XX 学
微型计算机控制技术 课程设计(文)
题目: 电热水器恒温控制器设计
院(系): 电气工程学院
专业班级: 动化
学 号:
学生姓名:
指导教师: (签字)
起止时间: 201312302013110
课程设计(文)务评语
院(系):电气工程学院 教研室:动化
学 号
学生姓名
专业班级
动化
课程设计(文)题目
电热水器恒温控制器设计
课程设计(文)务
课题完成功设计务求技术参数
实现功
采单片机作控制器温度传感器信号放电路AD转换器采集温度设定值进行较PID算法控制器输出控制加热装置两位LED显示温度控象仿真研究时似
设计务求
1确定系统设计方案包括单片机选择输入输出通道键盘显示电路
2建立控象数学模型
3推导控制算法设计算法程序流程图程序清单
4仿真研究验证设计结果
5撰写印设计说明书份设计说明书应4000字
技术参数
温度设定范围:35~65℃
误差:±5
进度计划
1 布置务查阅资料确定系统方案(1天)
2 控象建模(1天)
3 算法推导程序设计(3天)
4 仿真研究(2天)
5撰写印设计说明书(2天)
6答辩(1天)
指导教师评语成绩
时: 文质量: 答辩:
总成绩: 指导教师签字:
年 月 日
注:成绩:时20 文质量60 答辩20 百分制计算
摘
科技飞黄腾达天种产品日益更新换代然着生活水提高电加热恒温控制器普遍家户电热水器求越越高越趋智化数字化
系统设计电热水器恒温控制器温度采集电路单片机控制系统温度控制电路机话通道4 功模块组成温度采集电路温度传感器信号放AD转换组成温度控制电路控制信号输出通道 功率放电路光电耦合电路双晶闸电加热装置组成单片机根键盘输入预设目标温度采集实时温度进行PID 调节PID 输出调节P W M 脉占空P W M 脉作单片机输出控制固态继电器开通关断调节电阻丝加热程度实现温度控制两位LED显示温度
关键词:温度采集电路温度控制电路AD转换PID调节
目 录
第1章 绪 1
第2章 课程设计方案 2
21概述 2
22系统组成总体结构 2
第3章 硬件设计 3
31硬件介绍 3
311 单片机介绍 3
312 ADC0804模数转化器介绍 4
313 AD590温度传感器介绍 4
32 温度采集电路设计 5
33 温度控制电路设计 5
34 键盘输入电路 5
35显示电路 6
36 系统原理图 7
第4章 软件设计 8
41流程图设计 8
4.2 系统控制算法 8
第5章 系统测试分析实验数分析 10
第6章 课程设计总结 11
参考文献 12
第1章 绪
年市场陆续出现热水器控制器数控制器存着诸性稳定容易产生误操作温度水位检测控制误差显示器时出现乱码电辅助加热装置配合等弊端必然会催生性较稳定功强智型热水器控制器
着中国电力基础设施断建立完善储水式热水器普电热水器市场中细分产品—快热式电热水器更快更方便巧时尚外形越越受亲睐作业新生力量迅速崛起断壮0304年年增长速度已超50然市场销售总量然少燃气式储水式市场份额预测06年超15毋庸质疑快热式电热水器热水器发展方着气价涨相信电热水器市场会呈现强劲增长势头
现代社会中热水器控制电路原理仅应生活方面运涉生产方面着生活质量提高酒店厂房家庭生活中会见热水器控制电路影子更服务社会着电子技术发展特着规模集成电路产生生活带根性变化果说微型计算机出现现代科学研究质飞跃单片机技术出现现代工业控制测控领域带次新革命应微型计算机控制技术采PID调节算法电热水器恒温控制器更调节温度固满足需求
文设计分两部分硬件部分软件部分硬件部分介绍:智家电热水器电路设计单片机AT89C51AD转换器ADC0804功温度传感器AD590介绍系统硬件高性价AT89C51单片机核心温度采集电路温度控制电路键盘显示电路温度显示电路构成软件设计设计系统流程图系统控制算法
第2章 课程设计方案
21概述
次设计综合应学知识设计电热水器恒温控制器设计实践基技方面进行次系统训练够较全面巩固应微型计算机控制技术课程中学基理基方法初步掌握型微型计算机控制技术系统设计基方法
应场合:应供浴室洗手间厨房家电器
