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较 差,对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。 方案二:采用温度传感器铂电阻Pt1000。Pt1000精度 和重复性较好,且电路设计方便。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn (一)方案设计与论证 Ø驱动部分 方案一:此方案采用89C51单片机实现,但是 89C51需外接模数转换器来满足数据采样。如 果系统增加语音播放功能,还需外接语音芯片, 对外围电路来说,比较复杂,且软件实现也较 麻烦。另外,51单片机需要用仿真器来实现软 硬件调试,较为繁琐。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn (一)方案设计与论证 Ø驱动部分  方案二:此方案采用SPCE061A单片机实现,此单片机内 置8路ADC,2路DAC,且集成开发环境中,配有很多语音 播放函数,用SPCE061A实现语音播放极为方便。另外, 比较方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口,可以 方便实现在线调试,这大大加快了系统的开发与调试。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn (二)系统硬件电路设计 Ø 硬件电路结构 语音播放 数据显示 键盘设定 SPCE061A 16bit CPU 数据采集 串行接口--打印 继电器 热电炉 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 继电器部分电路 CONTROL RELAY VCC K1 2 1 Q8 4 IOA4 3 5 NPN8050 RELAY SPDT www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 继电器简介 Ø常用的继电器种类 固态继电器;电磁继电器 Ø继电器重要的指标数: 1) 触点最大额定值――触点能可靠通断的最大电压和 电流值,它是一个与最大开断功率、最大通断电压和 最大通断电流相关的参数,此参数将在每种继电器的 详细规范中以曲线的形式表示; www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 继电器简介 Ø最大通断电压――触点能可靠通断的电路电压 上限,一般情况下,交流和直流的最大电压值不相同。 Ø最大通断电流――触点能可靠通断的最大电路 电流上限,一般情况下,交流和直流的最大电流值不 相同。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 测温部分电路 Pt1000部分电路 CHECK_TEMPERATURE VCC_5V VCC VCC R3 1M R 4 U1A 4 U1B 3 100k + 1 5 R4 2 + 7 - 6 HT9274 R - 1 Pt1000 1 HT9274 1 1 VCC 1M 1k 100k D1 1.2V www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 温度传感器 Ø 铂电阻 铂电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定能用于工业 测温元件和作为温度标准。 Rt = R0(1+At+Bt*t) Rt是温度为t摄氏度时的电阻,R0是温度为0摄氏度时的电阻; t为任意温度;A,B为温度系数。 Pt1000: 0摄氏度时阻值是1K欧姆,100摄氏度阻值是1380欧姆。 零点调节方法:外接固定阻值1K欧姆,调节电位器输出电压为稳 压二极管电压值。此处为1.2V. Ø 热敏电阻(NTC,PTC,CTR) Ø 集成温敏传感器 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 运放介绍 Ø HT9274集成四个运算放大器 Ø 单电源供电 Ø 工作电压1.6V---5.5V Ø 低功耗每个放大器消耗电流<5uA Ø 与LM324/274(14pin)兼容 运放电路:采用差动运放。可以进行手动调节。 定零点 比较方便较准确。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn LED数码管电路 R32 1 2 3 4 LED-3 5 6 7 8 IOA8 IOA9 R-PACK4 IOA10 IOA11 R32 IOA12 1 2 IOA13 3 4 IOA14 5 6 IOA15 7 8 R-PACK4 3 2 1 9 4 2 1 1 5 3 8 U10 + + + + + + + + + A B E F P C D G D LED5641A D D - - - - 1 2 3 4 M M - M M O O D O O C C D C C 4 1 0 1 1 7 1 6 3 3 Q1 Q2 Q3 3 2 8050 2 8050 8050 2 1 1 1 IOB0 IOB1 IOB2 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn LED数码管介绍 Ø 电路分析: 此处使用的电阻起限流和稳流作用。晶体管用来做电流开关,总体来说 电阻和晶体管都是用来调整LED数码管亮度的。另外考虑到软件驱动显 示的方便性,因此选择的端口为IOB0至IOB9。 Ø 数码管简单介绍: ü 用单片机驱动LED数码管有很多方法,按显示方式分,有静态显示 和动态(扫描)显示,按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。 静态显示数据稳定,使用的硬件较多; ü 动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新,显示数据有闪 烁感,占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊;静态显示虽 然数据稳定,占用很少的CPU时间,但每个显示单元都需要单独的 显示驱动电路,动态显示虽然有闪烁感,占用的CPU时间多,但使 用的硬件少,能节省线路板空间。 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn LED数码管介绍 基本电路连接 3 Q3 R12 R12 2 Q1 PNP-8550 1K 1K NPN-8050 2 1 2 R12 LED R12 D1 1K D1 1K LED 2 3 2 Q3 D1 2 1 Q1 D1 1 NPN-8050 PNP-8550 LED LED 1 1 1 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 按键部分电路 KEY_1_3 SW1 IOA0 SW1 IOA1 SW1 IOA2 www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 语音播放部分电路 DAC J2 VDDH CON3 C20 C21 C23 8 7 U2 SPH 1 2 3 + 104 100u 5 2 J3 VSS + 224 4 1 2 1 C - 1 A D SPY0030 SPL 3 6 C25 2 J12 Speaker R10 3 104 R9 2 1K 1K C26 1 104 3 AVSS2 PHONEJACK www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 功放芯片介绍 Ø SPY0030简介 工作电压 2.4V---6V 最高输出功率达到850mW www.sunplus.com.tw SUTeNchnPoLlogUy Sfor Easy Living凌阳大学计划www.unsp.com.cn 串口通讯部分电路 H D D V
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