水箱恒温控制系统的设计

水箱恒温控制系统的设计

[摘要]恒温控制在工业生产过程中举足轻重，温度的控制直接影响着工业生产的产量和质量。本设计是基于STC89C521单片机的恒温箱控制系统，系统分为硬件和软件两部分，其中硬件包括：温度传感器、显示、控制和报警的设计；软件包括：键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计和温度报警程序设计。编写程序结合硬件进行调试，能够实现设置和调节初始温度值，进行数码管显示，当加热到设定值后立刻报警。另外，本系统通过软件实现对按键误差、加热过冲的调整，以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机STC89C52作为主控芯片，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。

The Design of Refrigerator Door Shell Shaping Control

System

Abstract:The system makes use of the single chip STC89C52 as the temperature controlling center, uses numeral thermometer DS18B20 which transmits as 1-wire way as the temperature sensor, through the pressed key, the numerical code demonstrated composite of the man-machine interactive connection ,to realize set and adjust the initial temperature value. After the system works, the digital tube will demonstrate the temperature value, when temperature arriving to the setting value, the buzzer will be work immediately. In addition, the system through the software adjusting to the pressed key error, and the excessively hutting. All of these are in order to enhance the system’s security, reliability and stability.

第一章·绪论

1.1课题研究的背景

温度是工业上常见的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品加工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A／D转换器能接收的模拟量，再经过采样／保持电路进行A／D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机通过数字温度传感器检测外部温度对水箱进行恒温控制的设计，通过控制继电器的通断，进而控制电炉的加热来实现恒温控制。因此，本系统采用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和A／D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。在日常生活中，也经常用到电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等需要进行温度检测与控制的家用电器。采用单片机实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量，现以恒温水箱控制系统的设计进行介绍。

1.2 国内外恒温控制技术发展现状及趋势

1、国外恒温控制的发展现状及趋势

自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外恒温控制系统发展迅速，并在智能化，自适应参数的自整定等方面取得了很大的科技成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表。

目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。虽然温度控制系统在国内各行各业的应用已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器及技术来讲，其总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。

2、国内恒温控制的发展现状及趋势

我国目前在恒温控制技术这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变的温度系统控制。在适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表领域内，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。因此，我国在恒温控制等控制仪表行业与国外还有着一定的差距。

从过程量的检测角度出发，温度是最常见的过程变量之一，它是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。而恒温控制技术在工业领域应用非常广泛，由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。其温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。尽管恒温控制很重要，但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难。

随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。

1.3 课题目的及意义

随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的运用，智能化已经成为现在温度测量的主流发展方向。温度是科学技术中最近本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度的测量。在工业生产和实验研究中，温度常常是表征对象和过程的重要参数之一。例如，某些化学反应要在适当的温度下进行一定的时间才能出现反应现象；分馏的操作也是要有苛刻的温度环境才能正常进行以免产生杂质；生物工程中的培养基的培养等。此课题的恒温水箱主要是用于实验室的化学反应，对温度的环境要求比较苛刻，对温度控制的先决条件是必须能够精确地掌握实时温度。

通过对恒温水箱的设计，不仅能够满足实验室的实验需求，同时也是让自己对protel等专业软件在电路设计及仿真、51单片机的开发编程又一个深入的学习。同时也让自己对开发一个完整的系统有了一个更加深入的认识。

1.4 技术要求

1.4.1 本设计的主要功能

（1）可以对温度进行自由设定，但必须在0～100℃内，设定时可以实时显示出设定的温度值。

（2）根据设定的温度值与实际检测的温度值之差来采取不同的加热制冷方式。

（3）能够保持实时显示水温，显示位数4位，分别为百位、十位、个位和小数位（但由于规定不超过70度，所以百位也就没有实现，默认的百位是不显示的）。

1.4.2 本设计的技术指标

（1）可以对温度进行自由设定，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1°C。（2）可以测量并显示水的温度测量误差在±0.5°C内。

（3）水温控制系统应具有全量程（10°C-70°C）内的升温、降温功能。

第2章 系统方案选择和工作原理

2.1 系统综述

本文所要研究的课题是基于单片机控制的水箱恒温控制系统 主要是介绍了对水箱温度的测控，实现了温度的实时显示及控制。用DS18B20、STC89C52单片机及LCD 的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，由DS18B20检测炉内温度 并在LCD1602中显示。控制器是用STC89C52单片机，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对水温的控制。DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理。而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM 中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线 其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，故不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。本设计主要实现温度测控，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动相应的功能。

2.2各模块电路的方案选择及论证

根据题目的基本要求，设计任务主要设计一个水温测控系统，控制水箱中水的温度，选择合适的控制规律，使水箱中水的温度按预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘，显示电路设定目标温度、控制参数、运行等。

2.2.1 系统硬件、软件总框图 单片机按键电路

温度采集电路

晶振电路复位电路

降温电路升温电路LCD 显示电路报警电路

图2-2-1 温度控制系统硬件设计方框图

温度控制系统的主程序

温度采集子程序键

盘

扫

描

子

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显

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序图2-2-2 温度控制系统软件设计方框图

2.3 方案论证

2.3.1 温度传感器的选择

方案一：采用热敏电阻，可满足40～90℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差，其测量温度范围相对较小，稳定性较差，不能满足本系统温度控制的范围要求。

