计算机温度控制系统课程设计方案

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计算机课程设计--基于某数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计

计算机课程设计--基于某数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计

计算机控制技术课程设计任务书题目:基于数字 PID 的电加热炉温度控制系统设计设计内容电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验,电加热炉用电炉丝提供功率,使其在预定的时问内将炉内温度稳定到给定的温度值。

在木控制对象电阻加热炉功率为 8Kw ,由 220V 交流电源供电,采用双向可控硅进行控制。

本设计针对一个温区进行温度控制,要求控制温度范困 50-350 ℃ ,保温阶段温度控制精度为土 l ℃ .选择和合适的传感器,计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。

其对象温控数学模型为:1)(+=-s T e K s G d sd τ 其中:时间常数T d = 350 秒放大系数 K d = 50滞后时间T d = 10 秒控制算法选用PID 控制。

设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机机型(采用51内核的单片机);2、 设计支持计算机工作的外围电路( EPROM , RAM 、I/O 端口 、键盘、显示接口电路等)3、设计输入信号接口电路;4、设计D/A 转换和电流驱动接口电路;5、其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)四、软件设计1、分配系统资源,编写系统初始化和主程序模块框图;2编写A/D 转换和温度检测子程序枢图;3、编写控制程序和 D/A 转换控制子程序模块粗图;4、其它程序模块(显示与键盘等处理程序)枢图。

五、编写课程设计说明书,绘制完整的系统电路图( A3 幅面)。

课程设计说明书要求1 .课程设计说明书应书写认真.字迹工稚,论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2 .论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切,并提出自己的见解和观点。

3 .课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容(按章节编写)、主要结论和参考书,附录应有系统方枢图和电路原理图。

4 .课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识.摘要单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。

课程设计说明书 温度控制系统的设计与实现

课程设计说明书 温度控制系统的设计与实现

课程设计说明书课程设计说明书题目:温度控制系统的设计与实现摘要温度控制系统是一种典型的过程控制系统,在工业生产中具有极其广泛的应用。

温度控制系统的对象存在滞后,它对阶跃信号的响应会推迟一些时间,对自动控制产生不利的影响,因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。

温度是一个重要的物理量,也是工业生产过程中的主要工艺参数之一,物体的许多性质和特性都与温度有关,很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行,因此,对温度的精确测量和可靠控制,在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。

本文阐述了过程控制系统的概念,介绍了一种温度控制系统建模与控制,以电热水壶为被控对象,通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型,采用了PID算法进行系统的设计,达到了比较好的控制目的。

关键词:温度控制;建模;自动控制;过程控制;PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords:Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章概述 .......................................... 错误!未定义书签。

温度监控系统课程设计报告

温度监控系统课程设计报告

温度监控系统课程设计报告1 设计背景设计目的及意义随着现代计算机和自动化技术的发展,作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件,温度传感器的作用日益突出,成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具,其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。

本设计就是为了满足人们在生活生产中对温度测量系统方面的需求。

(1)在学习了课程后,为了加深对理论知识的理解,学习理论知识在实际中的运用,培养动手能力和解决实际问题的经验。

(2)通过实验提高对单片机的认识,提高软件调试能力。

(3)进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理,通过课程设计,掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。

(4)通过实际程序设计和调试,逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

(5)熟悉温度控制的工作原理,选择合适的元件,绘制系统电路原理图,运用单片机原理及其应用,进行软硬件系统的设计和调试,加深对单片机的了解和运用,进而提高自己的应用知识能力、设计能力和调试能力。

总体设计思路本设计以单片机为基础,温度监控系统大致上可以分为以下几个步骤:系统分析过程(1)根据系统的目标,明确所采用温度监控系统的目的和任务。

(2)确定系统所在的工作环境。

(3)根据系统的工作要求,确定系统的基本功能和方案。

系统设计内容(1)构思设计温度监控系统的工作流程。

(2)对要求设计的系统进行功能需求分析,考虑多种设计方案,比较各方案的特点,并确定合理可行的方案,并设计相应的功能结构。

(3)根据系统的控制要求,选择合适型号的芯片及元器件。

(4) 设计以单片机为核心的控制程序。

(5) 电路板及其结构的设计。

(6) 进行系统的调试,完成最终的设计。

2 总体设计方案设计系统框图本设计为无线电控制电路,系统框图如下所示:图1-1 系统框图系统功能此设计以单片机为核心的温度监控系统,其功能是:平常状态下可以做温度计使用。

当温度超过预设温度时二极管会闪烁报警,当温度降下时二极管则停止闪烁。

温度控制系统设计-课程设计

温度控制系统设计-课程设计

电阻炉温度控制系统1系统的描述与分析1.1系统的介绍该系统的被控对象为电炉,采用热阻丝加热,利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小,来改变流经热阻丝的电流,从而改变电炉炉内的温度。

