课程设计（论文）基于单片机的淋浴水温控制系统的设计

1、基于单片机的淋浴水温控制系统的设计摘要:本论文对实际情况进行数学建模,并根据分析和实验的结果设计了控制系统。利用工业控制的8031单片机搭建控制系统,系统的前向通道未用了成本低、休积小、线性电流传感器，为提高精度，传感器设计了t型滤波器以增加杭干扰能力，单片机应用未用pid葬法的撞制方式担制双向可控硅的导通、关断，调整功率，使之切断或接通加热器，从而控制水温稳定在预设定值上。系统后向通道采用干扰小、器件运行可靠的过零触发方式，省去了传统的d/a接口电路，简化了硬件设备。在软件设计中，为提高精度我们采用了数字滤波方案以减少干扰信号的比重。根据温控的单回路pid数字调节器的硬件设计，完成实时浏重(

2、传感采样)、实时决策(pid控制运算)和实时控制(调功)三部分功能，为防止超调量过大，对pid算法进行了适当改进，用单片机产生pwm波对电机进行控制,调节冷热水管的流量,最终达到控制输出水温的目的。目录引言11.设计任务21.1基本要求31.2发挥部分32方案论证32.1方案一32.2方案二42.3方案三43方案设计53.1系统工作原理53.2主要电路设计63.3软件设计94性能指标测试:115结论12系统误差分析12参考文献13引言随着自动化技术的进一步发展,现在很多家庭都希望能享受智能化服务的家居环境;人们生活无非衣食住行,对于居住,如果有智能化淋浴设施,更能为生活增色不少,智能化淋浴设施

3、中关键的两项技术为:温度控制与流量控制,其中人们对于温度控制是希望在自己设定数值以后变化不大,仅仅在设定数值周围波动;而流量则直接按需要进行调节。1.设计任务设计制作一个淋浴水温控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。淋浴水温调节系统由温度传感装置、控制系统、显示装置、冷水流控制装置、热水流控制装置、总流量控制装置构成,如图2-1所示。其中流量与温度有一定的关系,系统利用温度传感器测量水的温度,并将其结果传递到控制系统,将温度显示出来,并与所设置的温度进行对比,根据对比所得到的结果来控制冷热水的流

4、量。图2-1水温调节系统组成框图水温调节系统目标是控制出水管的温度和流量。对于流量的控制,是通过手动调节来实现的;而对于温度的控制,则是先通过控制面板手动调定好温度的数值,再通过闭环控制其真实水温围绕设定水温小范围波动。1.1基本要求(1) 温度设定范围为400cj900c，最小区分度为1 c，标定温差10c（2）环境温度降低时(例如用电风扇降温)温度控制的静态误差10co (3) 用十进制数码显示水的实际温度。1.2发挥部分 (1) 采用适当的控制方法，当设定温度突变(由40提高到60 0c)时，减小系统的调节时间和超调量。 (2) 温度控制的静态误差b时，用pd控制 当eib时，用pid控

5、制4性能指标测试:1.测试条件 环境温度为23 c2.测试仪器 my-68数字万用表ss一7804双通道示波器da一16晶体管毫伏表jm一222数字温度计3.测量方法(1) 测温度:将温度计与传感器同时浸入搪瓷杯的水中，对电炉进行全功率加热，测试水温温度。单位()(2) 恒温设定及调整:用键盘设定一固定温度值，对1升水进行加热，恒温。单位() (3) 静态误差测试用键盘设定一固定温度值，对1升水加热，恒温，同时用电风煽降低周围环境温度，测试静态误差。单位()4.整机指标(1)前向通道部分传感器测温范围:一5555数据采集周期: 10次/秒采集精度:三位半a/d转换(相当于11位二进制数)(2)

6、后向通道部分功率控制:最大电流6a(3)键盘显示部分温度设定:35 99显示范围:099. 95结论(1)该集成传动系统的优点是结构紧凑,制造工艺简便。(2)与有杆活塞式液压缸相比,采用无杆活塞缸使得相关部位由动密封转变为静密封,流体泄漏容易控制。(3)斜面-钢球-斜面-钢球三级增力机构的增力效果,显著高于同类的一级及二级增力机构12,设计夹具时应优先选用。(4)斜面-钢球-斜面-钢球三级增力机构的力传递效率相对较低。但由于理论增力系数很大,故仍能得到相对较大的实际增力系数。系统误差分析从整个电路原理框图来看，系统的主要误差来源于以下几个方面:1. a/d变换器mc14433的量化误差。指标为

7、(士1lsb) 满度误差为: 2.由于系统前向通道设计中，须加入一些必要的t型滤波网络，虽然采用对称网络，抑制传输中间的干扰，提高了系统误差与精度，但也给电路中引入一些非线性因素，使得温度传感器的线性度受到影响，从而引入了新的误差。3.在pid控制算法中，我们采用的是理想pid数字控制器，虽然其算法较实际pid更为简单，更易实现，但其控制品质较差，原因在于其微分作用仅局限于第一个采样周期有一个大幅度输出，一般执行机构无法在较短采样周期内跟踪较大的微分作用输出，须综合考虑多方面因素。4.由于实验所用测量工具(如温度计)本身精度以及所带来的视觉误差，加上温度变化惯性较大，动态测量时准确控制测量精度

8、略有难度。参考文献1钟康民，宋强，郭培全 钢球增力液压夹具j制造技术与机床, 1999 (11): 47482芮丰 新颖的滚珠式力放大机构j机械设计,1992 (3): 49503林文焕，陈本通 机床夹具设计m北京:国防工业出版社, 19874 赵亮,侯国锐.单片机c语言编程与实例m.北京:人民邮电出版社,2003.307-311.5 金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用j.电子技术应用,2000,(6):66-68.6 金春林,邱慧芳,张皆喜.avr系列单片机c语言编程与应用实例m.北京:清华大学出版社,2003.277-282.7 孙道忠,王卫星,许利霞,等.鱼塘含氧量自动监控系统j.农机化研究,2005,(4):128-131.8 丁易新.ocmj图形液晶显示器与avr单片机的接口设计j.电子工程师,2005,31(