水温控制系统设计PPT课件
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基于单片机的水温水位控制系统设计
四、结论
基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有结构简单、成本低、可靠性 高等优点。通过实时监测和控制水箱的水位和水温，可以满足不同用户的需求。 此外，通过优化系统的硬件设计和软件设计，可以进一步提高系统的性能和可靠 性。这种系统不仅可以应用于家庭用水领域，也可以应用于工业生产中的液体控 制，具有广泛的应用前景。
1、抗干扰设计
由于环境因素和设备本身的影响，系统可能会受到干扰。因此，需要在硬件 设计和软件设计中加入抗干扰措施，如滤波电路、软件去抖动等。
2、节能设计
为了降低系统的功耗，可以在软件设计中加入休眠模式和唤醒模式。当系统 不需要工作时，可以进入休眠模式，降低功耗。当有数据需要处理时，系统被唤 醒，进入工作状态。
2、软件设计
系统的软件设计主要实现以下功能：数据的采集、处理、显示和控制。首先， 单片机通过水位传感器和水温传感器采集当前的水位和水温数据。然后，单片机 对采集到的数据进行处理，判断水位和水温是否正常。如果异常，则启动相应的 执行机构进行调节。最后，单片机将处理后的数据通过显示模块进行显示。
三、系统优化
六、结论
本次演示设计了一种基于单片机的水温水位控制系统，实现了温度和水位的 自动检测、调节和控制。该系统具有成本低、可靠性高、易于实现等优点，同时 支持远程控制和节能模式等功能。在家庭、工业和科学研究中具有广泛的应用前 景。
参考自动化技术的普及，智能化设备在日常生活和工业生产中 的应用越来越广泛。其中，基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有重要 应用价值。这种系统可以实现对水箱水位和水温的实时监测和控制，以适应不同 的应用需求。
系统软件采用C语言编写，主要包括以下几个部分：数据采集、数据处理、 控制输出和远程通信。
1、数据采集：通过I/O端口读取DS18B20和超声波水位传感器的数据。
控制系统(MCS)ppt课件
单元机组模拟量控制系统 (MCS) 时
单元机组热工保护系统 10学时
期中测试
炉膛安全监控系统(FSSS)
4学时
精品课件
18学
第三章 单元机组模拟量控制系统 (MCS) 模拟量控制系统(Modulation Control System，MCS)是通过前馈和反馈作用对机、 炉及辅助系统的过程参数进行连续自动调节 的控制系统的总称，包含过程参数的自动补 偿和计算、自动调节、控制方式、无扰动切 换以及偏差报警等功能。
精品课件
7．负荷快速切回(Fast Cut Back，FCB) 机组在运行时，如果发生严重故障，例如 机组突然与电网解列(即送电负荷突然跳闸)， 或汽轮机跳闸，这时快速返回就已不能适应 迅速减少负荷的要求。CCS设计了快速切回信 号，以实现机组快速甩负荷。
精品课件
8．负荷增／减闭锁
当发生煤输送管道或燃烧喷嘴堵塞，挡板
精品课件
三、协调控制系统的主要功能是： (1)接受电网中心调度所的负荷自动调度指 令、运行操作人员的负荷给定指令、电网频 差信号，及时响应负荷请求，使机组具有一 定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变 化的需要。 (2)协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷 变化率较大时，能维持两者之间的能量平衡， 保证主蒸汽压力稳定。
精品课件
主控系统(负荷控制系统)的组成主要有两部分： 第一部分为负荷管理控制中心(机组指令处理 回路)，用以协调机组能力与电网需求的平衡 第二部分为机炉主控制器，根据机组功率指令 ULD、机组的运行工况、运行方式以及机、炉不 同的动态特性，协调锅炉与汽轮机间的能量平 衡，提供机组级的输出功率与机前压力的联合 控制，从而使机组的负荷适应性与运行稳定性 兼优。
精品课件
温度控制系统ppt课件
目录
研究意义 研究背景 研究内容 研究方法 硬件电路 软件设计 小插 曲 结论
➢研究意义
