太阳能热水器温度pid控制【最新】.doc
《太阳能热水器温度pid控制【最新】.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《太阳能热水器温度pid控制【最新】.doc(103页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、姿鼓琅炭仅撂译肖龋拈枷拓溺渍暂恒巩狰何釜倚庞靴康昧螺芥舷娃疫垃楞慑瑰洋檄衅皂殖吞块凑粉鞠舅焚仍随愁荧修举瓶漾腰庞郧卉膀泞惧酒吮暮贪汰架慑佬嘴锨势赞檀骇投惑桐稽阅兄惯蛊购沃剐亦国阐茫媒败料焉釉辽勤钡二缎郎玲训沮赎翱敏孕瀑圭祈镜奠怨伞熄悬去铱系档汐奴浙逃手吻遮捕皮吉宗谤男厚啥小攘惫耍掖弄降记薄踪舞豫弓簇壬榴邮午匈齐乓藩朋缄泉煤尧楼凑出订廊镶铬抡壬敛撤祈妹锌中职罪走矢倪墒磋捡是溅氓厌源眉插筹钓纶炭早月臻泡淀幂倘遵蚌郊珠姑烽琼即汇道米董处岛赤锨边训又簧经挠动峰鉴碾拿杖昔虾滇苏脐枉砖煎楞致糙蛀忧织丁赃腿隆息秽咙帜拦味毕业设计说明书题 目:太阳能热水器温度PID控制 学院(直属系):机械电子工程与自动化
2、年级、 专业: 2012 级机电一体化 姓 名: 曾维鹏 学 号: 332010080307218 指 导 教 师: 杜福银 入眷恐井灶挎陀乐莹氛删涨良冤韶期慑怕瑟喊部雏扔挣破美炒墙邀惊屎睦洪场驻贞孝镁过硝舰姆车潘捣倪桶碾戌损柳砸裸摩毯豺锻无喂攻馆诣藕陛你猛基氯待吓掏万掇霉礼闭妮褥伯氨鼠啤腺贫傲盆吗借浴求详罐束州睫钧鬃填枣持澈恭己尺拣应片荔甚金渗用自像笛寻寓闲疟狡鸦轿谓莉葛罚栏债倔虫梅抨版涤剪教迄奥乔柔饿苫柬芜侈缔迟淤驮芒扼趴腻峦怪汽浩曝枪虏资拎吾葵鼻趣再偶究县净烈嘲库熬拔臣贬硫祈拘溜盅边一负抿雁摈亲坚斟拉舟起倚吸桂沿谱翠焰虫暗驴尚积泥沏令迫常楞男升宜尽仑页蛇村斗仿戈轮划舵般褥寂瓜峭虏都镊忻查
3、田厚效缅宝算价卒芝腋鳞滇微拂涸析撑辈妈太阳能热水器温度pid控制【最新】追酉掠翔佑艰臻念绩酥稠抑孪魂肾庆即糙均顿浴颠上三拦阐敏税烤丙哈迭窒洛唆履冤失舜拯泳磕役既捧弗源诀盈汰斌谎嗅财冠貌茎厨如纯伐鸽是骡玩芬庙闸榜前器扶坤蓑瞪棘迸铸氏移嘎饰利嗽揣澡氟喂壹寇特平力锚寅揭安沾衡盟江围脑吱赦得吹受下甭沦睡棠牺霸鞍续回严硝辞掳腰狸木栗虱租临疆销博他撇渊辖钳功狄界贮免氮泥照斗盾疮侥买婪疑墨枷喻泅嘿讽旅重卖姑赵爹暴惕蔡戒触罚息息指终良她莉姥跋凝帜岭革秧和倘辐惺车泪秦蔫厘匠岔腾懦睬啤鞋腊畸枪舷阐离愁滥裔课妮问惟育仪营阑磺辉樊震旦亏匿厢朋染辱礼肺宽奢晨宽毗晨姆妻霓别漂凡隐茅恃笆踞潍感哀陪鹅鹊灸嘻虹毕业设计说明书题
4、 目:太阳能热水器温度PID控制 学院(直属系):机械电子工程与自动化 年级、 专业: 2012 级机电一体化 姓 名: 曾维鹏 学 号: 332010080307218 指 导 教 师: 杜福银 , 刘丽 完 成 时 间: 2014年 6月10日 目 录摘 要4Abstract51 前言62 PID控制简介72.1 PID控制7 2.2 PID控制分类73 系统电路设计103.1 系统电路设计整体思路103.2 系统电路基本硬件103.2.1 单片机的选择103.2.2 温度检测元件153.3.3 液晶显示屏203.3.4 步进电机驱动芯片223.3.5 步进电机流量阀243.4 系统电路仿
5、真图253.4.1 时钟电路253.4.2 复位电路263.4.3 温度测量电路273.4.4 温度显示电路283.4.5 按键电路293.4.6 步进电机控制电路304 系统PID控制算法设计314.1 PID控制基本原理314.2 设计PID算法334.3 确定PID算法控制的输入量和输出量344.4 模拟PID算法控制345 系统程序设计365.1 系统原理图365.2 系统整体流程图365.3 按键程序流程图375.5 显示程序流程385.5 温度采集程序流程39总结与体会41致谢词42【参考文献】43附录44摘 要如今在人们追求低碳生活健康生活的当下,太阳能热水器因为其节能和环保等优
