一種水溫控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水溫控制系統(tǒng)，屬于溫度控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水是人類(lèi)生存與發(fā)展不可缺少的部分，而水溫則是水的眾多參數(shù)中極為重要的一個(gè)。隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活對(duì)水溫有著極為嚴(yán)格的要求。在工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)水溫的精確控制可以保證生產(chǎn)自動(dòng)化的順利進(jìn)行。在日常生活中，人們可以自由設(shè)定水溫，以達(dá)到自己的需求。由此可見(jiàn)，智能水溫控制技術(shù)有著很好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。水溫控制就是為了使水溫達(dá)到預(yù)期的要求，系統(tǒng)獲取環(huán)境參數(shù)后，結(jié)合各種先進(jìn)技術(shù)和科學(xué)算法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量提高和生產(chǎn)安全的目的。目前，精密水溫控制系統(tǒng)作為一種先進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活中，另外，控制的精確性決定了產(chǎn)品質(zhì)量。單片機(jī)控制水的溫度，有效地提高了控制能力，實(shí)現(xiàn)智能的目標(biāo)。傳統(tǒng)的水溫控制性能不佳，甚至有不穩(wěn)定、失控的現(xiàn)象。之所以會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)水溫控制采用電阻限流方式，這一類(lèi)的控制對(duì)象慣性較大，容易造成滯后。
[0003]由于水溫控制系統(tǒng)的控制對(duì)象具有熱存儲(chǔ)能力大，慣性也較大的特點(diǎn)。水在容器內(nèi)的流動(dòng)或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，熱過(guò)程大多具有較大的滯后，它對(duì)任何信號(hào)的響應(yīng)都會(huì)推遲一段時(shí)間，使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對(duì)于這樣一些存在大的滯后特性的過(guò)渡過(guò)程控制，一般來(lái)說(shuō)可以采用以下幾種控制方案:
[0004](I)輸出開(kāi)關(guān)量控制:
[0005]對(duì)于慣性較大的過(guò)程可以簡(jiǎn)單地采用輸出開(kāi)關(guān)量控制的方法。這種方法通過(guò)比較給定值與被控參數(shù)的偏差來(lái)控制輸出的狀態(tài):開(kāi)關(guān)或者通斷，因此控制過(guò)程十分簡(jiǎn)單，也容易實(shí)現(xiàn)。但由于輸出控制量只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在兩個(gè)方向上變化的速率均為最大，因此容易硬氣反饋回路產(chǎn)生振蕩，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生十分不利的影響，甚至?xí)驗(yàn)檩敵鲩_(kāi)關(guān)的頻繁動(dòng)作而不能滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不高的情況下采用。
[0006](2)比例控制(P控制)
[0007]比例控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)渡時(shí)間短，但過(guò)程終了存在余差。因此它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。使用時(shí)還應(yīng)注意經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后需將累積誤差消除。
[0008](3)比例積分控制(PI控制)
[0009]由于比例積分控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使得過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可以使穩(wěn)定性提高，但又使過(guò)渡時(shí)間加長(zhǎng)。因此，PI控制適用于滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應(yīng)用最廣的一種控制方法。
[0010](4)比例積分加微分控制(PID控制)
[0011]比例積分加微分控制的特點(diǎn)是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成正比例，它對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。在比例基礎(chǔ)上加上微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，PID控制適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。
[0012]綜上所述，PID控制方式為水溫控制系統(tǒng)提供了一種新的解決方案。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種水溫控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中水溫控制精確度和穩(wěn)定性效果較差的技術(shù)問(wèn)題。
[0014]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種水溫控制系統(tǒng)，包括:
[0015]溫度檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際水溫；
[0016]數(shù)據(jù)處理模塊，用于將實(shí)際水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換處理；
[0017]鍵盤(pán)輸入模塊，用于用戶(hù)交互設(shè)置目標(biāo)水溫；
[0018]顯示模塊，用于顯示實(shí)際水溫和目標(biāo)水溫；
[0019]下位控制器，用于將實(shí)際水溫和目標(biāo)水溫?cái)?shù)據(jù)上傳給上位控制器；
[0020]通訊模塊，用于實(shí)現(xiàn)下位控制器和上位控制器之間的通訊；
[0021]上位控制器，用于根據(jù)實(shí)際水溫和目標(biāo)水溫的溫差計(jì)算出控制信號(hào)；
[0022]開(kāi)關(guān)模塊，用于將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制加熱模塊的通斷信號(hào)；
[0023]加熱模塊，用于加熱水溫。
[0024]進(jìn)一步的，所述上位控制器根據(jù)實(shí)際水溫和目標(biāo)水溫的溫差，采用基于PID算法控制的PffM控制方式計(jì)算出控制信號(hào)。
[0025]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0026]進(jìn)一步的，所述放大電路采用LM234芯片，包括一級(jí)射級(jí)跟隨器運(yùn)放、二級(jí)反相比例求和運(yùn)放和三級(jí)反相比例放大運(yùn)放電路。
[0027]進(jìn)一步的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用ADC0804芯片。
[0028]進(jìn)一步的，所述下位控制器采用AT89C2051系列的單片機(jī)，上位控制器采用AT89C51系列的單片機(jī)。
[0029]進(jìn)一步的，所述通訊模塊為RS232接口通訊。
[0030]進(jìn)一步的，所述溫度檢測(cè)模塊采用AD590系列的溫度傳感器。
[0031]進(jìn)一步的，所述開(kāi)關(guān)模塊包括雙向可控硅繼電器開(kāi)關(guān)。
[0032]進(jìn)一步的，所述顯示模塊為數(shù)碼管顯示屏。
[0033]進(jìn)一步的，所述上位控制器還包括串口通訊模塊，用于與電腦連接。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是:
[0035]1、上位控制器根據(jù)實(shí)際水溫和目標(biāo)水溫的溫差，采用基于PID算法控制和PWM控制方式相結(jié)合，然后通過(guò)開(kāi)關(guān)模塊控制電爐的通斷，從而改變水溫加熱時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)響應(yīng)更加迅速，穩(wěn)定性好，能源消耗少。
[0036]2、采用鍵盤(pán)輸入，數(shù)碼管顯示屏顯示，可以實(shí)現(xiàn)觀(guān)測(cè)溫度的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的設(shè)置，方便用戶(hù)觀(guān)察和操作。
[0037]3、微處理器控制模塊采用AT89C2051、AT89C51系列的單片機(jī)，具有處理能力強(qiáng)、低功耗特點(diǎn)，能夠節(jié)約能耗。
[0038]4、溫度傳感器采集的信號(hào)經(jīng)放大運(yùn)放處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，能夠識(shí)別區(qū)分微小的信號(hào)量，提高水溫的控制精確度，使相對(duì)誤差較小，精確度更高。
【附圖說(shuō)明】<