温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的 是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程 都紧密的与温度相联系。在很多生产过程中，温度 的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、 保证产品质量、节约能源等重大技术指标相联系。 因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均 受到了相当程度的重视。
➢研究背景
近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但 在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温 度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测 温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决 的问题 。 从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大 致可分以下几种：定值开关温控法、PID线性温 控法、智能温控法。
➢总结
同时本设计还存在着一些不足，例如：系统的硬件设计 方面有待完善，可以增加各种保护功能和故障检测功能。 还有可以用12864显示温度曲线，或者用电脑和单片机 描出图形，使得PID参数更好的调节。 通过本次毕业设计我感受很深，从中学到了很多东西。 通过本次实践，不但培养了我们独立思考问题的能力， 同时也增强了我的动手能力，为以后步入工作岗位奠定 了基础。
➢小插曲
1.困惑与PID三个参数的调节，本来我是想从纯理 论的方面去思索这个问题的后面与老师交谈了下 才知道PID的参数调节是与实际环境相关的。 2.鬼影，LCD1602出现鬼影。本来我并不知道这 个是鬼影，在网上搜索也就不知道检索什么关键 词。后面请教了公司的一个毕业不久的学长得知 是鬼影，解决方法是在VDD端和地之间串联个 10K的电位器，发现鬼影可调。
➢小插曲
5.矩阵键盘这块焊接的时候倒是发了我不少时间， 以前都是看着的以为自己会。这次我真正的感受到 动手和不动手的区别。矩阵键盘的程序也让我纠结 了点时间。这里有个思维过程。首先我确定了我的 这个电路是有按键按下是高电平的IO口会被拉低， 比如说11110000会变成1011000，让P0口和 00001111继续位或运算在按位取反，就可以得到是 第二列有按键按下，在赋值00001111就可以等到行 就能确定是哪个按键按下。这里要理清硬件电路的 关系才能编程。
研究意义 研究背景 研究内容 研究方法 硬件电路 软件设计 小插 曲 结论
➢研究意义
温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的 是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程 都紧密的与温度相联系。在很多生产过程中，温度 的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、 保证产品质量、节约能源等重大技术指标相联系。 因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均 受到了相当程度的重视。
➢研究背景
近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但 在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温 度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测 温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决 的问题 。 从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大 致可分以下几种：定值开关温控法、PID线性温 控法、智能温控法。
➢总结
同时本设计还存在着一些不足，例如：系统的硬件设计 方面有待完善，可以增加各种保护功能和故障检测功能。 还有可以用12864显示温度曲线，或者用电脑和单片机 描出图形，使得PID参数更好的调节。 通过本次毕业设计我感受很深，从中学到了很多东西。 通过本次实践，不但培养了我们独立思考问题的能力， 同时也增强了我的动手能力，为以后步入工作岗位奠定 了基础。
➢小插曲
