课程设计(论文)_基于单片机的淋浴水温控制系统的设计.doc

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1、基于单片机的淋浴水温控制系统的设计摘要:本论文对实际情况进行数学建模,并根据分析和实验的结果设计了控制系统。利用工业控制的8031单片机搭建控制系统,系统的前向通道未用了成本低、休积小、线性电流传感器，为提高精度，传感器设计了T型滤波器以增加杭干扰能力，单片机应用未用PID葬法的撞制方式担制双向可控硅的导通、关断，调整功率，使之切断或接通加热器，从而控制水温稳定在预设定值上。系统后向通道采用干扰小、器件运行可靠的过零触发方式，省去了传统的D/A接口电路，简化了硬件设备。在软件设计中，为提高精度我们采用了数字滤波方案以减少干扰信号的比重。根据温控的单回路PID数字调节器的硬件设计，完成实时浏重(

2、传感采样)、实时决策(PID控制运算)和实时控制(调功)三部分功能，为防止超调量过大，对PID算法进行了适当改进，用单片机产生PWM波对电机进行控制,调节冷热水管的流量,最终达到控制输出水温的目的。目录引言21.设计任务2基本要求3发挥部分32方案论证3方案一3方案二4方案三43方案设计6系统工作原理6主要电路设计7软件设计94性能指标测试:125结论13系统误差分析13参考文献14引言随着自动化技术的进一步发展,现在很多家庭都希望能享受智能化服务的家居环境;人们生活无非衣食住行,对于居住,如果有智能化淋浴设施,更能为生活增色不少,智能化淋浴设施中关键的两项技术为:温度控制与流量控制,其中人们

3、对于温度控制是希望在自己设定数值以后变化不大,仅仅在设定数值周围波动;而流量则直接按需要进行调节。1.设计任务设计制作一个淋浴水温控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。淋浴水温调节系统由温度传感装置、控制系统、显示装置、冷水流控制装置、热水流控制装置、总流量控制装置构成,如图2-1所示。其中流量与温度有一定的关系,系统利用温度传感器测量水的温度,并将其结果传递到控制系统,将温度显示出来,并与所设置的温度进行对比,根据对比所得到的结果来控制冷热水的流量。图2-1水温调节系统组成框图水温调节系统目标

4、是控制出水管的温度和流量。对于流量的控制,是通过手动调节来实现的;而对于温度的控制,则是先通过控制面板手动调定好温度的数值,再通过闭环控制其真实水温围绕设定水温小范围波动。基本要求(1) 温度设定范围为400CJ900C，最小区分度为1 C，标定温差10C（2）环境温度降低时(例如用电风扇降温)温度控制的静态误差10Co (3) 用十进制数码显示水的实际温度。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 0C)时，减小系统的调节时间和超调量。 (2) 温度控制的静态误差B时，用PD控制 当eiB时，用PID控制4性能指标测试:1.测试条件 环境温度为23 C2.测试仪

5、器 MY-68数字万用表SS一7804双通道示波器DA一16晶体管毫伏表JM一222数字温度计3.测量方法(1) 测温度:将温度计与传感器同时浸入搪瓷杯的水中，对电炉进行全功率加热，测试水温温度。单位()(2) 恒温设定及调整:用键盘设定一固定温度值，对1升水进行加热，恒温。单位() (3) 静态误差测试用键盘设定一固定温度值，对1升水加热，恒温，同时用电风煽降低周围环境温度，测试静态误差。单位()4.整机指标(1)前向通道部分传感器测温范围:一5555数据采集周期: 10次/秒采集精度:三位半A/D转换(相当于11位二进制数)(2)后向通道部分功率控制:最大电流6A(3)键盘显示部分温度设定

6、:35 99显示范围:099. 95结论(1)该集成传动系统的优点是结构紧凑,制造工艺简便。(2)与有杆活塞式液压缸相比,采用无杆活塞缸使得相关部位由动密封转变为静密封,流体泄漏容易控制。(3)斜面-钢球-斜面-钢球三级增力机构的增力效果,显著高于同类的一级及二级增力机构12,设计夹具时应优先选用。(4)斜面-钢球-斜面-钢球三级增力机构的力传递效率相对较低。但由于理论增力系数很大,故仍能得到相对较大的实际增力系数。系统误差分析从整个电路原理框图来看，系统的主要误差来源于以下几个方面:1. A/D变换器MC14433的量化误差。指标为(士1LSB) 满度误差为: 2.由于系统前向通道设计中，须

7、加入一些必要的T型滤波网络，虽然采用对称网络，抑制传输中间的干扰，提高了系统误差与精度，但也给电路中引入一些非线性因素，使得温度传感器的线性度受到影响，从而引入了新的误差。3.在PID控制算法中，我们采用的是理想PID数字控制器，虽然其算法较实际PID更为简单，更易实现，但其控制品质较差，原因在于其微分作用仅局限于第一个采样周期有一个大幅度输出，一般执行机构无法在较短采样周期内跟踪较大的微分作用输出，须综合考虑多方面因素。4.由于实验所用测量工具(如温度计)本身精度以及所带来的视觉误差，加上温度变化惯性较大，动态测量时准确控制测量精度略有难度。参考文献1钟康民，宋强，郭培全 钢球增力液压夹具J

8、制造技术与机床, 1999 (11): 47482芮丰 新颖的滚珠式力放大机构J机械设计,1992 (3): 49503林文焕，陈本通 机床夹具设计M北京:国防工业出版社, 19874 赵亮,侯国锐.单片机C语言编程与实例M.北京:人民邮电出版社,.5 金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用J.电子技术应用,2000,(6):66-68.6 金春林,邱慧芳,张皆喜.AVR系列单片机C语言编程与应用实例M.北京:清华大学出版社,.7 孙道忠,王卫星,许利霞,等.鱼塘含氧量自动监控系统J.农机化研究,2005,(4):128-131.8 丁易新.OCMJ图形液晶显示器与AVR单片机的接口设计J.电子工程师,2005,31(4):48-50.9 肖恩忠.基于AT89C52的电阻炉智能温度控制系统J.农机化研究,2005,(3):238-239.10 朱余清,吴伟斌,洪添胜,等.基于虚拟仪器技术的发动机测功系统J.广西大学学报(自然科学版),2004,19(4):310-314.