基于单片机技术原理温度控制系统新设计

1、基于单片机技术的温度控制系统设计基于单片机技术的温度控制系统设计意义：意义：电加热锅炉采用全新加热方式，无污染，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。电加热锅炉完全可以称为绿色环保锅炉。电加热锅炉具有以下特点具有以下特点： 无污染无污染。能量转化效率高能量转化效率高。锅炉本体结构简单，安全性好。锅炉本体结构简单，安全性好。可采用计算机监控，完全实现自动化可采用计算机监控，完全实现自动化。 设计目标设计目标：利用利用ATmega16ATmega16单片机设计一套功能简单、使用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。系统方便、价格低廉的温度和水位控制

2、系统。系统应该具备实时显示温度的功能和温度设置功能。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要求恒温温度控制的范围在0 0C 100C 100C C，连，连续可调，测量误差续可调，测量误差=1=1C C。且具有水位过高过。且具有水位过高过低报警、高低水位控制功能。低报警、高低水位控制功能。系统控制方案的选择：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

3、理论和方法很难达到很模型，用传统的控制理论和方法很难达到很好的控制效果，因此选择好的控制效果，因此选择PID控制进行温度控控制进行温度控制。制。液位控制需要能实现过高过低水位报警，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因此选用简单易行的电接点水位计。系统的结构框图：系统的结构框图：ATmega16AD590水位电极水位电极加热电阻加热电阻电磁阀电磁阀显示电路显示电路键盘电路键盘电路报警电路报警电路继电器继电器SSR系统工作原理：系统工作原理：在温控部分，选用在温控部分，选用ATmega16ATmega16单片机为中央处单片机为中央处理器，通过理器，通过AD590AD

4、590温度传感器进行温度采集，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，并进行片机控制显示器，并进行PIDPID处理，然后驱动处理，然后驱动固态继电器的通断，控制加热电阻的导通周固态继电器的通断，控制加热电阻的导通周期数，实现对温度的控制。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，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。会做出相应的动作。 AD590AD590简介简介 AD590温度传感器是美国DALLAS半导

5、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。功率驱动部分：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 。水位检测电路：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

6、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。 硬件原理图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jun-2010Sheet of File:D:my design毕业设计.ddbDrawn By:A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U774HC164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U874HC164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U1074HC164A1B2Q03Q14Q

7、25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U974HC16412345678161514131211109RESPACK1200*812345678161514131211109RESPACK2200*812345678161514131211109RESPACK3200*812345678161514131211109RESPACK4200*8Y112MC220pC120P+5VR234.7K+5V-2+134U5SSRR19150接220V交流电+5VRLRES1U64N25R20300D11DIODE+5V+24V接12V直流电D9D10LS1SPEAKERR15500R1

8、6500R173.1K+5V+5VabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdppower9DS1DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdppower9DS2DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdppower9DS3DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdppower9DS4DPY_7-SEG_DPGND3VDD1DQ2U2DS18B20电磁阀S1SW-PBS2SW-PBS4SW-PBS5SW-PBR1310KR1410K+5VU474LS06T58550+5V

9、+5VP1.4P1.5P1.6P1.7P1.5P1.4P1.6P1.7T18550T28550T38550T48550R2500R5500R8500R12500+5VR34.7KR64.7KR94.7KR114.7K电极电极电极电极超高报警电极高水位电极低水位电极超低报警电极电极零水位电极R11KR41KR71KR101K12J24VAC12J12VACR2120/2WR225.1/2WC111000u/35VC71000u/50VC5470u/25VC91000u/35VC100.1uC60.1UC80.1u+5V+24VD72CZRU2D82CZRU2D62CZRU2D52CZRU2Vin

10、3GND1Vout2L7805CV5VD32CZRU2D22CZRU2D12CZRU2C120.1uD42CZRU2Vin1GND2Vout3L7824CV24VP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732

11、P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039GND20VCC40U1AT89S51(40)C40.1C322u123U3A74ALS08S7SW-PBR188.2KREDGREENR241KT68050U64N25R251K+5vT8NPNVCCR261KKMKAC13R27KMLNK1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

12、输出。 开始系统初始化T 0 , T 1 初始化开中断T 0 运行高水位检测控制低水位检测控制主程序流程图：主程序流程图： 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： )2() 1()(1210keqkeqkeqkuKuKqKKqKKKqDDPIDP2102其中：在MATLAB下搭建的温度闭环控制部分的系统框图： 其中取锅炉的近似数学模型为：esss30113005)(G 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。 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