方案二：采用温度传感器铂电阻 Pt1000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好。在 0—100 摄氏度时，最大非线性偏差小于 0.5 摄氏度。铂热电阻与温度关系是，Rt = R0(1+At+Bt*t);其中 Rt 是温度为 t 摄氏度时的电阻；R0 是温度为 0 摄氏度时的电阻；t 为任意温度值，A,B 为温度系数。

方案三：采用模拟温度传感器AD590K，AD590K具有较高精度和重复性（重复性优于0.1℃），其良好的非线性可以保证优于±0.1℃的测量精度。但其测量的值需要经过运算放大、模数转换再传给单片机，硬件电路较复杂，调试也会相对困难，所以本系统不宜采用此法。

方案四：采用数字温度传感器DS18B20，DS18B20提供九位温度读数，测量范围-55℃~125℃，采用独特1-WIRE 总线协议，只需一根口线即实现与MCU 的双向通讯，具有连接简单，高精度，高可靠性等特点。并且,DS18B20支持一主

多从,若想实现多点测温,可方便扩展。

综合以上四种方案，本设计采用第四种方案，利用数字温度计DS18B20作为温度传感器。

2.3.2 显示器件的选择

方案一 采用三个LED八段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。数码管具有亮度高、寿命长、耐老化、对外界环境要求低。但LED八度数码管引脚排列不规则，显示时要加驱动电路，硬件电路复杂。

方案二 采用带有字库的12864液晶显示屏。12864液晶显示屏（LCD）具有功耗低、轻薄短小无辐射危险，平面显示及影像稳定，不闪烁，可视面积大，画面效果好，能显示文字和图像，抗干扰能力强。但是12864价格昂贵。

方案三 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成 每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形 但是价格便宜 编程简单。

比较以上方案 方案三是首选，采用方案三作为显示模块。

2.3.3 单片机的选择

所设计控制系统主要用于控制电热丝和制冷片的工作与否、对温度测量信号的接收和处理、控制显示电路对设定温度值、系统实际温度值和温度曲线的实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定等。由于单片机运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。因此采用STC89C52作为系统控制器。

2.3.4 加热降温装置的选择

要实现任意设定点温度的控制，就必须能控制电加热器/制冷片的工作与否，因此要利用所选定的单片机控制加热器/制冷片电源的通断。因为加热器/制冷片的工作电压是220V和12V对单片机来说都是“强电” 因此要用弱电实现对强电的控制。由于可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，适合在高电压、大电流下工作。以小电流控制大电流，并且不像继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。由于单片制冷片电流在8-10A电流较大，因此本文采用可控硅实现对加热器/制冷控制模块设计。

根据以上分析，结合器件和设备等因素 确定如下方案

①采用STC89C52单片机作为控制器，分别对温度采集、LCD显示、温度设定、加热装置进行控制。

②温度测量模块采用DS18B20，此器件的使用可以省去A/D，模数转换部分。

③可控硅实现对加热器/制冷控制模块可以满足设计要求。

④显示用LCD1602显示屏显示温度值和时间 用数字键和功能设置键实现温度、时间的设置。

第3章系统硬件设计

3.1 STC89C52构成的最小系统

微型计算机即单片机是因工业测控系统数字化，智能化的迫切需求而发展起来的。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能8k字节Flash 512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器 内置4KB EEPROM，MAX810复位电路三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz。

3.1.1 STC89C52单片机基本结构

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图

图3.1.1 STC89C52单片机控制电路

3.1.2 晶振回路

晶振回路主要任务是为STC89C52单片机正常工作需要的时钟电路提供一个

稳定的工作频率。根据STC89C52单片机时钟周期的要求，回路需要选用频率为11.0592MHz的晶振。晶振回路由电容和陶瓷谐振器晶振组成。作为单片机的时钟源。STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL0和XTAL1,在XTAL0和XTAL1端口接上时钟电源即可构成时钟电路。本设计中采用内部时钟产生方式。在XTAL0和XTAL1两端跨接晶振，与内部的反相器构成稳定的自激振荡器。其发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制部件。电容C1和C2对频率有微调作用。电容C1和C2应尽可能的安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的工作。晶振电路如图所示

图3.1.2晶振电路

3.1.3 复位电路

为确保温控系统电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。复位电路的第一功能是上电复位。电路正常工作需要供电电源为5V±5%即 4.75 5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路第二功能是手动复位。手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平，一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST 端。复位电路如图所示

图3.1.3复位电路

3.2 按键电路的设计

3.2.1矩阵式键盘的结构与工作原理

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口如P1口就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键9键。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低。这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

3.2.2矩阵键盘两种扫描方式

①行扫描法行扫描法又称为逐行或列扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下

（1)判断键盘中有无键按下。将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

判断闭合键所在的位置。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后 再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

②高低电平翻转法，首先让P1口高四位为1，低四位为0，若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。

然后让P1口高四位为0，低四位为1。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。

方法②程序更简洁 这里使用第二种方法“高低电平翻转法”。硬件连接图如图所示

图3.2.2 矩阵键盘电路

3.3 温度采集模块的硬件设计

3.3.1温度传感器DS18B20概述

温度传感器是将温度信号转换为电信号的装置 型号有很多 数字式温度传感器常用的有DS18B20、DS1820等。此设计采用的是DS18B20。 DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器, 在其内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。