1.困惑与PID三个参数的调节，本来我是想从纯理 论的方面去思索这个问题的后面与老师交谈了下 才知道PID的参数调节是与实际环境相关的。 2.鬼影，LCD1602出现鬼影。本来我并不知道这 个是鬼影，在网上搜索也就不知道检索什么关键 词。后面请教了公司的一个毕业不久的学长得知 是鬼影，解决方法是在VDD端和地之间串联个 10K的电位器，发现鬼影可调。
➢小插曲
5.矩阵键盘这块焊接的时候倒是发了我不少时间， 以前都是看着的以为自己会。这次我真正的感受到 动手和不动手的区别。矩阵键盘的程序也让我纠结 了点时间。这里有个思维过程。首先我确定了我的 这个电路是有按键按下是高电平的IO口会被拉低， 比如说11110000会变成1011000，让P0口和 00001111继续位或运算在按位取反，就可以得到是 第二列有按键按下，在赋值00001111就可以等到行 就能确定是哪个按键按下。这里要理清硬件电路的 关系才能编程。
浴室水温控制系统设计ppt
AD: MOV DPTR,#7F00H ‘指向转换地址 MOV A,#03H ‘指向转换口 MOVX @DPTR,A ‘转换 ‘把从端口30H得到的
数据送到地址为7F00的端口进行转换
MOV R1,#64H ‘64H减到0所需时间是100微秒 D3: DJNZ R1,D3 ‘等100微秒转换完 MOVX A,@DPTR ‘转换后的值给A MOV 30H,A ‘转换的值给30H RET
浴室水温控制系统设计
学院、系 专业名称 年级 学生姓名
理工学院、电子系 通信工程专业
03 级
浴室水温控制系统设计
一、单片机简介 1.1 单片机的由来 单片机，专业名称—Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL 公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来 有了MCS-51，现在还有MCS-96 系列，我们 经常说的51 系列单片机就是MCS-51，它是 一种8 位的单片机，而MCS-96 系列则是一 种16 位的单片机。后来INTEL 公司把它的核 心技术转让给了世界上很多的小公司，所以 世界上就有许多公司生产51 系列兼容单片机， 目前在我国比较流行的就是美国ATMEL 公司 的89C51，它是一种带Flash ROM 的单片机。
4． PSEN（29）：片外ROM 选通信号，低电平有效。
5． ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端/EPROM 编程 脉冲输入端。
6． RST/VPD（9）：复位信号输入端/备用电源输入端。
7． EA/VPP（31）：内/外部ROM 选择端。
8． P0 口（39-32）：双向I/O 口。
9． P1 口（1-8）：准双向通用I/0 口。
4位，得00000001
水暖ppt教学课件
05 水暖系统的故障排除与安 全防范
水暖系统的常见故障及排除方法
管道漏水
检查管道连接处，更换损坏的 密封圈或紧固螺丝。
阀门无法关闭或开启
修复或更换损坏的阀杆、阀芯 或密封圈。
暖气不热
清洗暖气片或调整温控阀，检 查是否有空气堵塞。
循环泵不工作
检查电源连接、泵的旋转方向 及是否有堵塞物。
水暖系统的安全操作规程与注意事项
清洁保养
定期清洁水暖系统，清除 管道内杂质，保持系统正 常运行。
防冻防垢
在冬季，采取防冻措施， 确保管道不被冻裂；定期 进行除垢处理，防止水垢 影响散热效果。
水暖设备的维修与更换
故障诊断
对出现故障的水暖设备进 行诊断，找出故障原因， 进行维修或更换。
配件更换
对于损坏的管道、阀门等 配件，及时进行更换，确 保系统安全可靠。
水暖管材的选择与规格
选择
根据使用场合、压力要求、温度要求等因素选择合适的管材 ，如钢管、铸铁管、塑料管等。
规格
根据设计要求选择管材的规格，包括管径、壁厚等参数。
水暖设备的选择与安装
选择
根据设计要求选择合适的水暖设备， 如散热器、水泵、阀门等。
安装
按照施工规范进行设备的安装，确保 设备位置正确、连接牢固、操作方便 。
水暖系统的分类与特点
分类
水暖系统可以根据不同的分类标准进 行分类，如按热源可分为集中供暖和 分户供暖；按散热方式可分为散热器 采暖和地暖采暖等。
特点
水暖系统具有供热均匀、舒适度高、 节能环保等特点。同时，水暖系统的 维护成本较低，使用寿命较长，是现 代建筑中常用的供暖方式之一。
水暖系统的重要性与应用
