水温控制系统设计.ppt

水温控制系统设计
1997年全国大学生电子设计竞赛C题
1、任务:
设计并制作一个水温自动控制系统。控制对象为1L净水,容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设点,并能在环境温度降低时,实现自动控制,以保持设定的温度基本不变。
2、要求:
、基本要求
⑴温度设定范围为40--90 ℃,最小区分度为1 ℃,标定温度小于等于1 ℃;
⑵环境温度降低时(如用电风扇降温)温度控制的静态误差小于等于1 ℃;
⑶用十进制数码管显示水的实际温度。
、发挥部分
⑴采用适当的控制方法,当设定温度突变(由40 ℃提高到60 ℃)时,减小系统的调节时间和超调量;
⑵ ℃;
⑶在设定温度突变(由40 ℃提高到60 ℃)时,自动打印水温随时间变化的曲线。
3、题目分析
系统功能:
基本部分:即为一个具有人工设定温度;能实时检测温度;当受控对象的温度受外界影响,而发生较小且缓慢变化时,能自动实现对受控对象的恒温控制;并能实时显示温度。
从性能指标来看,基本部分的温度控制精度不高,调节时间不受限制。
发挥部分:主要在以下几个方面增加了难度:
a、测温和保温的精度由1 ℃ ℃;
b、外界对温度的影响由“较小且缓慢变化”改成“突变”,即“当设定温度突变(由40 ℃提高到60 ℃)时”,要求要能减小系统的调节时间和超调量;
c、增加了实时打印时间水温曲线的功能。
三个发挥题的a主要是传感器的要求要提高;b的实现要求控温算法必须采用比例微分积分PID控制,否则,无法缩短调节时间减小超调量;要完成打印功能,除了要设计好时间水温曲线的图像函数外,还要增加通信电路。
4、电路结构分析:
测温电路
显示驱动电路
控制电路
水
功率电路
加热电路
键盘输入
5、方案论证
、测温电路
测温元件以半导体集成温度传感器为佳。他的精度、可靠性都很好,使用方便,是一种适应性很广的通用传感器。、AD581为高精度稳压器、以及运放OP07为核心构成的典型测温电路。
AD590将温度转化为电流信号;运放OP07的同相输入端由AD581提供高稳定的标准电压信号(0v),其反相输入端由AD590经分压电路提供测量电压信号;反复调整两个可变电阻,并经过温度标度,使得电路在40 ℃时输出为0mv,90 ℃时为100mv,以满足题目对测量范围和精度的要求。
测温电路原理框图
AD581
控制器
A/D
AD590
几个问题:
A、温度标定,获取标准电压信号;
B、A/D转换的位数确定。
由于(90-40)/=250级,8位A/D转换器即可获得255级的精度,基本可以满足要求;考虑到留有余量,也可选用10位或12位转换器。

本系统要对水用电炉进行加热,功率较大;同时,还要能对电炉的工作状态进行控制,以调节水温(恒温控制)。
采用电磁继电器或光耦合可控硅的功率驱动电路,是用小信号控制大电流,并实现功率控制的常用电路。。
双向可控硅驱动时的交流过零检测问题,。