具有3引脚TO92小体积封装形式 温度测量范围为 55℃-125℃,可编程为9位到12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20内部结构如图所示，主要由4部分组成，64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入∕输出端，GND 为电源地，VCC为外接供电电源。

图3.3.1 DS18B20内部结构框图

ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码，CRC=X8 X5 X4 1 。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如，125℃的数字输出为07D0H ，25.0625℃的数字输出为0191H ，25.0625℃的数字输出为FF6FH ，55℃的数字输出为FC90H。

DS18B20主要特性如下

①适应电压范围更宽,电压范围 3.0V-5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电。

②独特的单线接口方式, DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与的双向通讯。

③DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现

组网多点测温。

④DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

⑤温度范围-55℃+125℃,在-10-85℃时精度为±0.5℃。

⑥可编程的分辨率为9-12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、

0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温。

⑦在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字。

⑧测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传送给CPU, 同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。

⑨负压特性电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。

3.3.2 温度采集模块的硬件设计

当DS18B20正在执行温度转换或从高速暂存器EPPROM传送数据时，工作电流可达1.5mA，这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降 这需要更大的电流，而此时Cpp寄生电源储能电容无法提供，为了保证DS18B20有充足的供电，当进行温度转换或拷贝数据到EEPROM操作时，必须给单总线一个上拉电阻 ，般为4.7K的上拉电阻，根据距离远近可以适当调节阻值，距离近时减小阻值，但不能低于2.1K，否则DS18B20将无法复位。其数据线DQ端接单片机P2.2。硬件电路如图所示。

图3.3.2 DS18B20接线图

在外部电源供电方式下, DS18B20工作电源由VCC引脚接人, 不存在电源电流不足的问题, 可以保证转换精度, 同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器, 组成多点测温系统。注意在外部供电的方式下, DS18B20的GND 引脚不能悬空, 否则不能转换温度, 读取的温度总是85°C。

3.4 报警电路的设计

目前智能化的测试仪表设计都自带有报警电路。设计报警电路也是为了更完善系统的功能。本设计采用由发光二极管和压电式蜂鸣器为核心的声光报警电路。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器 采用直流电压供电 广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成

电路构成。当接通电源后，1.5-15V直流工作电压,多谐振荡器起振,输出1.5 2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后 再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

报警电路的功能是在STC89C52单片机的控制下实现声光报警或解除报警。当STC89C52单片机检测实时温度超过设定报警温度时，通过报警电路向报警器发出有效信号(低电平有效)，声音报警电路接到有效电平后则自动发出预置的报警声，同时红色报警指示灯发出耀眼的红色信号。报警电路结构如图所示

图3.4 报警电路接线图

3.5 电源电路设计

温度测量系统的电源使用直流电源。电源部分是整个系统的基础，这部分的稳定工作对整个以单片机为核心的系统的内稳定工作起着至关重要的作用。

STC89C52单片机和DS18B20温度传感器芯片正常工作电压范围都是DC4.5 5.5V。为了使系统安全稳定的工作，还需要设计系统的电源电路。首先+220V 的交流电压需要经过变压器降到15V左右。然后经过桥式整流电路把交流电转变成直流电。整流后的电流经过稳压器LM7805输出稳定的+5V电压。桥式整流电路是有四个型号相同的二极管组成的。VD1和VD3两个二极管组成一对桥臂，VD2和VD4两个二极管组成一对桥臂。由于二极管的启动电压比较小，所以经过变压器的电压可以使VD1和VD3二极管组成的桥臂在正半周期导通，VD2和VD4两个二极管组成的桥臂在负半周期导通。稳压器LM7805是由三个管脚组成的串联型

降压式电源芯片。Vin是输入端，Vout输出端。两个端口接去耦电容后接地。经稳压器LM7805稳压后，输出端输出稳定的+5V直流电压。电源输出基本不受外输入变动的干扰。稳压器LM7805电源电路设计如图所示

图3.5 电源电路图

3.6 显示电路设计

3.6.1 LCD1602简介

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点 因此在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。本系统采用LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。LCD1602实物图如图所示

图3.6 LCD1602实物图

3.6.2 LCD1602管脚功能介绍

LCD1602接口引脚及其功能介绍如图所示

图3.6.2-1接口引脚及其功能

主要管脚介绍， V0 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱

接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度。

RS 寄存器选择 高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。

R/W 读写信号线 高电平时进行读操作 低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

E 使能端 当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

LCD1602控制指令如图所示

图3.6.2-2 LCD1602控制指令

清屏指令如图所示

图3.6.2-3 LCD1602清屏指令

开关控制指令如表图所示

图3.6.2-4 LCD1602开关控制指令

开关控制指令功能 设置显示、光标及闪烁开、关。其中 D表示显示开关 D=1为开 D=0为关 C表示光标开关 C=1为开 C=0为关 B表示闪烁开关 B=1为开 B=0为关。

光标、画面位移指令如图所示

图3.6.2-5 光标、画面位移指令

光标、画面位移指令功能 光标、画面移动 不影响DDRAM。其中 S/C=1 画面平移一个字符位 S/C=0 光标平移一个字符位 R/L=1 右移 R/L=0 左移。