热水供暖系统的优点是供暖效果好、 舒适度高，适用于大型建筑和住宅小 区等场所。
热工控制系统第八章 汽温控制系统PPT课件
输出对输入x1的传递函数：
W X 1 S x y 1 1 S S 1 W T 1 S W W T 1 T S 2 W S T W 2 D S 1 W S D W 1 D S 2 W S D 2 W m S 1 S W Z S
(8-2) (8-3)
对于一个定值系统，扰动造成的影响应该越小越好，而定值部分应尽量保持恒定，因
1 WB 1
W0(s)
θ2
γθ2
上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：
W T2
sW 2B
1
2
1T1isTds
则主回路广义调节器的等效比例带为：
2
2 1 1 2
此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被
控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响 应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)
（8-5）
则有：
W b 2SK zK T 2K fK 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z
T 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z S 1
令： K b 2 1 K K T z2 K K T 2 fK K 2 fK K m 2 2K z,T b 2 1 K T 2K T f2 K 2K m 2K z
Iθ 2 -
I 2 1 1
内回路
γθ2
W2(s) θ2
主回路原理方框图 如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：
WT2
s
1
2
1T1is
Tds
忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：
W1
s
1
WB
1
1
此时主回路原理方框图可以简化为：
W X 1 S x y 1 1 S S 1 W T 1 S W W T 1 T S 2 W S T W 2 D S 1 W S D W 1 D S 2 W S D 2 W m S 1 S W Z S
(8-2) (8-3)
对于一个定值系统，扰动造成的影响应该越小越好，而定值部分应尽量保持恒定，因
1 WB 1
W0(s)
θ2
γθ2
上图中对应的主回路广义调节器的传递函数为：
W T2
sW 2B
1
2
1T1isTds
则主回路广义调节器的等效比例带为：
2
2 1 1 2
此时主回路广义调节器中各参数可以通过试验得到的等效被
控对象W0(s)的输出端过热汽温θ2在减温水量WB扰动下的阶跃响 应曲线，按单回路控制系统整定方法进行计算：(P175表6-6)
（8-5）
则有：
W b 2SK zK T 2K fK 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z
T 2 1 K T 2K fK 2K m 2K z S 1
令： K b 2 1 K K T z2 K K T 2 fK K 2 fK K m 2 2K z,T b 2 1 K T 2K T f2 K 2K m 2K z
Iθ 2 -
I 2 1 1
内回路
γθ2
W2(s) θ2
主回路原理方框图 如果主调节器为PID调节器，其传递函数为：
WT2
s
1
2
1T1is
Tds
忽略导前区的惯性和迟延，则简化后导前区传递函数为：
W1
s
1
WB
1
1
此时主回路原理方框图可以简化为：
基于单片机的水温控制系统设计答辩ppt
姓 名:
导师:
专 业 :电气工程及其自动化
CONTENTS
01 选题背景与意义
background and significance of Topic selection
02 研究过程及方法
Research process and methods
03 研究成果
Research results
04 论文归纳与小结
Summary of Papers and Acknowledgements
论文概述
本文主要是设计一种水龙头水温控制系统，该 系统主要由水温设置模块、水阀控制模块、温度采 集模块等组成，利用温度设置模块输入温度，用单 片机对温度进行数据采集与设定的温度数据进行对 比判断，再用四相步进电机实现对冷、热水进水量 的控制，重复进行以上步骤，使温度不断逼近输入 温度。