可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度0~500℃,温度传感器测量值对应也为0~5伏,对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统,这里惯性时间常数取T1=30秒,滞后时间常数取τ=10秒。

该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定,实现工业过程中PID控制。

它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换,再送入计算机中,与设定值进行比较,得出偏差。

对此偏差按PID规律进行调整,得出对应的控制量来控制驱动电路,调节电炉的加热功率,从而实现对炉温的控制。

利用单片机实现温度智能控制,能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理(各参数数值的修正)及显示。

在设计中应该注意,采样周期不能太短,否则会使调节过程过于频繁,这样,不但执行机构不能反应,而且计算机的利用率也大为降低;采样周期不能太长,否则会使干扰无法及时消除,使调节品质下降。

1.2技术指标设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下:1.电阻炉温度控制在0~500℃;2. 加热过程中恒温控制,误差为±2℃;3. LED实时显示系统温度,用键盘输入温度,精度为1℃;4. 采用直接数字控制算法,要求误差小,平稳性好;5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。

2方案的比较和确定方案一系统采用8031作为系统的微处理器。

温度信号由热电偶检测后转换为电信号经过预处理(放大)送到A/D转换器,转换后的数字信号再送到8031内部进行判断或计算。

从而输出的控制信号来控制锅炉是否加热。

但对于8031来说,其内部只有128个字节的RAM,没有程序存储器,并且系统的程序很多,要完成键盘、显示等功能就必须对8031进行存储器扩展和I/O口扩展,并且需要容量较大的程序存储器,外扩时占用的I/O口较多,使系统的设计复杂化。

计算机控制课程设计温度控制系统的设计与实现

计算机控制课程设计温度控制系统的设计与实现

课程设计说明书题目:温度控制系统的设计与实现学生姓名:学院:电力学院系别:自动化专业:自动化班级:指导教师:二〇一年一月十四日内蒙古工业大学课程设计(论文)任务书课程名称:计算机控制系统课程设计学院:电力学院班级:自动化07-3班学生姓名:石鑫学号:指导教师:刘磊李志明摘要温度控制系统是一种典型的过程控制系统,在工业生产中具有极其广泛的应用。

温度控制系统的对象存在滞后,它对阶跃信号的响应会推迟一些时间,对自动控制产生不利的影响,因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。

温度是一个重要的物理量,也是工业生产过程中的主要工艺参数之一,物体的许多性质和特性都与温度有关,很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行,因此,对温度的精确测量和可靠控制,在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。

本文阐述了过程控制系统的概念,介绍了一种温度控制系统建模与控制,以电热水壶为被控对象,通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型,采用了PID算法进行系统的设计,达到了比较好的控制目的。

关键词:温度控制;建模;自动控制;过程控制;PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords:Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章概述..........................................................................................................................................1.1 题目背景及应用意义...........................................................................................................1.2 本文内容及工作安排 (1)第二章系统组成及被控对象分析(被控对象数学建模) (3)2.1 系统组成 (3)2.1 被控对象分析(被控对象数学建模) (5)第三章控制策略设计及仿真研究 (11)3.1 控制策略设计 (11)3.2 仿真研究 (15)第四章控制策略实现 (18)4.1 组态环境下控制策略编程实现 (18)4.2 力控软件 (18)4.3 运行结果分析 (20)第五章总结 (22)参考文献 (23)第一章概述1.1 题目背景及应用意义在近四十年的时间里,电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段,尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展,七十年代初诞生了一代新型的电子计算机——微型计算机,使得计算机应用日益广泛;目前,计算机应用已渗透到各行各业,达到了前所未有的普及程度。

温度控制系统课程设计

温度控制系统课程设计

温度控制系统课程设计一、引言温度控制系统是一种常见的自动化控制系统,广泛应用于工业生产、农业生产、医疗保健等领域。

本课程设计旨在通过设计一个基于单片机的温度控制系统,让学生了解自动化控制系统的基本原理和实现方法。

二、设计目标本课程设计的主要目标是设计一个基于单片机的温度控制系统,具体包括以下方面:1. 实现温度测量功能:通过传感器获取环境温度,并将数据转换为数字信号,供单片机处理。

2. 实现温度调节功能:根据设定温度和当前环境温度,通过单片机输出PWM信号调节加热器功率,从而实现对环境温度的调节。

3. 实现显示功能:将当前环境温度和设定温度以数字形式显示在LCD 屏幕上。

4. 实现报警功能:当环境温度超过设定范围时,通过蜂鸣器发出警报提示操作者。

三、硬件系统设计1. 硬件平台选择本课程设计采用STM32F103C8T6单片机作为控制核心,具有较高的性价比和丰富的外设资源,适合用于中小规模的自动化控制系统。