实现功:采单片机作控制器温度传感器信号放电路AD转换器采集温度设定值进行较PID算法控制器输出控制加热装置两位LED显示温度
22系统组成总体结构
系统设计电热水器恒温控制器温度采集电路单片机控制系统温度控制电路机话通道4 功模块组成温度采集电路温度传感器信号放AD转换组成温度控制电路控制信号输出通道 功率放电路光电耦合电路双晶闸电加热装置组成单片机根键盘输入预设目标温度采集实时温度进行PID 调节PID 输出调节P W M 脉占空P W M 脉作单片机输出控制固态继电器开通关断调节电阻丝加热程度实现温度控制两位LED显示温度系统总体组成结构图21 示
单
片
机
温度传感器
温度传感器
信号放
AD转换
键盘输入
温度显示
功率放
光电耦合电路
双晶闸
电加热装置
图21系统总体结构框图
第3章 硬件设计
31硬件介绍
311 单片机介绍
控单元采单片机AT89C51单片机AT89C51 美国ATMEL种低功耗高性微处理器嵌入式控制系统提供种灵活性高廉价方案单片机AT89C51片含4KB反复擦PEROM(Flash Programmable andErasable Read Only Memory)带128B机存储器(RAM)四行8位双IO口外控单元采频率12MHz晶振样系统运行周期1μs利系统时间计算引脚功:
P3口:P3口脚8带部拉电阻双IO口接收输出4TTL门电流P3口写入1部拉高电作输入作输入外部拉低电P3口输出电流(ILL)拉缘
P3口作AT89C51特殊功口表示:
口脚 备选功:
P30 RXD(串行输入口)
P31 TXD(串行输出口)
P32 INT0(外部中断0)
P33 INT1(外部中断1)
P34 T0(记时器0外部输入)
P35 T1(记时器1外部输入)
P36 WR(外部数存储器写选通)
P37 RD(外部数存储器读选通)
P3口时闪烁编程编程校验接收控制信号
RST:复位输入振荡器复位器件时保持RST脚两机器周期高电时间
ALEPROG:访问外部存储器时址锁存允许输出电锁存址位字节FLASH编程期间引脚输入编程脉时ALE端变频率周期输出正脉信号频率振荡器频率16作外部输出脉定时目然注意:作外部数存储器时跳ALE脉想禁止ALE输出SFR8EH址置0时 ALE执行MOVXMOVC指令ALE起作外该引脚略微拉高果微处理器外部执行状态ALE禁止置位效
PSEN:外部程序存储器选通信号外部程序存储器取指期间机器周期两次PSEN效访问外部数存储器时两次效PSEN信号出现
EAVPP:EA保持低电时期间外部程序存储器(0000HFFFFH)否部程序存储器注意加密方式1时EA部锁定RESETEA端保持高电时间部程序存储器FLASH编程期间引脚施加12V编程电源(VPP)
XTAL1:反振荡放器输入部时钟工作电路输入
XTAL2:反振荡器输出
312 ADC0804模数转化器介绍
ADC0804属连续渐进式(Successive Approximation Method)AD转换器类型AD转换器转换速度快(十百us)分辨率高外价钱便宜优点普遍应微电脑接口设计输出8位ADC0804动作说明连续渐进式AD转换器转换原理
工作电压: 5VVCC 5V
模拟输入电压范围:0~ 5V0≤Vin≤ 5V
分辨率:8位分辨率121256转换值介0~255间
转换时间:100us(fCK640KHz时)
转换误差:±1LSB
参考电压:25VVref25V
313 AD590温度传感器介绍
AD590美国ANALOG DEVICES公司单片集成两端感温电流源输出电流绝温度成例4 V30 V电源电压范围该器件充高阻抗恒流调节器调节系数1 µAK片薄膜电阻激光调整校准器件该器件2982K (25°C)时输出2982 µA电流适150°C目前采传统电气温度传感器温度检测应低成单芯片集成电路需支持电路特点成许温度测量应种吸引力备选方案应AD590时需线性化电路精密电压放器电阻测量电路冷结补偿 AD590测温范围 55℃~+150℃ AD590电源电压范围4~30 V承受44 V正电压20 V反电压器件反接会损坏 精度高AD590 55℃~+150℃范围非线性误差仅±03℃