3. 温控步进电机： 根据温度差值的正负来 控制步进电机的转向， 从而控制冷水和热水的 流量。
4. 液晶显示：将部分 数据显示在LCD屏上， 包括温度数据和输入的 温度设定值。
5. 键盘输入：通过 键盘输入模块获取用 户输入的温度设定值。
总结来说，该水龙头水温控制系统的硬件部分包括温度 采集模块、键盘输入模块、水阀控制模块和液晶显示模块， 核心为单片机芯片。软件部分包括主模块程序、温度数据采 集、温控步进电机、液晶显示和键盘输入等模块。然而，该 系统目前还存在一些问题，需要进一步完善和调试。
01
background and significance of Topic selection
水龙头在人们生活中起到调节水流大小的作用，但现代人们对水龙 头的需求已不仅限于调节水流，更多关注外观、耐用性和水温控制等方 面。随着科技的发展，信息技术、计算机技术和电子技术的应用也进一 步改善了水温控制的需求。水温的控制在工业、农业生产中具有重要作 用，过高或过低的水温会造成资源浪费和损失。此外，水温的变化也会 影响人们的心情和生活体验。因此，将水龙头与科技技术相结合，实现 水温控制系统，能够提高生活质量和有效利用水资源。在设计水温控制 系统时，安全性是重要考虑因素之一。温度传感器需要与水接触，因此 必须具备防水功能，以确保水温数据的准确性和使用安全。温度控制和 流量控制是构成水温控制系统的关键，温度控制调节水温，流量控制控 制冷热水的进水量，以实现最终从水龙头流出的水温符合需求。
控制系统设计PPT课件
• 由此可见，控制系统在典型输入信号作用下的 性能指标，通常由稳态性能和动态性能两部分组 成。
三、系统的过渡过程和性能指标
(1)稳态性能 对于单输入单输出系统来说，在时域中稳态响
应的性能指标是稳态误差，它等于系统在典型信号 作用下，时间t趋向于无穷大时的稳态输出与参考 输入整定的希望输出之差。
对于单位反馈系统，在不同参考输入信号作用下 的系统响应的稳态误差就是：
• (2). 参量模型 • 当数学模型是采用数学方程式来描述时，
称为参量模型。参量模型按其讨论域可分 为时域模型、复数域模型和频域模型。 •
三、 数学模型的建立
建立数学模型的主要方法有： 分析法和实验法
分析法特点：方程复杂，难解算
实验法关键：测试方法和测试信号的选 择；常用测试方法有：时域法、频率 法和统计法；常用的测试信号：单位 阶跃信号
4．按系统输出的变化规律分类 (2)程序控制系统 特点：在外界条件的作用下系统的输出按预定程
序变化 这类系统的给定值是变化的，但它是一个已知的
时间函数，或按预定的规律变化。比如金属热处理的 温度控制装置、数控机床的数控程序加工，就是这类 系统的例子。
4．按系统输出的变化规律分类 (3) 随动控制系统
(Qi Qo )dt Adh
三、 数学模型的建立
• Q变、i量Q，、o得h出都只是有时间Qi和的h变为量变，量因的而关还系需式消。去考中虑间到
变化量很微小，可以近似认为Qo与h成正比，与
阀门2的阻力系数Rs成反比，即
h
Qo
和上式合并，可得：
Rs
h (Qi Rs )dt Adh
三、 数学模型的建立
随机系统、集中参数系统与分布参数系统、时变 系统与时不变系统
三、系统的过渡过程和性能指标
(1)稳态性能 对于单输入单输出系统来说，在时域中稳态响
应的性能指标是稳态误差，它等于系统在典型信号 作用下，时间t趋向于无穷大时的稳态输出与参考 输入整定的希望输出之差。
对于单位反馈系统，在不同参考输入信号作用下 的系统响应的稳态误差就是：
• (2). 参量模型 • 当数学模型是采用数学方程式来描述时，
称为参量模型。参量模型按其讨论域可分 为时域模型、复数域模型和频域模型。 •
三、 数学模型的建立
建立数学模型的主要方法有： 分析法和实验法
分析法特点：方程复杂，难解算
实验法关键：测试方法和测试信号的选 择；常用测试方法有：时域法、频率 法和统计法；常用的测试信号：单位 阶跃信号
4．按系统输出的变化规律分类 (2)程序控制系统 特点：在外界条件的作用下系统的输出按预定程
序变化 这类系统的给定值是变化的，但它是一个已知的
时间函数，或按预定的规律变化。比如金属热处理的 温度控制装置、数控机床的数控程序加工，就是这类 系统的例子。
4．按系统输出的变化规律分类 (3) 随动控制系统
(Qi Qo )dt Adh
三、 数学模型的建立
