課程設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的淋浴水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的淋浴水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要:本論文對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,并根據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)。利用工業(yè)控制的8031單片機(jī)搭建控制系統(tǒng),系統(tǒng)的前向通道未用了成本低、休積小、線性電流傳感器，為提高精度，傳感器設(shè)計(jì)了T型濾波器以增加杭干擾能力，單片機(jī)應(yīng)用未用PID葬法的撞制方式擔(dān)制雙向可控硅的導(dǎo)通、關(guān)斷，調(diào)整功率，使之切斷或接通加熱器，從而控制水溫穩(wěn)定在預(yù)設(shè)定值上。系統(tǒng)后向通道采用干擾小、器件運(yùn)行可靠的過(guò)零觸發(fā)方式，省去了傳統(tǒng)的D/A接口電路，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)備。在軟件設(shè)計(jì)中，為提高精度我們采用了數(shù)字濾波方案以減少干擾信號(hào)的比重。根據(jù)溫控的單回路PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件設(shè)計(jì)，完成實(shí)時(shí)瀏重(

2、傳感采樣)、實(shí)時(shí)決策(PID控制運(yùn)算)和實(shí)時(shí)控制(調(diào)功)三部分功能，為防止超調(diào)量過(guò)大，對(duì)PID算法進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,調(diào)節(jié)冷熱水管的流量,最終達(dá)到控制輸出水溫的目的。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc196471135 引言 PAGEREF _Toc196471135 h 1 HYPERLINK l _Toc196471136 1.設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc196471136 h 2 HYPERLINK l _Toc196471137 基本要求 PAGEREF _Toc196471137 h 3 HYPERLINK l

3、 _Toc196471138 發(fā)揮部分 PAGEREF _Toc196471138 h 3 HYPERLINK l _Toc196471139 2方案論證 PAGEREF _Toc196471139 h 3 HYPERLINK l _Toc196471140 方案一 PAGEREF _Toc196471140 h 3 HYPERLINK l _Toc196471141 方案二 PAGEREF _Toc196471141 h 4 HYPERLINK l _Toc196471142 方案三 PAGEREF _Toc196471142 h 4 HYPERLINK l _Toc196471143 3方

4、案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc196471143 h 5 HYPERLINK l _Toc196471144 系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc196471144 h 5 HYPERLINK l _Toc196471145 主要電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc196471145 h 6 HYPERLINK l _Toc196471146 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc196471146 h 9 HYPERLINK l _Toc196471147 4性能指標(biāo)測(cè)試: PAGEREF _Toc196471147 h 11 HYPERLINK l _Toc196471148 5結(jié)論 PAG

5、EREF _Toc196471148 h 12 HYPERLINK l _Toc196471149 系統(tǒng)誤差分析 PAGEREF _Toc196471149 h 12 HYPERLINK l _Toc196471150 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc196471150 h 13引言隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)在很多家庭都希望能享受智能化服務(wù)的家居環(huán)境;人們生活無(wú)非衣食住行,對(duì)于居住,如果有智能化淋浴設(shè)施,更能為生活增色不少,智能化淋浴設(shè)施中關(guān)鍵的兩項(xiàng)技術(shù)為:溫度控制與流量控制,其中人們對(duì)于溫度控制是希望在自己設(shè)定數(shù)值以后變化不大,僅僅在設(shè)定數(shù)值周圍波動(dòng);而流量則直接按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.設(shè)

6、計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)淋浴水溫控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為1升凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。淋浴水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)由溫度傳感裝置、控制系統(tǒng)、顯示裝置、冷水流控制裝置、熱水流控制裝置、總流量控制裝置構(gòu)成,如圖2-1所示。其中流量與溫度有一定的關(guān)系,系統(tǒng)利用溫度傳感器測(cè)量水的溫度,并將其結(jié)果傳遞到控制系統(tǒng),將溫度顯示出來(lái),并與所設(shè)置的溫度進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)對(duì)比所得到的結(jié)果來(lái)控制冷熱水的流量。圖2-1水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成框圖水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)目標(biāo)是控制出水管的溫度和流量。對(duì)于流量的控制,是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的;而對(duì)于溫度的控制,則是先通過(guò)控制面板手