2. 温度传感器选择本课程设计采用DS18B20数字温度传感器,具有精度高、响应速度快、可靠性强等优点,适合用于工业自动化控制系统。

3. LCD显示屏选择本课程设计采用1602A型液晶显示屏,具有低功耗、易于控制等优点,适合用于小型自动化控制系统。

4. 其他外设选择本课程设计还需要使用继电器、蜂鸣器、电阻等外设实现各项功能。

四、软件系统设计1. 系统架构设计本课程设计采用分层结构设计,将整个软件系统分为数据采集层、控制层和用户界面层三个部分。

其中数据采集层负责获取环境温度数据;控制层根据设定温度和当前环境温度输出PWM信号调节加热器功率;用户界面层负责显示当前环境温度和设定温度,并实现报警功能。

2. 数据采集层设计数据采集层主要负责获取环境温度数据,并将其转换为数字信号供单片机处理。

本课程设计采用DS18B20数字温度传感器实现温度测量功能,具体实现步骤如下:(1)初始化DS18B20传感器。

(2)发送读取温度命令。

温度控制系统(课程设计)

温度控制系统(课程设计)

长安大学《单片机原理及接口技术》课程设计(简易温度控制系统)专业:电气工程及其自动化学号: 2804060132姓名:任晴利指导老师:段晨东时间: 2008.12.22~2009.01.03目录目录。

题目。

摘要。

需求分析。

方案比较。

硬件设计。

硬件电路设计。

总体电路设计。

软件设计。

调试及结果分析。

附录1 电路程序。

附录2 电路总图。

题目:简易温度控制系统一.任务设计并制作一个简易的单片机温度自动控制系统(见图一)。

控制对象为自定。

图一 恒温箱控制系统二.要求设计要求如下(1)温度设定范围为40℃~90℃,最小区分度为1℃(2)用十进制数码显示实际温度。

(3)被控对象温度采用发光二极管以光柱形式和数码形式显示。

(4)温度控制的静态误差≤2℃。

扩充功能:控制温度可以在一定范围内设定,并能实现自动调整,以保持设定的温度基本保持不变(测量温度时只要求在现场任意设置一个检测点)。

恒温箱 执行器 可编程 控制器 显示器 变送器 设置键盘 电源 220V AC 温度传感器摘要本系统以A T89S52单片机芯片为核心,组成温度测量和控制系统,采用DS18B20数字温度传感器对温度进行实时采样,并将测量结果用数码管实显示,可以运用键盘按钮对温度进行设定,并且驱动加热器或制冷器将温度调整到设定温度,其功能完善,人机界面良好,可靠性高,AbstractThe system to single-chip AT89S52 chip as the core, the composition of the control of temperature control system of the adoption of digital temperature sensor DS18B20 temperature sampling, real-time display with digital temperature control, you can use the keyboard for temperature regulation, the use of heater and cooler temperature adjustments to improve its functions, a good man-machine interface, high reliability一、需求分析根据题目的具体要求,经过阅读思考,可对题目的具体任务、功能、技术指标等作如下分析。

计算机控制技术课程设计报告基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告

计算机控制技术课程设计报告基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告

一、控制对象:1.2.1 被控对象本次设计为软件仿真,通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。

传递函数表达式为:1.2.2 设计规定规定系统可以快速响应,并且可以迅速达成盼望的输出值。

本次设计选用PID控制算法,PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I和微分控制单元D组成。

其输入与输出的关系为式中,为比例系数;为积分时间常数;为微分时间常数。

二、控制规定分析:设定目的温度,使温度呈单位阶跃形式在目的温度处趋于震荡稳定。

使系统可以在任意设定的目的温度下,从现有温度达成目的温度,并趋于稳定状态。

三、可行性分析:参考国内外的技术资料,可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统;运用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。

四、总体设计:4.1控制系统组成控制系统框图如图1所示。

图1 控制系统框图4.2工作原理:在图1 所示系统中,D(z)为该系统的被控对象,零状态下,输入为单位阶跃信号R 的输出反馈给输入。

在参数给定值R的情况下,给定值R 与反馈值比较得到偏差,通过PID 调节器运算产生相应的控制量,PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号,是输入的数值稳定在给定值R 。

4.3模拟PID 控制算法原理:在模拟系统中PID 算法的表达式为:式中,P(t)为调节器输出信号,e(t)为调节器偏差信号,它等于测量值与给定值之差;Kp 为调节器的比例系数,1/T1为调节器的积分时间, Td 为调节器的微分时间。