• Q变、i量Q，、o得h出都只是有时间Qi和的h变为量变，量因的而关还系需式消。去考中虑间到
变化量很微小，可以近似认为Qo与h成正比，与
阀门2的阻力系数Rs成反比，即
h
Qo
和上式合并，可得：
Rs
h (Qi Rs )dt Adh
三、 数学模型的建立
随机系统、集中参数系统与分布参数系统、时变 系统与时不变系统
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10
5.3、控制器的设计
控制器的工作原理
测量值
设定值
±⊿
比较
控制算法
执行器
控制指令
（功率电路、 加热炉）
水
11
5.3、控制器的设计
5.3.1 用CPLD/FPGA设计控制器的算法流程图：
开始
扫描测温电路、设温键盘
MUX
轮流显示 驱动电路
LED数码管
R1 Байду номын сангаас量值 R2 设定温度
计时器 开始计时
R3 R1-R2
4
c、增加了实时打印时间水温曲线的功能。 三个发挥题的a主要是传感器的要求要提高；b的 实现要求控温算法必须采用比例微分积分PID控 制，否则，无法缩短调节时间减小超调量；要完 成打印功能，除了要设计好时间水温曲线的图像 函数外，还要增加通信电路。
5
4、电路结构分析：
显示驱动电路
测温电路
控制电路
从性能指标来看，基本部分的温度控制精度不高，调节 时间不受限制。
发挥部分：主要在以下几个方面增加了难度： a、测温和保温的精度由1 ℃提高到0.2 ℃； b、外界对温度的影响由“较小且缓慢变化”改成“突 变”，即“当设定温度突变（由40 ℃提高到60 ℃）时”， 要求要能减小系统的调节时间和超调量；
功率电路
加热电路
键盘输入
水
6
5、方案论证
5.1、测温电路
测温元件以半导体集成温度传感器为佳。他的 精度、可靠性都很好，使用方便，是一种适应性 很广的通用传感器。如图22.2.3以AD590为测温 敏感元件、AD581为高精度稳压器、以及运放 OP07为核心构成的典型测温电路。
AD590将温度转化为电流信号；运放OP07的 同相输入端由AD581提供高稳定的标准电压信号 (0v)，其反相输入端由AD590经分压电路提供测 量电压信号；反复调整两个可变电阻，并经过温 度标度，使得电路在40 ℃ 时输出为0mv,90 ℃时 为100mv，以满足题目对测量范围和精度的要求。
14
⑵ PID控制算法
PID控制算法简单、实用，对各种控制对象具有非常 广泛的适用性，通过现场的参数调试，可以获得较好的 控制效果。尤其是控制温度，由于容量滞后较大，时间 常数大，常用PID控制方式。所以，在本设计采用PID控 制算法是比较合适的。
PID控制算法可以表示为：
CKP(eT 1 L edtTDd d)e t
2
2.2、发挥部分 ⑴ 采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40
℃提高到60 ℃）时，减小系统的调节时间和超 调量； ⑵ 温度控制的静态误差小于等于0.2 ℃； ⑶ 在设定温度突变（由40 ℃提高到60 ℃）时，自 动打印水温随时间变化的曲线。
3
3、题目分析
系统功能：
基本部分：即为一个具有人工设定温度；能实时检测温 度；当受控对象的温度受外界影响，而发生较小且缓慢变 化时，能自动实现对受控对象的恒温控制；并能实时显示 温度。
7
测温电路原理框图
AD581
A/D
控制器
AD590
8
几个问题： A、温度标定，获取标准电压信号； B、A/D转换的位数确定。
由于（90-40）/0.2=250级，8位A/D转换器即可 获得255级的精度，基本可以满足要求；考虑到 留有余量，也可选用10位或12位转换器。
9
5.2功率电路及加热方式
16
6.通信电路
17
在本例中，具体算法如下：
15
在本例中，具体算法如 下：
e(i)tshui tshe
Ee(i)
u(i)KPe(i)TTL ETTDe(i)e(i1)u0
式中，u(i)为当前功率输出，T为采样时间，E为误差积 累，KP为比例常数，TL为积分常数，TD为微分常数。
根据具体情况，在调试中调节3个常数，可以达到 较好的控制效果。为保证系统的稳定性，改善控制性能， 应对E进行限幅，大于某一值时，停止E的累加。
水温控制系统设计
1997年全国大学生电子设计竞赛C题
1
1、任务：