功能设置指令如图所示

图3.6.2-6 功能设置指令

功能设置指令功能 工作方式设置 初始化指令 。其中 DL=1 8位数据接口 DL=0 四位数据接口 N=1 两行显示 N=0 一行显示 F=1 5 11点阵字符 F=0 5 7点阵字符

读写控制时序如图所示

图3.6.2-7 读写控制时序

3.6.3温度显示模块电路图

LCD1602引脚详解

第1脚 GND为电源地

第2脚 VCC接5V电源正极

第3脚 V0为液晶对比度调整端，接正极时对比度弱，接负极时对比度高。

第4脚 RS为寄存器选择，高电平时选数据寄存器、低电平时选指令寄存器。

第5脚 RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

第6脚 E 或EN 端为使能 enable 端。

第7-14脚 D0 D7为8位双向数据端。此处为P0口输出，因为P0口的电压过于微弱，所以添加上拉电阻使其能够驱动LCD液晶显示屏。

温度显示模块的电路图如图所示

图3.6.3温度显示模块电路图

3.7 加热与制冷部分驱动电路的设计

本系统加热制冷采用800W加热器，制冷量为78W的制冷片3片。

制冷模块如图所示

图3.7-1制冷模块

加热模块如下图所示

图3.7-2 加热模块

第四章软件设计和工作流程

为了实现系统的自动化功能，硬件设计只是完成了整个系统设计的基础部分，整个功能的智能化实现还是要靠软件设计来实现的。在智能测控系统中软件的重要性与硬件同样重要。硬件是设计的躯体，软件是设计的灵魂，当系统的硬件电路确定之后，系统的主要功能还要靠软件来实现，而且软件的设计在很大程度上就决定了产品的性能。为了满足系统的要求，编制软件时一般要符合以下基本要求

①易理解性、易维护性。要达到易理解和易维护等指标，在软件的设计方法中结构化设计是最好的一种设计方法，这种设计方法时由整体到局部，然后再由局部到细节，先考虑整个系统所要实现的功能。确定整体目标，然后把这个目标分成一个个的任务，任务中可以分成若干个子任务，这样逐层细分，逐个实现。

②实时性。实时性是电子测量系统的普遍要求 即要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。近年来，由于硬件的集成度与速度的提高，配合相应的软件，实时性比较容易满足设计的要求。

③准确性。准确性对整个系统具有重要意义，尤其是测量系统，系统要进行一定量的运算。算法的正确性和准确性对结果有着直接的影响，因此再算法的选择、计算的精度等方面都要附和设计的要求

4.1 系统主程序流程图

STC89C52单片机上电复位后，即进入欢迎界面显示程序，显示“dian zu lu wen kong zhi xi tong”,按切换键可以进行温控1、温控1时间、温控2、温控2时间及报警温度的设置，按运行键启动温控。主程序的作用是完成温度的检测，并把检测结果通过LCD1602显示出来。主程序首先要做初始化，包括DS18B20测量开始命令的初始化，LCD1602显示初始化，串口通信初始化等等。主程序的流程图如图4-1所示

水箱恒温控制系统的设计

水箱恒温控制系统的设计 [摘要]恒温控制在工业生产过程中举足轻重，温度的控制直接影响着工业生产的产量和质量。本设计是基于STC89C521单片机的恒温箱控制系统，系统分为硬件和软件两部分，其中硬件包括：温度传感器、显示、控制和报警的设计；软件包括：键盘管理程序设计、显示程序设计、控制程序设计和温度报警程序设计。编写程序结合硬件进行调试，能够实现设置和调节初始温度值，进行数码管显示，当加热到设定值后立刻报警。另外，本系统通过软件实现对按键误差、加热过冲的调整，以提高系统的安全性、可靠性和稳定性。本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机STC89C52作为主控芯片，数码管作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。 The Design of Refrigerator Door Shell Shaping Control System Abstract:The system makes use of the single chip STC89C52 as the temperature controlling center, uses numeral thermometer DS18B20 which transmits as 1-wire way as the temperature sensor, through the pressed key, the numerical code demonstrated composite of the man-machine interactive connection ,to realize set and adjust the initial temperature value. After the system works, the digital tube will demonstrate the temperature value, when temperature arriving to the setting value, the buzzer will be work immediately. In addition, the system through the software adjusting to the pressed key error, and the excessively hutting. All of these are in order to enhance the system’s security, reliability and stability.

自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本

自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月

目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献

一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化

被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图

基于PLC的高低位水箱自动控制系统

课程设计任务书（A） 题目高低位水箱供水系统电气控制系统的设计（F1）学院(部) 电控学院 专业电气工程及其自动化 班级32040901 学生姓名蒋秋华 学号3204090115 6 月11 日至 6 月1 7 日共 1 周 指导教师(签字) 系主任(签字) 2012年 5 月26 日

目录 摘要 (3) 第一章引言 (4) 第二章案的论证及方案确定 (5) 第三章系统各部分的设计 (6) 3.1主电路的设计 (6) 3.2控制电路的设计 (6) 3.3梯形图的设计与分析 (7) 3.3.1手动、自动的工作方式选择 (7) 3.3.2机组的启动条件及操作使用 (7) 3.3.3备泵自投功能的实现 (8) 3.3.4信号灯的指示 (8) 3.3.5指令语言程序 (9) 第四章元器件的选择及依据 (10) 4.1 低压断路器的选择 (10) 4.2 PLC的选择 (10) 4.3 交流接触器的选择 (10) 4.4 热继电器的选择 (11) 4.5 控制按钮和旋钮的选择 (11) 4.6 指示灯的选择 (11) 4.7 端子排的选择 (11) 第五章控制柜的尺寸设计 (12) 总结 (12) 参考文献 (13) 鸣谢 (13) 附录 (13)

