化学反应温度控制系统

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化学反应温度控制系统设计

摘要

本课题是利用温度传感器AD590运用化学反应原理设计一个水塔温度控制系统，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,温度控制占据着极为重要的地位,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业领域作用举足轻重.该设计采用单片机作为主控制器，水塔温度为主被控对象，上水的流量为副被控对象，电磁阀为执行器，利用AD590传感器检测水塔温度，利用流量传感器检测上水流量.

系统设计的温度控制系统是一种基于模糊PID控制,由温度信号采集与转换模块(温度传感器AD590)、显示模块组成的控制系统。通过测试,系统具有很好的温度控制能力,能够提供完善的人机交互界面。系统总体设计本系统利用AT89C51单片机实现对温度的检测与控制,能够控制电热丝持续加热或电风扇持续降温,系统温度控制范围是-55℃～+150℃。本系统电路包括温度信号采集模块、键盘设定模块、主机控制模块、温度控制模块、显示模块等。系统硬件设计本系统电路分为五个模块:温度信号采集与转换模块、键盘设定模块、主机控制模块、温度控制模块、显示模块，简化了硬件电路设计,降低了设计成本。

关键词：温度传感器AD590，MC7805T芯片，ADC0809转换器

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目录

1水塔温度控制系统设计方案 (1)

2水塔温度控制系统硬件设计 (2)

2.1系统对象特性设计 (2)

2.2系统检测回路设计 (2)

2.2.1主控、副控回路检测环节传感器选择 (2)

2.2.2采样检测电路设计 (3)

2.2.3 A/D转换电路 (3)

2.3控制器设计 (4)

2.4参数整定 (4)

2.5执行器选择 (5)

3 水塔温度控制系统软件设计 (6)

4 水塔温度串级控制系统仿真 (6)

总结 (8)

致谢 (9)

参考文献 (10)

课程设计说明书第 1 页1水塔温度控制系统设计方案

本次设计采用串级控制系统对水塔温度进行控制。

过程控制系统由过程检测、变送和控制仪表、执行装置等组成，通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测、变送和控制，并经执行装置作用于工业生产过程[1]。

串级控制系统是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。此系统改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，能迅速克服进入副回路的二次扰动，提高了系统的工作频率，对负荷变化的适应性较强。

串级控制系统工程应用场合如下：

（1）应用于容量滞后较大的过程。

（2）应用于纯时延较大的过程。

（3）应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程。

（4）应用于参数互相关联的过程。

（5）应用于非线性过程。

正因为串级控制系统具有上述特点，所以本次设计采用串级控制系统对锅炉汽包温度进行控制[2]。

水塔温度为主被控对象，上水的流量为副被控对象，电磁阀为执行器，利用AD590传感器检测水塔温度，利用流量传感器检测上水流量。水塔温度串级控制系统框图如图1所示。

图1水塔温度串级控制系统框图

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2 水塔温度控制系统硬件设计

2.1系统对象特性设计

水塔温度串级控制系统选择水塔温度为主被控对象，副被控对象为上水流量。当水塔温度变化的时候，通过控制上水流量改变水塔温度，并最终使其恒定[3]。

主被控对象：水塔温度

=

副被控对象：上水流量

=

2.2 系统检测回路设计

2.2.1主控、副控回路检测环节传感器选择

主控对象检测元件选择为温度传感器AD590[4]。

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源[5]。它的主要特性如下：

1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K式中：—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。

2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

3、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

4、输出电阻为710MW。

5、精度高。

副控回路检测元件选择电磁式流量传感器。

导电性的液体在流动时切割磁力线，也会产生感生电动势。因此可应用电磁感应定

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律来测定流速，电磁流量传感器就是根据这一原理制成的。虽然电磁流量传感器的使用条件是要求流体是导电的，但它还是有许多优点。

由于电极的距离正好为导管的内径，因此没有妨碍流体流动的障碍，压力损失极小。能够得到与容积流量成正比的输出信号。测量结果不受流体粘度的影响。由于电动势是在包含电极的导管的断面处作为平均流速测得的，因此受流速分布影响较小。测量范围宽，测量精度高。

2.2.2采样检测电路设计

为了达到测量高精度的要求,选用温度传感器AD590,AD590具有较高精度和重复性，超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度一电压信号进行放大,便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性[6]。采样检测电路如图2示。

图3采样检测电路

2.2.3 A/D转换电路

A/D转换电路采用ADC0809转换器。将采集来的模拟信号转换成数字信号输出转换完成的信号EOC经反相器接单片机的P3.2口，A/D转换电路如图2所示。