基于单片机技术的温度控制系统设计.ppt

基于单片机技术的温度控制系统设计,学生姓名：魏传维,指导教师：李红艳,电热锅炉温度水位控制系统设计,纲要1.电加热锅炉研究的意义2.设计目标和控制方案选择3.系统的硬件设计4.系统的软件设计5.系统仿真6.结论,基于单片机技术的温度控制系统设计,交流电机的负荷分配,意义：电加热锅炉采用全新加热方式，无污染，完全可以称为绿色环保锅炉。电加热锅炉具有以下特点：无污染。能量转化效率高。锅炉本体结构简单，安全性好。可采用计算机监控，完全实现自动化。,电加热锅炉研究的意义,设计目标和控制方案选择,设计目标：利用ATmega16单片机设计一套功能简单、使用方便、价格低廉的温度和水位控制系统。系统应该具备实时显示温度的功能和温度设置功能。要求恒温温度控制的范围在0C100C，连续可调，测量误差=1C。且具有水位过高过低报警、高低水位控制功能。,交流电机的负荷分配,系统控制方案的选择：由于电加热锅炉是一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，用传统的控制理论和方法很难达到很好的控制效果，因此选择PID控制进行温度控制。液位控制需要能实现过高过低水位报警，因此选用简单易行的电接点水位计。,设计目标和控制方案选择,系统的结构框图：,系统的硬件设计,交流电机的负荷分配,交流电机的负荷分配,系统工作原理：在温控部分，选用ATmega16单片机为中央处理器，通过AD590温度传感器进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并进行PID处理，然后驱动固态继电器的通断，控制加热电阻的导通周期数，实现对温度的控制。在水位控制部分，当水位到达对应水位时，水位电极会将信号送入单片机，然后单片机会做出相应的动作。,系统的硬件设计,交流电机的负荷分配,AD590简介AD590温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型温度传感器，AD590的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围3.0-5.5V；温度以9或12位数字读出；用户可以定义报警设置；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作而已。,系统的硬件设计,交流电机的负荷分配,功率驱动部分：本系统功率驱动部分采用单片机控制的固态继电器控温电路，其波形为完整的正弦波，对热惯性较大的被控对象，是一种稳定、可靠、较合理的控制方法，因而本系统采用过零触发方法。,系统的硬件设计,交流电机的负荷分配,水位检测电路：由于水的导电性十分微弱，因此电极送出的电信号十分微弱，不能直接送入单片机，因此需要对该信号进行处理，这里我们选用PNP三极管开关电路。电路接法如右图所示。,系统的硬件设计,交流电机的负荷分配,系统的硬件设计,硬件原理图,交流电机的负荷分配,本系统的软件大体可分为三个部分：主程序：主要对内存单元进行分配，对一些变量值赋初值，对中断系统进行初始化操作；循环执行水位控制程序。键盘中断服务程序：对键盘中断进行响应，然后扫描键盘，转入对应的键值程序。T0中断服务程序：用来进行温度信号采样、数据转换、PID运算和控制输出。,系统的软件设计,系统的软件设计,主程序流程图：,交流电机的负荷分配,系统的软件设计,由于位置型算法控制算式不够方便，需要累加偏差，不仅要占用较多的存储单元，而且不便于编写程序，为此，我们选用增量型算法。增量型算法的算式如下：,其中：,交流电机的负荷分配,在MATLAB下搭建的温度闭环控制部分的系统框图：,系统仿真,其中取锅炉的近似数学模型为：,系统仿真,仿真结果如右图所示。经过调试，确定PID参数为：Kp=3.4，Ki=0.0027，Kd=1。从图中可以看出，系统的响应速度较快，静差几乎为零，且没有超调量。,交流电机的负荷分配,结论,基于ATmega16单片机的电热锅炉水位和温度控制系统，在硬件部分有以下的特点：（1）对于液位，利用电接点传感器将采集到的开关信号送入单片机中，在单片机中进行比较操作，并控制电磁阀的通断。（2）对于温度利用温度传感AD590，将采样到的温度信号直接输入到单片机中，再由单片机根据测量温度与设定温度的差值和PID算法生成控制信号，控制电炉的通电与断电。（3）在显示电路上采用了串行方式，从而减小了单片机口线的使用。这样的设计使系统不需要使用A/D转换芯片，使整个系统结构紧凑、所用芯片少。,交流电机的负荷分配,总结,在软件上，有以下一些特点：（1）温度控制部分采用了经典的PID算法，方法简单，且控制效果良好；（2）同时采用过零触发直接使用PID的控制输出去控制加热的时间，免去了一级D/A转换器，减小了成本，且简单易行；（3）采用定时器中断对采样时间进行控制，使每一次的采样时间基本相同，减小了对系统稳定性的影响。（4）在程序的编写过程中特别注意了人机的交互性及各种功能的实现，使系统的操作界面更容易让人理解。,致谢,首先感谢李红艳老师