摘要 水箱是自动供水系统中的重要部分，在我们的生活中扮演着非常重要的角色。本设计旨在于通过所学知识，设计一个简单的高低位水箱供水系统，满足一些简单的基本功能。 为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计在主电路上采用两台电动机，且为三角形接直接启动的接法，同时采用了两个电源线圈对电机进行工作的控制，采用热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的三菱F1系列的PLC进行控制。再加入必需的一些压力继电器、按钮、开关、指示灯等。从而基本形成了一个简单的高低位水箱供水系统。 本次设计旨在于学习和了解设计一个系统的流程和需要注意的问题，故在本设计中，主要进行的工作是设计系统原理图，画出系统的接线图和系统平面布置图，最后再进行控制柜大小的设计。通过这些琐碎的工作，从而了解和掌握相关的设计方法和知识。 关键词：电动机PLC 原理图接线图布置图

恒温水箱

目录 一、设计题目 (2) 二、设计要求 (2) 三、设计作用与目的 (2) 四、所用设备及软件 (3) 五、系统设计方案 (3) 5.1 硬件总体设计 (3) 5.1.1硬件系统子模块 (4) 5.2 软件总体设计 (4) 六、系统硬件设计 (5) 6.1单片机最小系统电路 (5) 6.2 键盘电路 (6) 6.3 数码管及指示灯显示电路 (7) 6.4 温度采集电路 (8) 6.5 电源电路 (10) 6.6报警电路设计 (11) 6.7加热管控制电路设计 (11) 七、系统软件设计 (12) 7.1主程序流程图 (12) 7.2读取温度DS18B20模块的流程 (14) 7.3 键盘扫描处理流程 (16) 7.4 报警处理流程 (17) 八、实验调试结果 (17) 8.1 硬件电路调试 (17) 8.2 软件调试 (18) 8.3 数据测试 (18) 8.3.1静态数据测试 (18) 8.3.2动态数据测试 (19) 九、设计中的问题及解决方法 (19) 十、设计心得 (20) 十一、参考文献 (20) 附录2：程序清单 (22)

恒温水箱控制系统的设计 一、设计题目 恒温水箱控制系统的设计 二、设计要求 温度控制系统可以说是无所不在，热水器系统、空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备，均需要提供温度控制功能。本系统的设计可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。它以单片机AT80C51为核心，通过3个数码管显示温度和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，并提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置加热温度和控制运行模式。 三、设计作用与目的 及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作，例如冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于，超过适宜范围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。 单片机对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从1976年Intel 公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以

水箱加热系统的PLC位式温度控制课程设计

目录 一、前言 (1) 1. 可编程序控制器的概述 (1) 2．FX2N系列PLC简介 (2) 3．特殊功能模块 (2) 4. 调功器 (3) 5. 温度变送器 (3) 二、系统设计 (4) 1．系统设计要求 (4) 2．系统硬件设计 (4) 2.1．水箱温度自动调节系统： (4) 2.2．输入输出点数的分配表 (5) 2.3．相关元器件的选型 (5) 2.4． PLC的外部接线原理图 (6) 3．系统软件设计 (7) 3.1．模拟量与数字量的对应关系 (7) 3.2．系统流程图的设计 (7) 3.3．系统梯形图 (8) 3.4．系统指令表 (9) 3.5．系统实时监控图 (10) 三、总结 (12) 四、参考文献 (13) 五、附录 (13) 5.1.课题介绍 (13) 5.2.控制要求 (13)

第一章前言 1.1 可编程序控制器的概述 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场这一需求迅速做出反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。可编程控制器就是顺应这一需要出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器－接触器控制系统。 国际电工委员会（IEC）于 1982年11月和 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。可编程序控制器（PLC）主要由CPU 模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块能完成某些特殊的任务。从使用方式PLC分为： 1）整体式PLC（又称单元式或箱体式）整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构；2）模块式PLC，将PLC各部分分成若干个单独的模块，模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构3）PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。

水箱自动控制系统设计原理图及程序

课程：创新与综合课程设计 电子与电气工程学院实践教学环节说明书 题目名称水箱水位自动控制装置 学院电子与电气工程学院 专业电子信息工程 班级 学号 学生姓名 起止日期13周周一~14周周五

水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。 本次课程设计思路是以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。 一、设计题及即要求 1、设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下： 2、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。 （1）水箱1 的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2 的长

×宽×高为40×30 × 40 cm（相同容积亦可）；水箱1 的放在地面，水箱2 放置高度距地0.8-1.2m。 （2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤1cm。 （3）水箱 2 中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置； （4）实时显示水箱2 中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。 3、发挥部分： （1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤0.3 cm。 （2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10 米。远程控 制器上能够同步实现超限报警显示。 （3）其他创新。 二、设计思路： 以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本

自动控制系统概要设计

目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.wendangku.net/doc/0915399168.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)