设计并制作一个水温自动控制系统。控制对象 为1L净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范 围内由人工设点，并能在环境温度降低时，实现 自动控制，以保持设定的温度基本不变。 2、要求： 2.1、基本要求 ⑴ 温度设定范围为40--90 ℃，最小区分度为1 ℃， 标定温度小于等于1 ℃； ⑵ 环境温度降低时（如用电风扇降温）温度控制 的静态误差小于等于1 ℃； ⑶ 用十进制数码管显示水的实际温度。
控制算法
停止计时 y
n
计时器清零
R3≤0.2？
控制指令
执行器
（功率电路、
加热炉）
12
5.3.2 用单片机设计控制器
13
5.3.3 控制算法 ⑴、调节器的控制规律
一个自动控制系统，在扰动作用和控制作用下，被控 质量能否回到设定值上，或以什么样的途径，经过多长时 间回到设定值上来，这不仅与过程的特性有关，也与调节 器的特性有关。
本系统要对水用电炉进行加热，功率较大；同 时，还要能对电炉的工作状态进行控制，以调节 水温（恒温控制）。
采用电磁继电器或光耦合可控硅的功率驱动 电路，是用小信号控制大电流，并实现功率控制 的常用电路。教材P.112的图22.2.7和图22.2.8即 为这种典型的功率电路。
双向可控硅驱动时的交流过零检测问题，可 参考教材P.113的说明。
调节器的特性，是指调节器的输入与输出之间的关系。 用数学式表示为：
C = f(e) c为调节器输出的控制信号，e为比较器送来的偏差信号。
调节器的基本控制规律有位式、比例、积分、微分等 四种类型。实际应用的控制规律是这些基本规律之间的不 同组合，即有位式、比例、比例积分、比例微分、比例积 分微分PID等。除位式是断续式的以外，其他的均属连续 式控制。
5.3、控制器的设计
控制器的工作原理
测量值
设定值
±⊿
比较
控制算法
执行器
控制指令
（功率电路、 加热炉）
水
11
5.3、控制器的设计
5.3.1 用CPLD/FPGA设计控制器的算法流程图：
开始
扫描测温电路、设温键盘
MUX
轮流显示 驱动电路
LED数码管
R1 Байду номын сангаас量值 R2 设定温度
计时器 开始计时
R3 R1-R2
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c、增加了实时打印时间水温曲线的功能。 三个发挥题的a主要是传感器的要求要提高；b的 实现要求控温算法必须采用比例微分积分PID控 制，否则，无法缩短调节时间减小超调量；要完 成打印功能，除了要设计好时间水温曲线的图像 函数外，还要增加通信电路。
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4、电路结构分析：
显示驱动电路
测温电路
控制电路
从性能指标来看，基本部分的温度控制精度不高，调节 时间不受限制。
发挥部分：主要在以下几个方面增加了难度： a、测温和保温的精度由1 ℃提高到0.2 ℃； b、外界对温度的影响由“较小且缓慢变化”改成“突 变”，即“当设定温度突变（由40 ℃提高到60 ℃）时”， 要求要能减小系统的调节时间和超调量；
功率电路
加热电路
键盘输入
水
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5、方案论证
5.1、测温电路
测温元件以半导体集成温度传感器为佳。他的 精度、可靠性都很好，使用方便，是一种适应性 很广的通用传感器。如图22.2.3以AD590为测温 敏感元件、AD581为高精度稳压器、以及运放 OP07为核心构成的典型测温电路。
AD590将温度转化为电流信号；运放OP07的 同相输入端由AD581提供高稳定的标准电压信号 (0v)，其反相输入端由AD590经分压电路提供测 量电压信号；反复调整两个可变电阻，并经过温 度标度，使得电路在40 ℃ 时输出为0mv,90 ℃时 为100mv，以满足题目对测量范围和精度的要求。
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⑵ PID控制算法
PID控制算法简单、实用，对各种控制对象具有非常 广泛的适用性，通过现场的参数调试，可以获得较好的 控制效果。尤其是控制温度，由于容量滞后较大，时间 常数大，常用PID控制方式。所以，在本设计采用PID控 制算法是比较合适的。
PID控制算法可以表示为：
CKP(eT 1 L edtTDd d)e t
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2.2、发挥部分 ⑴ 采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40