在计算机控制系统中,必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。

将积分式和微分项近似用求和及增量式表达。

即:PID 控制器 D(z) u 1(t) R + e(t) _ u(t)将上面两个式子代入第一式,得:由此式可以运用递推求出K-1次的PID输出表达式用K-1次的输出减去第K次的输出得:4.4系统设计流程图由此可以编制基于PID算法的C语言程序实现温度闭环控制系统。

pid温度控制设计课程设计

pid温度控制设计课程设计

pid温度控制设计课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解PID温度控制的基本原理,掌握其组成部分及功能。

2. 学生能掌握PID控制器参数的调整方法,并了解其对温度控制效果的影响。

3. 学生了解传感器在温度控制过程中的作用,能正确解读传感器数据。

技能目标:1. 学生能运用所学知识,设计简单的PID温度控制系统,并进行模拟实验。

2. 学生具备分析温度控制过程中出现的问题,并提出相应解决方案的能力。

3. 学生能熟练使用相关仪器设备,进行温度控制实验操作。

情感态度价值观目标:1. 学生培养对自动化技术的兴趣,激发创新意识,提高实践能力。

2. 学生在团队合作中,学会相互沟通、协作,培养团队精神。

3. 学生认识到温度控制在生产生活中的重要性,增强社会责任感。

课程性质:本课程为实践性较强的课程,结合理论知识和实际操作,培养学生的动手能力和问题解决能力。

学生特点:学生具备一定的物理知识和数学基础,对实际操作感兴趣,喜欢探索新知识。

教学要求:注重理论与实践相结合,强调学生的主体地位,鼓励学生积极参与实验,培养学生的创新思维和实际操作能力。

将课程目标分解为具体的学习成果,便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识:- PID温度控制基本原理:比例(P)、积分(I)、微分(D)控制作用及组合控制策略。

- 温度传感器原理及种类:热电偶、热敏电阻等。

- 控制器参数调整方法:参数对温度控制性能的影响。

- 温度控制系统的数学模型及其建立方法。

2. 实践操作:- 设计并搭建简单的PID温度控制系统,进行模拟实验。

- 调试控制器参数,观察温度控制效果。

- 分析实验过程中出现的问题,并提出解决方案。

3. 教学大纲:- 第一阶段:PID温度控制基本原理学习,了解传感器原理及种类。

- 第二阶段:控制器参数调整方法学习,掌握温度控制系统的数学模型。

- 第三阶段:实践操作,设计并搭建PID温度控制系统,进行实验分析。

教学内容安排与进度:- 理论知识学习:共计4课时。

【精品】计算机控制技术课程设计温度控制系统设计

【精品】计算机控制技术课程设计温度控制系统设计

课程设计题目温度控制系统设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师2014年6月24日课程设计任务书题目:温度控制系统设计要求完成的主要任务:被控对象为电炉,采用热阻丝加热,利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小,来改变流经热阻丝的电流,从而改变电炉炉内的温度。

可控硅控制器输入为0-5伏时对应电炉温度0-300℃,温度传感器测量值对应也为0-5伏,对象的特性为二阶惯性系统,惯性时间常数为T1=20秒,滞后时间常数为τ=10秒。

1)设计温度控制系统的计算机硬件系统,画出框图;2)编写积分分离PID算法程序,从键盘接受K p、T i、T d、T及β的值;3)通过数据分析T i改变时对系统超调量的影响.4)撰写设计说明书。

时间安排:6月9日查阅和准备相关技术资料,完成整体方案设计6月10日—6月12日完成硬件设计6月13日-6月15日编写调试程序6月16日-6月17日撰写课程设计说明书6月18日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日本次课程设计我设计的题目是温度控制系统。

通过专业课程的学习,我将引入计算机,单片机,传感器,以及PID算法来实现电炉温度的自动控制,完成课程设计的任务.计算机的自动控制是机器和仪表的发展趋势,它不仅解放了劳动力,也比以往的人为监控更准确,更及时。

一旦温度发生变化,计算机监控系统可以立即检测到并通过模拟量数字通道传送到计算机。

计算机接收到信号后通过与给定值进行比较后,计算出偏差,再通过PID控制算法给出下一步将要执行的指令。

最后通过模拟量输出通道将指令传送到生产过程,实现机器仪表的智能控制.本次课程设计用到了MATLAB这一软件,通过编写程序,将被控系统离散化。

再通过MATLAB中的simulink 仿真功能,可以看到随着Ki,Kp,Kd改变波形发生的改变,从而可以通过波形直观地看出PID参数对系统动态性能的影响。

智能温度控制课程设计

智能温度控制课程设计

智能温度控制课程设计一、教学目标通过本章节的学习,学生将掌握智能温度控制的基本原理、关键技术及其应用。

具体目标如下:1.知识目标:•了解智能温度控制系统的组成及工作原理;•掌握PID控制算法在温度控制中的应用;•了解常见的温度传感器及其特性;•熟悉智能温度控制系统的故障诊断与维护。