基于PLC的水箱温度控制系统

【摘要】 本文研究的是可编程控制器在水箱恒温控制系统中的应用，水箱恒温控制装置主要用来完成对水箱中液体的液位和温度检测，并对温度参数进行调节。系统中温度控制是一个非常重要的部分。通过铂热电阻对温度进行测量，将测量到的温度传到PLC中。PLC 对采集到的温度值与给定值进行比较，经过PID运算后，调节双向晶闸管在设定周期内通断时间的比例，改变加热丝中电流大小及加热时间，以完成对温度的控制要求。 本系统硬件部分主要由CPU224、EM235、双向晶闸管等组成；软件部分主要由PID 控制来完成。 关键词：PLC CPU224 EM235 双向晶闸管 PID控制 Abstract: In this paper, is the programmable controller in the water tank temperature control system application, water tank temperature control system is mainly used to complete the tank liquid level and temperature detection, and adjust the temperature parameters. System, temperature control is a very important part. By platinum RTD temperature measurement will be measured in the temperature reached the PLC. PLC on the collected temperature values compared with a given value, after a PID operation, the regulator Triac off the set period of time the ratio of change in heating wire in the current size and heating time to complete the right temperature control requirements. The system hardware mainly by the CPU224, EM235, bi-directional thyristor etc.; software, some of the major by the PID control to complete. Key words:PLC CPU224 EM235 Triac PID Contro l

液位自动控制系统设计与调试

液位自动控制系统设计 与调试 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

课程设计 2016年6月17日

电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。

2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。

恒温水箱控制系统调研报告

本科生毕业论文(设计) 调研报告 题目：恒温水箱控制系统 学生姓名：冯明勇 学号： 06210133 专业班级：自动化0601 指导教师：梅英老师 完成时间： 2010.1.31

一、课题任务 设计一个用单片机控制水温的恒温控制系统，以单片机为主控器，利用PID 控制原理及PWM技术实现对水箱内水温的控制，使水箱中的水温保持在设定温度的±1℃范围内。设计包括系统软硬件设计。 1、目的 1、培养综合运用所学的知识独立分析问题和解决问题的能力； 2、培养学生的创新意识和创新能力； 3、增强学生理论分析、实验研究、文献查阅、计算机运用和文字表达等方 面的能力； 4、开启心智，培养专业思维，为以后工作打下良好的基础。 2、要求 完成3秒温度传感器读一次温度并显示；完成在10分钟之内达到设定的温度值；完成一直保持设定的温度（在误差范围之内）；完成改变设定温度时，控制的水温能达到设定的温度。 二、方案选择 本系统若根据课题要求可有多种实现方案 （1）方案一此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不回热。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码显示，不能用键盘设定。 （2）方案二此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且仍不能用数码显示和键盘设定 （3）方案三此方案采用89S51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制看法和逻辑控制。可实现数码显示和键盘设定等多种功能，系统电路框图如下：

水箱液位自动控制系统设计

目录 摘要 (1) 关键词 (1) 引言 (2) 1设计任务目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (2) 2系统元件的选择 (3) 2.1有自平衡能力的单容元件 (3) 2.2 无自平衡能力的单容元件 (4) 2.3单容对象的特性参数 (6) 3控制器参数的整定 (7) 3.1 参数的确定 (7) 3.2 电动机的数学模型 (9) 3.3 控制系统的数学模型 (10) 3.4 PID控制器的参数计算 (10) 4控制系统的校正 (11) 4.1 控制器的正反作用 (12) 4.2 串级控制系统 (12) 5系统的稳定性分析 (16) 5.1 系统的稳定性分析 (16)

5.2 控制系统的稳态误差 (17) 结束语 (19) 参考文献 (20) 致 (21)

水箱液位自动控制系统原理 摘要：水箱液位自动控制系统就是利用自身的水位变化进行调节和改变的系统，它自身具平衡能力，并由电动机带动下自动完成水位恢复的功能。水箱液位是由传感器检测水位变化并达到设定值时，水箱自己的阀门关闭，防止溢出，当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。 关键词：有自平衡能力、无自平衡能力、电动机、单容对象、系统稳定 引言 液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。 1 设计任务目的及要求 1.1 设计目的 通过课程设计，对自动控制原理的基本内容有进一步的了解，特别是水箱液位系统的设计。能把本学期学到的自动控制理论知识进行实践，操作。在提高动手能力的同时对常

恒温水箱毕业设计

一、绪论 （一）课题研究的背景 温度是工业上常见的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品加工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A／D转换器能接收的模拟量，再经过采样／保持电路进行A／D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机通过数字温度传感器检测外部温度对水箱进行恒温控制的设计，通过控制继电器的通断，进而控制电炉的加热来实现恒温控制。因此，本系统采用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号处理电路和A／D转换电路就能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。在日常生活中，也经常用到电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等需要进行温度检测与控制的家用电器。采用单片机实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度地提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量，现以恒温水箱控制系统的设计进行介绍。 （二）国内外恒温控制技术发展现状及趋势 随着计算机控制技术的发展，恒温控制己在工业生产领域中得到了广泛应用，并取得了巨大的经济和社会效益。在不同的领域内，由于控制环境、目标、成本等因素，需要针对具体情况来设计系统结构和功能，以取得最佳的控制效果。其中，恒温环境的自动化控制技术在工业生产、商业运营中是一个重要研究。 1、国外恒温控制的发展现状及趋势 自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外恒温控制系统发展迅速，并在智能化，自适应参数的自整定等方面取得了很大的科技成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表。 目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。虽然温度控制系统在国内各行各业的应用已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器及技术来讲，其总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。 2、国内恒温控制的发展现状及趋势 我国目前在恒温控制技术这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于

