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基于单片机的电加热水温控制器设计

时间:2014-04-10 20:31来源:毕业设计网 作者:友好论文中心 点击:
摘 要:随着电力电子技术、计算机控制技术和传感检测技术的迅猛发展,计算机和传感器的可靠性逐步提高,智能化的温度控制技术被越来越广泛的采用。同时快速发展了多种先进的温度控制方式,如:PID控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制,这些控制技术大大的
摘  要:随着电力电子技术、计算机控制技术和传感检测技术的迅猛发展,计算机和传感器的可靠性逐步提高,智能化的温度控制技术被越来越广泛的采用。同时快速发展了多种先进的温度控制方式,如:PID控制,模糊控制,神经网络及遗传算法控制,这些控制技术大大的提高了控制精度。系统的设计适用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。它以STC单片机为核心部件,通过数码管显示温度和16个数字功能键实现人机对话,实现在室温~95℃之间的温度控制,使用单总线DS18B20温度传感器实时采集温度,利用双向可控硅电路进行加热,当温度达到规定,进行声音报警。系统的设计特点是温度控制部分采用PID数字控制方法,用PID算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出控制信号给执行机构,最终实现对水温的高精度控制。
 
关键词:单片机;电加热水温控制;DS18B20温度传感器;PID数字控制

课题研究的内容

课题主要研究内容如下:
A.根据课题要求,进行系统方案的模块化设计,进行总体方案的选择,确定以STC单片机为控制核心,使用DS18B20温度传感器进行温度检测,4位7段数码管进行温度的显示,4×4矩阵键盘进行输入,加热模块用双向可控硅加热。
B.选择控制所需的硬件并进行系统硬件电路的设计,进行原理图的绘制,在原理图的基础上设计PCB图。
C.进行系统软件的设计,能实现对温度的实时显示和在范围内进行设定温度,并根据温度的设定进行加热。
D.对系统进行软硬件调试。

系统方案设计

2.1 系统的设计要求

A.温度控制范围:室温~95℃;控制精度(±2℃)。
B.显示:采用4位LED七段码实时显示被控对象的温度。
C.键盘:16个数字和功能键,可进行控制温度的设定。
D.辅助功能:温度达到规定,进行声音提示。

2.2 总体方案的选择

方案一:方案采用经典的比例控制原理,方案框图如图2-1所示,用触发555比较器与热敏电阻比较器相结合,构成一个温度控制器。主要就是实现了控制波形的占空比的动态变化,从而使电热器的功率发生动态的改变,来实现比较优良的控制性能。该方案大部分电路都涉及到模拟电路知识,虽然结构简单,各部分功能作用明显,但难点在于传感器的选择和各电路之间的合理连接。 

图2-1 方案一工作原理框图
方案二:方案采用以PLC为控制器,方案框图如图2-2所示,由温度变送器、温度调节器、触摸屏及报警显示等部分组成,采用PID算法,运用PLC梯形图编程语言进行编程,实现温度控制。该方案虽然实现了可视化和自动化,但设计起来有一定的难度。

图2-2 方案二工作原理框图
方案三:方案采用单片机为核心控制器,方案框图如图2-3所示,它以单片机为核心,通过数码管显示温度,使用温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示,使用双向可控硅电路进行加热,采用C语言编程,实现电加热水温的控制。该方案不仅具有功能强大,体积小,成本低的优点,而且可编程,智能化温度控制技术的广泛采用使系统灵活性大大提高。
图2-3 方案三工作原理框图
通过以上三个方案的简单分析,可以知道三个方案都是现实生活中实际应用的温度控制的原理方案,但是从制作的工艺难度来说,选择可能性较大的方案三,它是采用单片机为核心的控制系统,因为有单片机基础,所以对其设计起来相对容易。综上所述,决定采用方案三作为此次毕业设计的方案。
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