2.技能目标:•能够运用PID控制算法设计简单的温度控制系统;•能够选用合适的温度传感器,并进行调试;•具备分析和解决智能温度控制系统故障的能力。

3.情感态度价值观目标:•培养学生对新技术的敏感性和好奇心,激发学生对智能温度控制技术的兴趣;•培养学生具备工程伦理意识,关注温度控制系统在实际应用中的安全性;•培养学生团队合作精神,提高学生在项目实践中的沟通与协作能力。

二、教学内容本章节的教学内容主要包括以下几个方面:1.智能温度控制系统的组成及工作原理;2.PID控制算法在温度控制中的应用;3.常见温度传感器的特性及其选用;4.智能温度控制系统的故障诊断与维护。

具体安排如下:第1课时:智能温度控制系统的组成及工作原理;第2课时:PID控制算法在温度控制中的应用;第3课时:常见温度传感器的特性及其选用;第4课时:智能温度控制系统的故障诊断与维护。

三、教学方法为了提高教学效果,本章节将采用多种教学方法相结合的方式进行教学:1.讲授法:用于讲解智能温度控制系统的组成、工作原理及PID控制算法等基本概念;2.案例分析法:通过分析实际案例,使学生更好地理解智能温度控制系统的设计与应用;3.实验法:安排实验课程,让学生亲自动手操作,提高学生的实践能力;4.小组讨论法:学生分组讨论,培养学生的团队合作精神和沟通能力。

四、教学资源为了支持教学内容的实施,我们将准备以下教学资源:1.教材:《智能温度控制技术与应用》;2.参考书:相关论文、技术手册;3.多媒体资料:教学PPT、视频资料;4.实验设备:温度控制器、温度传感器、PID控制器等。

计算机控制课程设计――大纯时延一阶惯性环节温度控制系统

计算机控制课程设计――大纯时延一阶惯性环节温度控制系统

目录一课程设计内容任务,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,二对课设任务的解读,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, 3三系统结构模型框图,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, 3四各部分程序流程图,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,, 4五数字控制器设计,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,, 5六系统仿真,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6七抗干扰性分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11八硬件设计,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 13九系统设计硬件元素选型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 14十心得体会,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 16 十一参考文献,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 16附硬件设计图一、课程设计内容任务1、针对一个具有大纯时延时间的一阶惯性环节(G(s=K*e- θs/(Ts+1温度控制系统和给定的系统性能指标, (工程要求相角裕度为30~60,幅值裕度>6dB;要求测量范围-50℃~ 200℃ ,测量精度0.5%,分辨率0.2℃ ;2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图,并转化为系统结构图;3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图;4、用MATLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证K=10*log(C*C- sqrt(C,rand( ‘ state ' ,C,T=ran或d(1 T, /2, Cθ 为=0学号的后3位数, 如:C=325, K=115.7, T=0.9824, θ或= 0.4912;5、进行可靠性和抗干扰性的分析;6、书写设计体会和心得。

二、对课设任务的理解和分析1、该任务是针对一个特定的控制对象进行可靠性和稳定性控制,选取实际生活中常见的温度为控制对象;2、该任务只需要一个控制对象,进行可靠性和抗干扰性分析时设定随机干扰量, 观察仿真图形和性能,故可以选取简单回路控制系统模型进行设计;3、硬件设计过程采取分步设计,由局部到整体,主要有温度检测模块、输入通道部分、输出通道部分、接口扩展部分、晶振和复位电路模块、调压触发电路、数码管显示等;4、取θ= T/2,大纯时延系统的控制算法有多种,根据其特定性能,本设计在PID 算法和达林算法之间权衡之后做出选择,最终采用达林控制算法来实现系统控制,取期望闭环传递函数H(s,求解出数字控制器D(z 及其差分方程;5、编写程序流程图,采取正确的思路和方法,包括主程序流程图、8155 初始化、滤波、键盘输入、达林算法、延时等;6、仿真分析和验证过程采用MATLAB 和SIMULINK 实现,主要针对仿真性能调节系统参数, 并结合典型输入信号的随机干扰进行可靠性、稳定性和抗干扰性分析。