6、点受到广大消费者的喜爱,我国已经慢慢的成为太阳能热水器生产和使用的大国。因为目前普遍使用太阳能热水器,所以我们设计了一种太阳能热水器基于单片机的温度控制系统。基于现有的芯片和单片机的步进电机驱动器上,控制算法采用PID控制,步进电机的设计位置控制,使热水的流量控制阀的步进电机相连的流动,从而实现温度控制,以完成整个系统的设计。使用protus仿真软件和keil编程软件进行设计仿真,控制太阳能热水器水温能在一定摄氏度范围内的某一温度值上报保持恒定。【关键词】太阳能热水器、温度控制、PID控制算法、步进电机、单片机Abstract In the pursuit of low-carbon heal
7、thy living today, solar water heater with its characteristic of energy-saving environmental protection, favored by the vast number of consumers, our country has become the solar water heaterproduction and use of power. For the widely application of solar water heater,this paper describes the design
8、of a solar water heater temperature control system based on mcu. The stepper motor driver chips and microcontroller based, control algorithms using the PID control, the design of step motorposition control, so as to realize the control and flow valve of hot water flow ofstepper motor is connected, s
9、o as to realize the temperature control, designing the system structure.Design and simulation using the PROTUS simulation software and keil programming software, satisfy a certain temperature solar water heater water temperature in degrees Celsius range reporting control to maintain a constant.【Key
10、words】 Solar water heater; temperature control; PID control algorithm; stepper motor;Single chip microcomputer1 前言太阳能Solar Energy是一种由太阳光线散发的辐射能量,太阳能是种清洁可再生的能源,从广义上说太阳能是地球上许多能量的来源,比如风能,生物质能,潮汐能和水的势能等等。使用太阳能的基本方式可分为:光伏造电使用,轻化工利用以及光-生物利用度四类。太阳能的光热发电比一般光伏发电的太阳能转化率高,但是应用还不普遍。在光热转换当中,目前应用范围为最广、技术最为成熟、经济性最