温度自动控制系统的设计毕业设计论文

北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

基于PLC的热水箱恒温控制系统

基于PLC的热水箱恒温控制系统 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 第一章绪论 1.1 引言 可编程序控制器(Programmable Controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的工业装置。现代PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统。在工农业生产中，常用闭环控制方式控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量，PID控制是常见的一种控制方式。由于其不需要求出控制系统的数学模型，算法简单、鲁棒性好、可靠性高，在使用模拟量控制器的模拟控制系统和使用计算机(包括PLC)的数字控制系统中得到了广泛的应用。本文针对恒温水箱温控系统的要求，以PLC为温度控制系统的核心，利用PID控制算法实现水箱的恒温控制。

水箱液位控制课程设计-自动化

课程设计报告 设计题目：水箱液位控制系统 班级：自动化0901班 学号：20092400 姓名：刘弟文 指导教师：王姝梁岩 设计时间：2012年5月7日至5月25日

摘要 水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。 本次课程设计通过将电磁流量计和涡轮流量计分别作为主管道和副管道控制系统的调节阀控制水箱液位高度。首先通过测取被控液位高度过程的图像，建立了主回路的进水流量和主管道流量、进水流量和水箱（上）液位高度、副回路进水流量和水箱（上）液位、双容水箱的进水流量和水箱（下）液位之间的数学模型，从而加强了对液位控制系统的了解。然后，通过参数试凑法对PID参数的调试，实现了单容水箱液位（上）的单回路控制系统和双容水箱液位的单回路控制系统控制器的设计。最后通过MATLAB仿真实验，加深了对双容水箱滞后过程已经串级水箱液位过程和前馈控制系统的理解，对工业控制工程中对控制系统设计过程有了一定的认识。 关键词：水箱液位控制器PID参数整定串级控制前馈控制

目录 1 引言 (3) 2 课程设计任务及要求 (3) 2.1 实验系统熟悉及过程建模 (3) 2.2 实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计 (3) 2.3 实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计 (4) 2.4 实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计 (4) 2.5 实现副回路进水流量的前馈控制 (5) 3 实验系统熟悉及过程建模 (5) 3.1 系统结构 (5) 3.2 过程建模 (6) 3.2.1 进水流量和主管道流量模型 (6) 3.2.2 进水流量和上水箱液位模型 (8) 3.2.3 副回路流量与上水箱液位数学模型 (9) 3.2.4 双容水箱串联进水流量与下水箱液位模型 (11) 4 单容水箱液位的单回路控制系统设计 (12) 4.1 结构原理 (12) 4.2 单容水箱控制器PID参数整定 (13) 4.2.1 单容水箱比例系数Kp的整定 (14) 4.2.2 单容水箱积分时间参数整定 (14) 4.2.3 单容水箱微分时间参数整定 (14) 4.3 单容水箱旁路阶跃干扰响应曲线 (15) 4.4 单容水箱副回路进水阶跃干扰响应曲线 (16) 4.5 干扰频繁剧烈变化的解决办法 (16) 5 双容水箱液位的单回路控制系统设计 (17) 5.1 双容水箱单回路控制系统原理 (17) 5.2 双容水箱控制器PID参数整定仿真实验 (18) 5.2.1 比例参数的整定 (18) 5.2.2 积分常数参数的整定 (19)

水箱温度控制[1](1)

【摘要】 本论文主要阐述了温度控制加热器的工作原理，利用PLC对系统进行编程分析，其中介绍了许多关于温度控制系统的器件，让大家能更进一步的明白温度控制的过程及其硬件。在编程中还特别介绍了有关模拟量的转换，对PID也进行了详细的简介。 随着社会的发展需要，温度控制系统已经普遍被人们接受。温度控制在现阶段已有很多地方用到如：热水器、锅炉等。人们生活中所必须的设备都需要温度控制来解决。温度控制系统设计起来简单，用起来更方便。 关键词：编程控制系统热水器

【Abstract】 This thesis mainly describes the working principle of the heater temperature control, using PLC system programming analysis, which introduces many about temperature control system components, let everybody can further understand the process of temperature control and its hardware. In programming are particularly introduces the analogue conversion of PID a detailed introduction also. With the development of the society needs, the temperature control system has been generally be accepted by people. Temperature control at present has many places use such as: water heater, boiler, etc. People's life must be the devices are need to temperature control to solve. Temperature control system design easy, use up more convenient.

