1、基于單片機技術(shù)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名：魏傳維指導(dǎo)教師：李紅艷電熱鍋爐溫度水位控制系統(tǒng)設(shè)計綱要1.電加熱鍋爐研究的意義2.設(shè)計目標(biāo)和控制方案選擇3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.系統(tǒng)仿真6.結(jié)論基于單片機技術(shù)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計交流電機的負荷分配意義：電加熱鍋爐采用全新加熱方式，無污染，完全可以稱為綠色環(huán)保鍋爐。電加熱鍋爐具有以下特點： 無污染。能量轉(zhuǎn)化效率高。鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡單，安全性好?？刹捎糜嬎銠C監(jiān)控，完全實現(xiàn)自動化。電加熱鍋爐研究的意義設(shè)計目標(biāo)和控制方案選擇 設(shè)計目標(biāo)：利用ATmega16單片機設(shè)計一套功能簡單、使用方便、價格低廉的溫度和水位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)該具備實時顯示溫度的功

2、能和溫度設(shè)置功能。要求恒溫溫度控制的范圍在0C 100C，連續(xù)可調(diào)，測量誤差=1C。且具有水位過高過低報警、高低水位控制功能。交流電機的負荷分配系統(tǒng)控制方案的選擇： 由于電加熱鍋爐是一個具有非線性、大滯后、大慣性、時變性、升溫單向性等特點的控制對象，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達到很好的控制效果，因此選擇PID控制進行溫度控制。液位控制需要能實現(xiàn)過高過低水位報警，因此選用簡單易行的電接點水位計。設(shè)計目標(biāo)和控制方案選擇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：系統(tǒng)的硬件設(shè)計ATmega16AD590水位電極加熱電阻電磁閥顯示電路鍵盤電路報警電路繼電器SSR交流電機的負荷分配交流電機的負荷分

3、配系統(tǒng)工作原理：在溫控部分，選用ATmega16單片機為中央處理器，通過AD590溫度傳感器進行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，再由單片機控制顯示器，并進行PID處理，然后驅(qū)動固態(tài)繼電器的通斷，控制加熱電阻的導(dǎo)通周期數(shù)，實現(xiàn)對溫度的控制。在水位控制部分，當(dāng)水位到達對應(yīng)水位時，水位電極會將信號送入單片機，然后單片機會做出相應(yīng)的動作。系統(tǒng)的硬件設(shè)計交流電機的負荷分配 AD590簡介 AD590溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進型溫度傳感器，AD590的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍3.0-5.5V；溫度以

4、9或12位數(shù)字讀出；用戶可以定義報警設(shè)置；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作而已。系統(tǒng)的硬件設(shè)計交流電機的負荷分配功率驅(qū)動部分：本系統(tǒng)功率驅(qū)動部分采用單片機控制的固態(tài)繼電器控溫電路，其波形為完整的正弦波，對熱慣性較大的被控對象，是一種穩(wěn)定、可靠、較合理的控制方法，因而本系統(tǒng)采用過零觸發(fā)方法 。系統(tǒng)的硬件設(shè)計交流電機的負荷分配水位檢測電路： 由于水的導(dǎo)電性十分微弱，因此電極送出的電信號十分微弱，不能直接送入單片機，因此需要對該信號進行處理，這里我們選用PNP三極管開關(guān)電路。電路接法如右圖所示。 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 交流電機的負荷分配系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件原理圖交流電機

5、的負荷分配本系統(tǒng)的軟件大體可分為三個部分：主程序：主要對內(nèi)存單元進行分配，對一些變量值賦初值，對中斷系統(tǒng)進行初始化操作；循環(huán)執(zhí)行水位控制程序。鍵盤中斷服務(wù)程序：對鍵盤中斷進行響應(yīng)，然后掃描鍵盤，轉(zhuǎn)入對應(yīng)的鍵值程序。 T0中斷服務(wù)程序：用來進行溫度信號采樣、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、PID運算和控制輸出。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 主程序流程圖：交流電機的負荷分配系統(tǒng)的軟件設(shè)計 由于位置型算法控制算式不夠方便，需要累加偏差，不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此，我們選用增量型算法。增量型算法的算式如下： 其中：交流電機的負荷分配在MATLAB下搭建的溫度閉環(huán)控制部分的系統(tǒng)框圖：系統(tǒng)仿真 其中

6、取鍋爐的近似數(shù)學(xué)模型為：系統(tǒng)仿真 仿真結(jié)果如右圖所示。經(jīng)過調(diào)試，確定PID參數(shù)為：Kp=3.4，Ki=0.0027，Kd=1。從圖中可以看出，系統(tǒng)的響應(yīng)速度較快，靜差幾乎為零，且沒有超調(diào)量。 交流電機的負荷分配結(jié)論 基于ATmega16單片機的電熱鍋爐水位和溫度控制系統(tǒng)，在硬件部分有以下的特點：（1） 對于液位，利用電接點傳感器將采集到的開關(guān)信號送入單片機中，在單片機中進行比較操作，并控制電磁閥的通斷。（2） 對于溫度利用溫度傳感AD590，將采樣到的溫度信號直接輸入到單片機中，再由單片機根據(jù)測量溫度與設(shè)定溫度的差值和PID算法生成控制信號，控制電爐的通電與斷電。（3） 在顯示電路上采用了串行方式，從而減小了單片機口線的使用。這樣的設(shè)計使系統(tǒng)不需要使用A/D轉(zhuǎn)換芯片，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、所用芯片少。 交流電機的負荷分配總結(jié) 在軟件上，有以下一些特點：（1） 溫度控制部分采用了經(jīng)典的PID算法，方法簡單，且控制效果良好；（2） 同時采用過零觸發(fā)直接使用PID的控制輸出去控制加熱的時間，免去了一級D/A轉(zhuǎn)換器，減小了成本，且簡單易行；（3） 采用定時器中斷對采樣時間進行控制，使每一次的采樣時間基本相同，減小了對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。（4） 在程序的編寫過程中特別注意了人機的交互性及各種功能的實現(xiàn)，使系統(tǒng)的操作界面更容易讓人理解。 致謝首先感謝李紅艷