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。隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)和日常生活對水溫有著極為嚴(yán)格的要求。在工業(yè)領(lǐng)域中，對水溫的精確控制可以保證生產(chǎn)自動化的順利進(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，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，這一類的控制對象慣性較大，容易造成滯后。
[0003]由于水溫控制系統(tǒng)的控制對象具有熱存儲能力大，慣性也較大的特點(diǎn)。水在容器內(nèi)的流動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)。一般來說，熱過程大多具有較大的滯后，它對任何信號的響應(yīng)都會推遲一段時間，使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對于這樣一些存在大的滯后特性的過渡過程控制，一般來說可以采用以下幾種控制方案:
[0004](I)輸出開關(guān)量控制:
[0005]對于慣性較大的過程可以簡單地采用輸出開關(guān)量控制的方法。這種方法通過比較給定值與被控參數(shù)的偏差來控制輸出的狀態(tài):開關(guān)或者通斷，因此控制過程十分簡單，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，對自動控制系統(tǒng)會產(chǎn)生十分不利的影響，甚至?xí)驗(yàn)檩敵鲩_關(guān)的頻繁動作而不能滿足系統(tǒng)對控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動態(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應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷變化時，抗干擾能力強(qiáng)，過渡時間短，但過程終了存在余差。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)。使用時還應(yīng)注意經(jīng)過一段時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，積分的作用使得過渡過程結(jié)束時無余差，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，但又使過渡時間加長。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，它對克服對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)問題。
[0014]為解決上述技術(shù)問題，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]溫度檢測模塊，用于實(shí)時檢測實(shí)際水溫；
[0016]數(shù)據(jù)處理模塊，用于將實(shí)際水溫數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換處理；
[0017]鍵盤輸入模塊，用于用戶交互設(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)水溫數(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)水溫的溫差計算出控制信號；
[0022]開關(guān)模塊，用于將控制信號轉(zhuǎn)換為控制加熱模塊的通斷信號；
[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控制方式計算出控制信號。
[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，包括一級射級跟隨器運(yùn)放、二級反相比例求和運(yùn)放和三級反相比例放大運(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，所述溫度檢測模塊采用AD590系列的溫度傳感器。
[0031]進(jìn)一步的，所述開關(guān)模塊包括雙向可控硅繼電器開關(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，然后通過開關(guān)模塊控制電爐的通斷，從而改變水溫加熱時間實(shí)現(xiàn)對水溫的精確控制，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、采用鍵盤輸入，數(shù)碼管顯示屏顯示，可以實(shí)現(xiàn)觀測溫度的同時，還可以實(shí)現(xiàn)對溫度的設(shè)置，方便用戶觀察和操作。
[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經(jīng)放大運(yùn)放處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，能夠識別區(qū)分微小的信號量，提高水溫的控制精確度，使相對誤差較小，精確度更高。
【附圖說明】<