电脑机箱温度控制系统设计

电脑机箱温度控制系统设计

计算机控制技术课程设计计算机控制技术课程设计课程设计名称:电脑机箱温度控制系统设计专业班级:学生姓名:学号:指导教师:课程设计地点:课程设计时间:计算机控制技术课程设计任务书引言......................................................................2 总体方案设计 (4)2.1硬件组成 ............................................................ 4.2.2方案论证 ............................................................ 5.2.3总体方案 ............................................................ 6. 3硬件电路设计.............................................................. Z.3.1 DS18B20数字温度传感器 (7)3.2达林顿反向驱动器ULN2803 (8)3.3 AT89C52 单片机 .................................................... 8.3.4 LED数码管 (10)3.5各部分电路设计 .................................................... 1.1 4系统软件设计. (16)4.1主程序设计 (17)4.2中断服务程序设计 (17)4.3部分主要子程序的设计 (18)5总结 (18)参考文献 (19)附录1电路总图 (20)踵加r齒)疽衣厚计算机控制技术课程设计i引言在现代社会中,工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能CPU风扇等被广泛的应用。

温度测量与控制系统课程设计报告

温度测量与控制系统课程设计报告

目录课程设计题目及要求: (2)一、任务可行性分析 (2)二、温度测量流程图及程序 (2)[1]主程序流程图 (2)[2] C语言程序的关键程序段及说明 (3)三、温度控制流程图及程序 (5)[1]主程序流程图 (5)[2] C语言程序的关键程序段及说明 (6)四、总结(对自己工作的评价、改进与提高的设想等) (9)课程设计报告课程设计题目及要求:温度测量与控制系统对于给定的硬件系统编写相应的软件,实现基本的温度测量与显示功能,测量精度为0.1度。

然后在此基础上利用电阻加温进行温度控制。

利用键盘操作实现温度的设定,使受控元件的温度可以保持在设定温度附近(30-99度)。

发挥部分(1):用不同的方法进行温度控制,并比较优缺点。

(2):在外界干扰下(小风扇吹风)能够尽快达到新的稳定点。

设计报告要求:(1)任务可行性分析(所需要的功能如何实现)。

(2)程序结构流程框图。

(3) C语言程序的关键程序段及说明。

(4)总结(对自己工作的评价、改进与提高的设想等)。

(5)源程序电子文档。

一、任务可行性分析本设计利用温度传感器DS18B20将读取温度并将数据传递给中央处理模块SST89E516RD2,然后通过数码管将读取的温度显示出来,显示温度为四位,前两位为整数,后两位为小数。

在此基础上利用热电阻加温进行温度控制,先用短路块接通J5(如下图)的两个引脚,给电路板上电之后,电阻R6、R7便开始加热,温度传感器DS18B20就置于两个加热电阻之间,实时读取热电阻的温度,并写入SST89E516RD2中,利用单片机提供的四个按键实现对控制参数的设定,起初显示设定温度,可以通过按键增减来修改设定温度,确认后,数码管显示测量所得温度。

然后通过软件控制的方式控制电阻的加热与否,即若温度低于设定温度,则电阻加热,反之不加热。

二、温度测量流程图及程序[1]主程序流程图[2] C语言程序的关键程序段及说明(1)DS18B20的初始化:初始化是DS18B20的底层基本操作之一。

温度控制系统课程设计

温度控制系统课程设计

一.概述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,因此温度控制是生产自动化的重要任务。

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。

本设计的控制对象为一电加热炉,输入为加在电阻丝两断的电压,输出为电加热炉内的温度。

输入和输出的传递函数为:G(s)=2/(s(s+1))。

控温范围为100~500℃,利用PID控制算法进行温度控制。

二.温度控制系统的组成框图采用典型的反馈式温度控制系统,组成部分见下图。

其中数字控制器的功能由单片机控制实现。

图1..1温度控制系统的组成框图三.温度控制系统结构图及总述图1.2温度控制系统结构图图中由4~20mA变送器,I/V,A/D转换器构成输入通道,用于采集炉内的温度信号。

其中,变送器选用XTR101,它将热电偶信号(温度信号)变为4~20mA 电流输出,再由高精密电流/电压变换器RCV420将4~20mA电流信号变为0~5V 标准电压信号,以供A/D转换用。

转换后的数字信号送入AT89C51单片机中与与炉温的给定值进行比较,即可得到实际炉温和给定炉温的偏差,其偏差被PID 程序计算出输出控制量。

由AT89C51输出电信号送至SCR触发电路,触发晶闸管并改变其导通角大小,从而控制电加热炉的加热电压,起到调温的作用。

四.温度控制系统硬件与其详细功能介绍1. AT89C51介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。

该器件采用ATMEL高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。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