水箱液位控制系统的设计及实物调试

自动控制系统课程设计 1、设计题目：水箱液位控制系统的设计及实物调试 2、设计目的 1、加强对自动控制原理这门课程的认识，初步认识工程设计方法。 2、通过对水箱液位控制系统的设计，进一步理解书本知识，提高实践能力，增强分析问题，解决问题的能力。 3、学习并掌握Matlab的使用方法，学会用Matlab仿真。 4、学会对仿真结果进行分析，计算，并应用到实践设计中去。 3、设计设备 1、ACCC—Ⅰ型自动控制理论及计算机控制技术实验装置 2、数字式万用表 3、示波器 4、MATLAB软件 4、设计任务 （1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解水箱液位控制系统的工作原理。 （2）总体方案的构思 根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。 （3）总体方案的确定 可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。（4）系统实现 搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据

5、设计要求 1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。 2．选择系统主电路各元部件，进行主电路设计，并完成系统调试。 3．构成开环系统，并测其动态特性。 4．测出各环节的放大倍数及其时间常数。 5．分析单闭环无差系统的动态性能。 6．比较开环时和闭环时的动态响应。 7．构成水箱液位闭环无静差系统，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足s t s t s r 5.0,2.0%,5%<<≤σ。 6、MATLAB 软件仿真 6．1 软件仿真部分设计要求 1、参考文献【1】完成对电机的数学建模，拉普拉斯变换后得到系统的传递函数； 2、带入表中的水箱液位系统参数，求出系统的开环传递函数； 3、绘制出系统的开环传递函数的单位阶跃响应，分析系统的单位阶跃响应，得到相关性能指标； 4、分步骤实现系统的PID 校正，分别进行比例控制（P ）校正，比例微分控制（PD ）校正，比例积分控制（PI ）校正和比例积分微分控制（PID ）校正； 5、运用《自动控制原理》知识分析系统的性能特征，从阶跃响应性能指标，频域特性等角度分析系统校正前和校正后的性能； 6、设计后的系统满足如下性能指标：s t s t s r 5.0,2.0%,5%<<≤σ； 7、改变输入信号，将阶跃信号分别换成方波信号，信号的周期设置为4s ，幅值为5V 。 6．2 模型建立 1． “水箱系统”的液位控制工艺过程原理图 参考文献【1】，可以得到水箱液位控制系统的工艺过程原理图如图6.2.1所示

PWM温度自动控制系统的设计

《计算机控制技术》 课程设计 学生姓名： 学号： 专业班级：电气工程及其自动化（1）班 指导教师： 二○一二年十月二十九日

目录 1.课程设计目的 (3) 2.课程设计题目和要求 (3) 3.设计内容 (3) 4.设计总结 (10) 4.参考书目 (11) 5.附录

1.课程设计目的 通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力: (1).查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； (2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力； (3).迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力； (4).用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2.课程设计题目和要求 题目：PWM温度自动控制系统的设计 要求： 1.要求设计温度控制系统，设定温度为230度，采用电阻丝作为加热器件，要求无余差，超调小，加热速度快。 2.硬件采用51系列单片机，采用固态继电器作为控制元件。 3采用keil c作为编程语言，采用结构化的设计方法。 4.要求用protel设计出硬件电路图。 5画出系统控制框图。 6 画出软件流程图。 3.设计内容 3.1 PID控制原理 将偏差的比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制对被控对象进行控制，这一样的控制器称PID控制器

3.1.1．模拟PID控制原理 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器 (t)与实际输出信号n(t)进行比的原理，以图1.1的例子说明。给定输入信号n (t)-n(t),经过PID控制器调整输出控制信号u(t),u(t)对目较，其差值e(t)=n 标进行作用，使其按照期望运行。 常规的模拟PID控制系统原理框图如同1.2所示。该系统有模拟PID和被控对象组成。图中r(t)是给定的期望值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值，给定值与实际值构成控制偏差e(t): e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制的输出和被控对象的输入。构成PID和被控对象的输入。构成PID控制的规律为： 其中：Kp为控制器的比例系数 Ti为控制器的积分时间，也称积分系数 Td为控制器的未分时间，也称微分系数

水箱液位控制系统的设计

昌吉学院? ?毕业设计论文 题目水箱液位控制系统的设计 ? 系别物理系 专业能源工程及自动化 班级物理系B1105班 学生陈希嘉 学号 11258６２０19 指导教师李斌 ? 第一章 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1过程控制的发展背景?错误!未定义书签。 1.1.１液位控制系统设计的意义?错误!未定义书签。 1.2研究的目的和意义?错误!未定义书签。 1．3液位串级控制系统的介绍.............................................................. 错误!未定义书签。 1.４PLＣ的产生和定义 (5)

1.4．1可编程控制器的产生.......................................................... 错误!未定义书签。 １．4.2可编程控制器的定义........................................................ 错误!未定义书签。 1.４.3 PＬC的发展现状................................................................ 错误!未定义书签。第二章水箱液位控制系统总体方案的设计?错误!未定义书签。 2.1对水箱液位控制系统的内容进行论述............................................ 错误!未定义书签。 ２．2此控制系统的总体方框图?错误!未定义书签。 2.3控制算法............................................................................................ 错误!未定义书签。 2.3．1PＩD算法?错误!未定义书签。 2．3.２PLC中的PID实现?错误!未定义书签。 2.3.３PID控制的各种常见的控制规律如下：............................ 错误!未定义书签。 2.3．４选择适合本系统的控制规律............................................. 错误!未定义书签。 2．4ＰＬC的组成及原理?错误!未定义书签。 ２.5PＬＣ硬件配置................................................................................. 错误!未定义书签。 ２.5.1CＰＵ的选择......................................................................... 错误!未定义书签。