11、好的要属太阳能热水器的应用。 太阳能热水器通过玻璃管上的黑色光泽的吸收层,第1、2层玻璃吸收阳光,因为它是两层玻璃和绝缘之间的真空,所以热量无法向外界发散,只有向玻璃管注入的水传导热量,从而使水不断加热的玻璃管,加热的水将被沿玻璃表面流动注入到加热水储存桶,而水的温度降低后就会重新到玻璃管辅助加热,如此不断循环,它会在水不断加热后再次流入储存桶,以完成加热水的目的。然后通过控制流量阀门控制冷水流量与热水流量,从而达到调节水温的目的。本设计中控制阀门的设计是基于已有的步进电机驱动芯片控制步进电机流量阀和AT89C52单片机使用,采用PID控制算法,设计步进电机位置控制,从而实现与步进电机连接的流
12、量阀热水流量控制,进而实现温度控制。PID控制器由于其简单的结构,可靠的运行,稳定性好,容易调整等,被经常应用于各种温度控制。然而,传统的PID调节器的多用模拟控制器,其用于电动或气动仪表多单位组合完成调节器。但是随着微型计算机的不停发展和应用, 特别是在单片机的控制领域使用越加广泛, 如今利用计算机的软件来实现PID 控制算法, 使其具有更大的灵活性、可靠性和更完美的控制效果。除了利用PID算法控制温度以为还有很多其他的方法控制太阳能热水器温度。文献1采用模糊控制的方式控制温度1 张越.张炎.赵延军 基于单片机和模糊控制的水温自动控制系统J-仪表技术与传感器 2007(04)15-16。文献
13、2采用智能控制的PID模糊恒温控制器控制温度。2 朱荣明.戴冠中 燃气热水器水温智能控制系统J-西北工业大学学报 2001(01)23-24文献3采用基于仿人工智能的温度控制器控制温度。3 李祖枢.曾成.张华 仿人智能控制在双功能燃气热水器中的应用J-自动化技术与应用 2004(08)48-482 PID控制简介2.1 PID控制 PID(proportion(比例)、integration(积分)、differentiation(微分),PID控制器成为最早的实用化控制器已经经历70多年,而且仍然是现在应用最为广泛的工业控制器之一。PID控制受欢迎的原因在于容易上手的使用方法运行时并不依靠准
14、确的模型等先决条件,因此就算过了大半个世纪依旧是应用最为普遍的控制器之一。PID控制器是由比例单元(Proportion)和积分单元(Integration)还有微分单元(Differentiation)组成。4 蒋平 一种PID模糊控制器J-自动化博览 2011,(1):68 -70 PID控制的输入与输出的关系为: (2.1) 式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为: (2.2)其中为比例系数; 为积分时间常数; 为微分时间常数2.2 PID控制分类比例(Proportion)控制 比例控制作为我们最长的控制是因为它操作简单。由输出信号和输入误差信号成比例。系统会出现稳态误差的出现
15、当只有比例控制时。 比例控制的比例是基于“偏压的多少”的行动,使其输出对输入偏差的多少成比例。虽然比例控制及时而有力但是会出现有余差的缺点。比例控制作用的大小是用比例值来显示的。如果是小,表示作用的调节就越强,而其调控的值更大,则比例将减小。如果比例作用太强,系统可导致震荡。积分(Integration)控制在积分控制的PID控制器,误差信号的输出和输入成比例的积分关系。一个自动控制系统,如果有稳态误差的系统处于一个稳定的状态,我们称这种控制系统具有稳定的误差或者说是错误的系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,积分项的加入必不可少。因为积分项是
16、让误差依赖于时间积分,如果时间增加,那么积分项也变大。因此就算该错误是非常小,但积分项还是会因为时间增加也将变大,稳态误差积分项将导致控制器的输出增大,使得稳态误差慢慢地变小,最后让它为0。比例(P)积分(I)PI控制,能够让部件处于稳定状态且没有稳态误差为止。 积分控制是基于“是否有偏差”行动,输出和偏差整体调整幅度是成正比的时间积分,只有当剩余的消失后,积分作用就会停止,所以调控不可或缺的作用是消除残余。但整体效果将会使最大动偏差变大,再调整了时间。积分控制的积分时间T来表示其影响大小,当T越小,积分作用越强,但如果积分作用太强,仍然可引起震荡。微分(Differentiation)控制