硬件课程设计模拟温度控制

硬件课程设计模拟温度控制

硬件课程设计模拟温度控制
设计一个模拟温度控制系统,需要考虑以下硬件组件:
1. 温度传感器:用于测量当前环境的温度。

2. 控制器:负责处理温度传感器的读数,并根据设定的温度范围控制其他硬件设备。

3. 加热设备:例如加热器或电炉,用于增加环境温度。

4. 冷却设备:例如风扇或制冷器,用于降低环境温度。

5. 显示屏:用于显示当前环境温度和设定的温度范围。

下面是一个简单的设计方案:
1. 将温度传感器连接到控制器的模拟输入口。

2. 将加热设备和冷却设备连接到控制器的数字输出口。

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3. 将显示屏连接到控制器的数字输出口,用于显示温度信息。

4. 在控制器中编写代码来读取温度传感器的读数,并与设定的温度范围进行比较。

5. 如果当前温度低于设定范围的下限,控制器会打开加热设备来增加环境温度。

6. 如果当前温度高于设定范围的上限,控制器会打开冷却设备来降低环境温度。

7. 当温度处于设定范围内时,控制器将关闭加热设备和冷却设备。

8. 控制器会周期性地更新显示屏上的当前温度信息。

这只是一个简单的设计方案,实际的温度控制系统可能还需要考虑更多因素,例如温度曲线的变化速率、安全保护机制等。

2。

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1.设计目的 (1)2.设计要求和设计指标 (1)3. 总体方案设计 (1)4.硬件选择以及相关电路设计 (1)4.1温度传感器的选择 (1)4.2 模数转换器 (3)4.2.1ADC0809内部结构 (3)4.2.2信号引脚 (4)4.2.3工作时序与使用说明 (6)4.3控制器89C51 (7)4.4数码管显示电路 (8)4.4.1 LED数码管的组成 (8)4.4.2数码管显示方式 (9)5.PID控制算法 (10)6. 各子程序设计及流程图 (11)6.1 A/D转换程序流程图 (11)6.2 显示程序流程图 (12)6.3PID控制器流程图136.4温度控制总程序流程图 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录1:温度控制系统总电路图 (17)附录2:温度控制系统程序清单 (19)温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。

本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。

其主要过程如下:利用传感器对将非电量信号转化成电信号,转换后的电信号再入A/D转换成数字量,传递给单片机进行数据处理,并向外围设备发出控制信号。

随着工业技术的不断发展,传统的控制方式已经不能满足高精度、高速度的控制要求。

如接触器温度控制仪表,其主要缺点是温度波动范围大,由于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的,受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制,通断频率很低。

近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式,如:直接数字控制<DDC),推断控制,预测控制,模糊控制<Fuzzy),专家控制(Expert Control>,鲁棒控制<Robust Control),推理控制等,PID控制,,神经网络及遗传算法控制等[1]。

这些控制技术大大的提高了控制精度,不但使控制变得简便,而且使产品的质量更好,降低了产品的成本,提高了生产效率。

论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理,然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分,接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计,最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。

关键字:单片机89C51 温度传感器 A/D转换器温度控制1.设计目的设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。

通过这个过程学习温度的采样方法,A/D变换方法以及数字滤波的方法。

通过实践过程掌握温度的几种控制方法,了解利用计算机进行自动控制的系统结构。

2.设计要求和设计指标1、每组7名同学,每个小组根据设计室提供的设备及设计要求,设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。

2、根据设备情况以及被控对象,选择1~2种合适的控制算法,框图和源程序,并进行实际操作和调试通过。

编制程序温度指标:60~80℃之间任选;偏差:1℃。

3.总体方案设计本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。

设计思想是通过温度传感器将温度信号转变为电流<电压)信号,但我们要知道经温度变化引起电流<电压)信号的改变是非常小的,此时如果被模数转换器采集的话效果是非常不明显的,因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。

再通过模数转换器后送入单片机AT89C51,而单片机通过PID算法控制烘箱的电炉加热,并且使数码管显示实时温度,从而实现温度的高精度控制。

4.硬件选择以及相关电路设计4.1温度传感器的选择传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方案:方案一:选用铂电阻温度传感器,此类温度传感器在各方面特性都比较优秀,但其成本较高。

方案二:采用热敏电阻,选用此类元器件有价格便宜的优点,但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。

方案三:选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590,此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。

其测量范围在-50℃--+150℃,满刻度范围误差为±0.3℃,当电源电压在5—10V之间,稳定度为1﹪时,误差只有±0.01℃,其各方面特性都满足此系统的设计要求。

比较以上三种方案,方案三具有明显的优点,因此此次设计选用方案三。

图4-1 温度采集过程图选用温度传感器AD590,AD590具有较高精度和重复性<重复性优于0.1℃,其良好的非线形可以保证优于0.1℃的测量精度,利用其重复性较好的特点,通过非线形补偿,可以达到0.1℃测量精度)。

