基于c51恒溫水箱及其收費系統(tǒng)設(shè)計【開題報告】

1、<p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告</p><p><b>　　電氣工程及自動化</b></p><p>　　基于C51恒溫水箱及其收費系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　一、課題研究意義及現(xiàn)狀</p><p>　　恒溫控制系統(tǒng)在很多領(lǐng)域都有廣泛的應用，例如恒溫水箱，大棚恒溫控制，暖房及其電熱水器等[1]。一般要求

2、控制系統(tǒng)能夠準確的進行溫度檢測并顯示，并設(shè)定溫度上下限采取相應的措施：當溫度達到溫度的上限或者下限是分別控制繼電器采取不同措施實現(xiàn)對外部加熱設(shè)備以及制冷設(shè)備的控制， 能根據(jù)溫度變化的情況進行有序地升溫或降溫。</p><p>　　目前醫(yī)用、水產(chǎn)、特種工業(yè)、工業(yè)探傷、照相等很多行業(yè)中都需要有穩(wěn)定而精確的環(huán)境溫度，尤其在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速等都是常用的主要被控參數(shù)[2]。恒溫控制系統(tǒng)

3、作為一種提供恒定溫度的設(shè)備，被廣泛地應用于生產(chǎn)、生活、實驗等領(lǐng)域。因而對恒溫控制系統(tǒng)需求量很大[3]。</p><p>　　自20世紀70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動化控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定方面取得一定成果[4]。而當今，隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進，計算機和傳感器的價格

4、也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來實現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是可以達到的而且是容易實現(xiàn)的[5]。用高新技術(shù)來解決工業(yè)生產(chǎn)問題，排除生活用水問題，實施對水溫的控制已成為我們的任務，以此來加強工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平[6]。</p><p>　　加熱溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后性和時變性的特點。例如：其升溫單向性是由于電加熱的升溫、保溫主要是通過電阻加熱；降溫則通常是依靠自然冷卻，當溫度

5、一旦超調(diào)，就無法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)字方法建立精確的模型，并確定參數(shù)[7]。應用傳統(tǒng)的模擬電路控制方法，由于電路復雜，器件太多，往往很難達到理想的控制效果。由于無法用精確的數(shù)學方法來建立模型并確定參數(shù)，現(xiàn)一般采用PID控制。</p><p>　　二、課題研究的主要內(nèi)容和預期目標</p><p>　　采用MCS-51單片機控制技術(shù)，對恒溫水箱及其收費系統(tǒng)電路進行研究和設(shè)計，實現(xiàn)快

6、速，準確，節(jié)能、易于操作的恒溫水箱系統(tǒng)[8]。</p><p>　　了解當前國內(nèi)商用電開水器的現(xiàn)狀與其前景；熟悉PID算法和微處理器技術(shù)等，為將來從事相關(guān)方面的研發(fā)、制造及經(jīng)營等方面工作打下基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容及技術(shù)要求如下：</p><p>　　1、水溫誤差：控制在正負3攝氏度以內(nèi)；</p><p>　　2、輸入與顯示：水箱溫度可以通過鍵盤設(shè)定并實時顯示當前溫

7、度值；</p><p>　　3、報警系統(tǒng)：當水液面過低時有報警系統(tǒng)并且能自動切斷加熱系統(tǒng)；</p><p>　　4、計費系統(tǒng)：為采用計時收費。</p><p>　　5、測量精度：要求最小精度為0.01攝氏度。</p><p>　　結(jié)合上述內(nèi)容，設(shè)計一個以單片機為核心的恒溫水箱及其收費系統(tǒng)，其中C51單片機為主控制器，采用PID算法來控制PWM

8、波形，最終實現(xiàn)對溫度的檢測與控制。</p><p>　　三、課題研究的方法及措施</p><p>　　根據(jù)51單片機具有運行可靠、性價比高，易操作等優(yōu)點，本課題選用已有STC89C52作為系統(tǒng)控制器。對控制程序先在Keil uVision4軟件進行程序編寫，通過仿真軟件PROTUES進行仿真與調(diào)試，然后可以對硬件進行調(diào)測試和修改[9]。</p><p>　　本課題所

9、設(shè)計的恒溫控制系統(tǒng)主要由顯示部分、鍵盤設(shè)定部分、熱得快控制以及計費部分等四部分組成。顯示部分采用數(shù)字傳感器DS18B20作為溫度采集并將數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管顯示；鍵盤部設(shè)定部分采用矩陣鍵盤，將輸入的數(shù)字送到數(shù)碼管顯示；熱得快控制部分CPU對當前溫度與設(shè)定溫度進行比較，對電磁閥進行開關(guān)操作；計費系統(tǒng)對外界是否有輸入進行判斷，來控制電磁閥的開關(guān)狀態(tài)。</p><p>　　整體設(shè)計思路為一個閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，輸入量為鍵盤設(shè)定

10、值，與之進行比較的是當前的輸出溫度，采用負反饋方式，前饋通道為PID調(diào)節(jié)，控制對象水箱里的水溫[10]。為了對水箱里的水溫進行實時檢測與控制，采用DS18B20進行溫度檢測。如下圖1。對于計費系統(tǒng)，采用計時的計費方式，一旦檢測到脈沖，電磁水閥打開，同時進行計費，當檢測第二個脈沖時，水閥關(guān)閉并且停止計費，顯示本次用水所花的費用。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)框圖</b></

11、p><p>　　四、課題研究進度計劃</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計期限：自2011年6月7日至2012年4月21日。</p><p>　　2011年6月7日至2011年8月1日:明確任務，查找資料，確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案；</p><p>　　2011年8月1日至2011年9月1日:寫文獻綜述，外文翻譯</p><p>　　

12、2011年9月1日至2011年11月3日：完成開題報告，準備開題答辯</p><p>　　2011年11月3日至2012年1月1日：完成主電路系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計；</p><p>　　2012年1月1日至2011年3月1日：完成按鍵輸入和計費系統(tǒng)的軟件調(diào)試；</p><p>　　2012年3月1日至2012年4月4日：撰寫畢業(yè)論文，完善與修改畢業(yè)論文；做好論文答辯

13、的PPT資料，準備答辯，并提交所有電子文檔材料。</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉天.基于單片機的恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].IT技術(shù)，2009（3）：29-34. </p><p>　　[2] 劉迎春，葉湘濱.傳感器原理設(shè)計與應用[M].第4版.北京：國防科技大學出版社，2002：17-33.

14、</p><p>　　[3] 陶永華，新型PID控制及其應用[M].第二版.機械工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[4] 王福瑞，單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[5] 孫洪程，過程控制工程設(shè)計[M]北京：化學工業(yè)出版社，2001．</p><p>　　[6] 何希才, 薛永毅，

15、傳感器及其應用實例[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2001.</p><p>　　[7] 康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].華中理工大學出版社，2002.</p><p>　　[8] 胡學海.單片機原理及應用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：京電子工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[9] 雷建軍，朱華，祝磊，顧德英.基于Fuzzy_PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)。