图31 AD590温度传感器
32 温度采集电路设计
前通道信息采集通道 包括温度传感器信号放AD转换电路组成信号采集电路单片机核心信号处理电路水温温度传感器信号放电路产生0~5V模拟电压信号送AD 转换器模拟量转换数字量通系统总线送单片机进行运算处理图31中温度传感器采AD59O温度变换电流运算放器Opo7电阻RlVRIRZVRZ组成信号转换放电路温度转换电压信号采ADC0804电压信号转换数字信号输送单片机
33 温度控制电路设计
温度控制系统采通断控制 通改变定控制周期加热器导通关断时间达调节温度目系统控电路双控硅输出型光电耦合器MOC3061双控硅BTA12 组成单片机P16口输出低电时驱动器7407 输出低电MOC3061输入端电流输入输出端双控硅导通触发外部双控硅BTA12导通加热器通电P16端输出高电时MOC3061 输出端双控硅关断外部双控硅BTA12关断加热器断电
34 键盘输入电路
次设计求温度传感器信号放电路AD转换器采集温度设定值进行较单片机输入预定温度值次求控制温度范围35~65℃间键盘输入电路设计四键输入中键设置输入35~65中意数字两键分定义加1减1样改变输入数值键设置复位时返回温度设定值固满足次设计求
35显示电路
系统显示电路两译码驱动芯片CD4511两LED(数码)显示器构成两发光数码分显示温度值位值十位值CD4511驱动阴极LED显示器BCD码—七段码译码器该芯片具BCD转换消隐锁存控制七段译码驱动功CMOS电路提供较拉电流直接驱动LED显示器
36 系统原理图
图31系统原理图
第4章 软件设计
41流程图设计
系统通温度传感器检测电热水器实际温度 ADC0804温度传感器输出信号放转换成数字信号 存入AT89C51部数存储器 处理送LCD 显示采集值设定值进行较PID 运算控制量单片机输出控制加热器
启动AD
转换完成
读取转换结果
转换结果处理
发送温度
调PID
延时1秒
初始化
Y
N
41 程序流程图
4.2 系统控制算法
控制系统中 数字PID 控制器PID 控制器种线性控制器 设定值测量值间偏差例(P)积分(I)微分(D) 通线性组合构成控制量控象进行控制
1采两惯性环节串联成实验控象T11秒T205秒K02
GO(s) ≈
2外部接线图图42示函数发生器B5单元作信号发生器矩形波输出施加测系统输入端LABACT程序测0V阶跃5V时控象响应曲线图43示
图43 控象响应曲线
4通常取Y0(t1)03Y0(∞) Y0(t2)07Y0(∞)响应曲线中测t1081st2181s求:T01180sζ0389s
5工程整定法求数字PID调节控制参数KP0358TI0733TD0135
第5章 系统测试分析实验数分析
构造模拟电路图图51示应LABACT软件调试设置参数KP0358TI0733TD0135响应曲线图52示
图52 系统仿真曲线
第6章 课程设计总结
着电子技术发展特着规模集成电路产生生活带根性变化果说微型计算机出现现代科学研究质飞跃单片机技术出现现代工业控制测控领域带次新革命应微型计算机控制技术采PID调节算法电热水器恒温控制器更调节温度固满足需求
现电热水器种供洗手间浴室厨房家电器市场传统机械式电热水器控制精度低性差着生活水提高电热水器求越越高越趋智化数字化
次系统设计热水器恒温控制器方案温度传感器AD590检测温度信号信号放采ADC0804模数转换器模拟信号转换成数字信号送单片机处理单片机根键盘输入预设目标温度采集实时温度进行PID 调节输出控制信号功率放电路光电耦合电路双晶闸控制电加热器通断实现温度控制
通次课程设计更加深微型计算机控制技术理解次独完成设计锻炼型工程设计奠定定基础
参考文献
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辽宁工业学课程设计
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