7、動(dòng)調(diào)定好溫度的數(shù)值,再通過(guò)閉環(huán)控制其真實(shí)水溫圍繞設(shè)定水溫小范圍波動(dòng)。1.1基本要求(1) 溫度設(shè)定范圍為400CJ900C，最小區(qū)分度為1 C，標(biāo)定溫差10C（2）環(huán)境溫度降低時(shí)(例如用電風(fēng)扇降溫)溫度控制的靜態(tài)誤差10Co (3) 用十進(jìn)制數(shù)碼顯示水的實(shí)際溫度。1.2發(fā)揮部分 (1) 采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ?dāng)設(shè)定溫度突變(由40提高到60 0C)時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。 (2) 溫度控制的靜態(tài)誤差B時(shí)，用PD控制 當(dāng)eiB時(shí)，用PID控制4性能指標(biāo)測(cè)試:1.測(cè)試條件 環(huán)境溫度為23 C2.測(cè)試儀器 MY-68數(shù)字萬(wàn)用表SS一7804雙通道示波器DA一16晶體管毫伏表JM一222數(shù)字溫度

8、計(jì)(1) 測(cè)溫度:將溫度計(jì)與傳感器同時(shí)浸入搪瓷杯的水中，對(duì)電爐進(jìn)行全功率加熱，測(cè)試水溫溫度。單位()(2) 恒溫設(shè)定及調(diào)整:用鍵盤設(shè)定一固定溫度值，對(duì)1升水進(jìn)行加熱，恒溫。單位() (3) 靜態(tài)誤差測(cè)試用鍵盤設(shè)定一固定溫度值，對(duì)1升水加熱，恒溫，同時(shí)用電風(fēng)煽降低周圍環(huán)境溫度，測(cè)試靜態(tài)誤差。單位()4.整機(jī)指標(biāo)(1)前向通道部分傳感器測(cè)溫范圍:一5555數(shù)據(jù)采集周期: 10次/秒采集精度:三位半A/D轉(zhuǎn)換(相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù))(2)后向通道部分功率控制:最大電流6A(3)鍵盤顯示部分溫度設(shè)定:35 99顯示范圍:099. 95結(jié)論(1)該集成傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,制造工藝簡(jiǎn)便。(2)與有桿

9、活塞式液壓缸相比,采用無(wú)桿活塞缸使得相關(guān)部位由動(dòng)密封轉(zhuǎn)變?yōu)殪o密封,流體泄漏容易控制。(3)斜面-鋼球-斜面-鋼球三級(jí)增力機(jī)構(gòu)的增力效果,顯著高于同類的一級(jí)及二級(jí)增力機(jī)構(gòu)12,設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。(4)斜面-鋼球-斜面-鋼球三級(jí)增力機(jī)構(gòu)的力傳遞效率相對(duì)較低。但由于理論增力系數(shù)很大,故仍能得到相對(duì)較大的實(shí)際增力系數(shù)。系統(tǒng)誤差分析從整個(gè)電路原理框圖來(lái)看，系統(tǒng)的主要誤差來(lái)源于以下幾個(gè)方面:1. A/D變換器MC14433的量化誤差。指標(biāo)為(士1LSB) 滿度誤差為: 2.由于系統(tǒng)前向通道設(shè)計(jì)中，須加入一些必要的T型濾波網(wǎng)絡(luò)，雖然采用對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，抑制傳輸中間的干擾，提高了系統(tǒng)誤差與精度，但也給電路中引入

10、一些非線性因素，使得溫度傳感器的線性度受到影響，從而引入了新的誤差。3.在PID控制算法中，我們采用的是理想PID數(shù)字控制器，雖然其算法較實(shí)際PID更為簡(jiǎn)單，更易實(shí)現(xiàn)，但其控制品質(zhì)較差，原因在于其微分作用僅局限于第一個(gè)采樣周期有一個(gè)大幅度輸出，一般執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法在較短采樣周期內(nèi)跟蹤較大的微分作用輸出，須綜合考慮多方面因素。4.由于實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量工具(如溫度計(jì))本身精度以及所帶來(lái)的視覺(jué)誤差，加上溫度變化慣性較大，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)準(zhǔn)確控制測(cè)量精度略有難度。參考文獻(xiàn)1鐘康民，宋強(qiáng)，郭培全 鋼球增力液壓夾具J制造技術(shù)與機(jī)床, 1999 (11): 47482芮豐 新穎的滾珠式力放大機(jī)構(gòu)J機(jī)械設(shè)計(jì),1992 (3): 49503林文煥，陳本通 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)M北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 19874 趙亮,侯國(guó)銳.單片機(jī)C語(yǔ)言編程與實(shí)例M.北京:人民郵電出版社,2003.307-311.5 金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J.電子技術(shù)應(yīng)用,2000,(6):66-68.6 金春林,邱慧芳,張皆喜.AVR系列單片機(jī)C語(yǔ)言編程與應(yīng)用實(shí)例M.北京:清華大學(xué)出版社,2003.277-282.7 孫道忠,王衛(wèi)星,許利霞,等.魚塘含氧量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)J.農(nóng)機(jī)化研究,2005,(4):128-