超低温漂移高精度运算放大器OP-07将“温度-电压”信号放大。

便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性。

集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。

电压输出型的灵敏度一般为10mV/K,温度0℃时输出为0,温度25℃时输出为2.982V。

电流输出型的灵敏度为1µA/K。

这样便于A/D转换器采集数据。

4.2 模数转换器ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D转换器。

其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换,其转换时间为100μs左右。

是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。

图4-2 ADC0809引脚图4.2.1ADC0809内部结构图中多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用一个A/D转换器进行转换,这是一种经济的多路数据采集方法。

地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码,其译码输出用于通道选择,其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出,因此可以直接与系统数据总线相连,表4-1为通道选择表。

图4-3 ADC0809内部结构图表4-1通道选择表4.2.2信号引脚ADC0809的内部结构和外部引脚分别如图4-3和图4-2所示。

内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然,在此就不再赘述,下面仅对各引脚定义分述如下:<1)IN0~IN7——8路模拟输入,通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。

<2)D7~D——A/D转换后的数据输出端,为三态可控输出,故可直接和微处理器数据线连接。

8位排列顺序是D7为最高位,D为最低位。

<3)ADDA 、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号,ADDA为低位,ADDC为高位。

地址信号与选中通道对应关系如表4-1所示。

<4)VR (+>、VR(->——正、负参考电压输入端,用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。

在单极性输入时,VR (+>=5V,VR(->=0V;双极性输入时,V R (+>、VR(->分别接正、负极性的参考电压。

<5)ALE——地址锁存允许信号,高电平有效。

当此信号有效时,A、B、C三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道。

在使用时,该信号常和START信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。

(6)START——A/D转换启动信号,正脉冲有效。

加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存止,重新从头开始转换器清零,下降沿开始A/D转换。

如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,则原来的转换进程被中。

<7)EOC——转换结束信号,高电平有效。

该信号在A/D转换过程中为低电平,其余时间为高电平。

该信号可作为被CPU查询的状态信号,也可作为对CPU的中断请求信号。

在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下,EOC也可作为启动信号反馈接到START端,但在刚加电时需由外电路第一次启动。

<8)OE——输出允许信号,高电平有效。

当微处理器送出该信号时,ADC0808/0809的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走。

在中断工作方式下,该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。

4.2.3工作时序与使用说明图4-4 ADC0809工作时序图用单片机控制ADC时,多数采用查询和中断控制两种方式。

查询法是在单片机把启动命令送到ADC之后,执行别的程序,同时对ADC的状态进行查询,以检查ADC变换是否已经完成,如查询到变换已结束,则读入转换完毕的数据。

中断控制是在启动信号送到ADC之后,单片机执行别的程序。

当ADC转换结束并向单片机发出中断请求信号时,单片机响应此中断请求,进入中断服务程序,读入转换数据,并进行必要的数据处理,然后返回到原程序。

这种方法单片机无需进行转换时间管理,CPU效率高,所以特别适合于变换时间较长的ADC。

本设计采用查询方式进行数据收集。

由于ADC0809片内无时钟,故运用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。

因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6,如果时钟频率为6MHz,则ALE信号的频率为1MHz,经二分频后为500kHz,与AD0809时钟频率的典型值吻合。

由于AD0809具有三态输出锁存器,故其数据输出引角可直接与单片机的总线相连。

地址码引脚ADDA~C分别与地址总线的低3位A0、A1、A2相连,以选通IN0~IN7中的一个通道。

采用单片机的P2.7<地址总线最高位A15)作为A/D的片选信号。

并将A/D的ALE和START脚连在一起,以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0809转换。

启动信号由单片机的写信号和P2.7经或非门而产生。

在读取转换结果时,用单片机的读信号和P2.7经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。

编写的软件按下列顺序动作:令P2.7=A15=0,并用A0、A1、A2的组合指定模拟通道的地址;执行一条输出指令,启动A/D转换;然后根据所选用的是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令,读取A/D转换结果。

ADC0809是一个8路8位逐次逼近的A/D转换器。

AD0809的转换时间为100µs。

在CPU启动A/D命令后,便执行一个固定的延时程序,延时时间应略大于A/D的转换时间;延时程序一结束,便执行数据读入指令,读取转换结果。

我们只用了其一路AD转换,参考电压2.56V,即一位数字量对应10mV即1℃。

所以用起来很方便。

ADC0809是带有8路模拟开关的8位A/D转换芯片,所以它可有8个模拟量的输入端,由芯片的A,B,C三个引脚来选择模拟通道中的一个。

A,B,C三端分别与AT89C51的P0.0~P0.2相接。

地址锁存信号(ALE>和启动转换信号<START),由P2.6和/WR或非得到。

输出允许,由P2.6和/RD或非得到。

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