℃提高到60 ℃）时，减小系统的调节时间和超 调量； ⑵ 温度控制的静态误差小于等于0.2 ℃； ⑶ 在设定温度突变（由40 ℃提高到60 ℃）时，自 动打印水温随时间变化的曲线。
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3、题目分析
系统功能：
基本部分：即为一个具有人工设定温度；能实时检测温 度；当受控对象的温度受外界影响，而发生较小且缓慢变 化时，能自动实现对受控对象的恒温控制；并能实时显示 温度。
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测温电路原理框图
AD581
A/D
控制器
AD590
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几个问题： A、温度标定，获取标准电压信号； B、A/D转换的位数确定。
由于（90-40）/0.2=250级，8位A/D转换器即可 获得255级的精度，基本可以满足要求；考虑到 留有余量，也可选用10位或12位转换器。
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5.2功率电路及加热方式
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6.通信电路
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在本例中，具体算法如下：
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在本例中，具体算法如 下：
e(i)tshui tshe
Ee(i)
u(i)KPe(i)TTL ETTDe(i)e(i1)u0
式中，u(i)为当前功率输出，T为采样时间，E为误差积 累，KP为比例常数，TL为积分常数，TD为微分常数。
根据具体情况，在调试中调节3个常数，可以达到 较好的控制效果。为保证系统的稳定性，改善控制性能， 应对E进行限幅，大于某一值时，停止E的累加。
水温控制系统设计
1997年全国大学生电子设计竞赛C题
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1、任务：
设计并制作一个水温自动控制系统。控制对象 为1L净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范 围内由人工设点，并能在环境温度降低时，实现 自动控制，以保持设定的温度基本不变。 2、要求： 2.1、基本要求 ⑴ 温度设定范围为40--90 ℃，最小区分度为1 ℃， 标定温度小于等于1 ℃； ⑵ 环境温度降低时（如用电风扇降温）温度控制 的静态误差小于等于1 ℃； ⑶ 用十进制数码管显示水的实际温度。
控制算法
停止计时 y
n
计时器清零
R3≤0.2？
控制指令
执行器
（功率电路、
加热炉）
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5.3.2 用单片机设计控制器
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5.3.3 控制算法 ⑴、调节器的控制规律
一个自动控制系统，在扰动作用和控制作用下，被控 质量能否回到设定值上，或以什么样的途径，经过多长时 间回到设定值上来，这不仅与过程的特性有关，也与调节 器的特性有关。
本系统要对水用电炉进行加热，功率较大；同 时，还要能对电炉的工作状态进行控制，以调节 水温（恒温控制）。
采用电磁继电器或光耦合可控硅的功率驱动 电路，是用小信号控制大电流，并实现功率控制 的常用电路。教材P.112的图22.2.7和图22.2.8即 为这种典型的功率电路。
双向可控硅驱动时的交流过零检测问题，可 参考教材P.113的说明。
调节器的特性，是指调节器的输入与输出之间的关系。 用数学式表示为：
C = f(e) c为调节器输出的控制信号，e为比较器送来的偏差信号。
调节器的基本控制规律有位式、比例、积分、微分等 四种类型。实际应用的控制规律是这些基本规律之间的不 同组合，即有位式、比例、比例积分、比例微分、比例积 分微分PID等。除位式是断续式的以外，其他的均属连续 式控制。