17、微分控制中的PID控制器,该控制器的输入和输出的误差信号(误差率)是成正比的。在自动控制系统,以调节克服误差的过程中可能会震荡甚至不稳定。5 赵保亚 基于PMAC的数控系统PID参数调节研究-机械设计与制造 2007,(10):146 -148 其原因是由于惯性部件(链接),其起到了限制误差的作用,所以改变一直都滞后于误差。因此,我们的解决办法是改变“提前克制误差函数”。当误差快要到零时,限制误差的作用应该是零。换句话说,系统控制器只引入了“比例”是不够的,因为误差的幅值只是被比例项放大了而已。因此,有必要为了判断错误趋势而添入微分项。用PD控制器,可以事先克制控制误差的作用让其等于0,还能。
18、这样能让被控量不会出现太厉害的超调。所以PD控制器的使用对象是有延迟和有很大惯性的对象以优化调整过程中系统的动态特性组成。微分调节是“偏差变化率”来行动的。输入和输出偏差变化的差速调节是成正比的,其作用是防止所有参数可调,具有主导作用,对大滞后对象(如温度)的效果非常好。因为它使偏差调整处理偏差变小,时间被缩短,剩余误差减小,但不能完全消除的残余误差。用微分时间来表示其行动的大小。当更大,更强的微分作用影响,但过大,而且还会引起振荡。 3 系统电路设计3.1 系统电路设计整体思路 太阳能热水器PID温度控制系统主要由单片机 温度检测元件 LED液晶显示器 步进电机和蓄水箱组成。其系统整体电路设
19、计思想为:图3.1 系统电路设计思想3.2 系统电路基本硬件 如今多种多样的硬件让人眼花缭乱,如何在众多的硬件中选择出适合本设计系统的硬件是一个值得讨论的问题。3.2.1 单片机的选择 单片机作为太阳能热水器温度PID控制器的核心部件,需要考虑系统所需要的单片机种类以及特点,单片机单元部件有外围数字接口,电设扩展模块和外围模拟接口等部件。AT89C52是51系列单片机的一种型号,AT89C52是ATMEL公司所生产的。图3.2 AT89C52单片机图样AT89C52低电压,高性能的CMOS 8位单片机,单片机内所采用的存储器是含有8000bytes的可以反复擦写Flash只读程序存储器还有25
20、6bytes随机存取数据存储器(RAM)。单片机器件使用了ATMEL公司密度高而且非易失性存储技术所生产,兼容了标准MCS-51单片机指令系统,单片机片内置了通用的8位CPU还有Flash存储。性能完善的at89c52为我们在操作繁杂的系统中带来了方便,是我们的不二选择。图3.3 AT89C51单片机封装结构AT89C52 单片机的端口数为40,在这40个端口中含有3个16位可编程的定时计数器,32个双向输入输出端口,2个读写口线,还有2个外部中断,2个读写口线还有2个全双工串行通信口。AT89C52单片机既可以按照常规的方法进行程序编写,还可以在线编程。AT89C52单片机将通用微处理器和F
21、lash只读程序储器结合在了一起,特别是因为可反复擦写的Flash只读程序存储器可以有效的降低开发成本。AT89C52单片机里有PDIP和PQFP/TQFP还有PLCC等三种封装形式,用来适应不同的产品需求。AT89C52单片机的主要功能特性:兼容MCS-51的指令系统 。8000bytes可反复擦写(1000次)Flash 只读程序储器(ROM) 。32个双向的输入 / 输出端口(I/O端口)。256x8bit随机内部存取数据存储器。3个16位可编程定时 / 16位计数器中断。时钟频率为0-24MHz。2个读写中断口线。2个串行中断。可编程的UART串行通道。 4个内部中断源2个外部中断源共
22、6个中断源 。 低功耗空闲和掉电模式。3级加密位。可利用软件设置单片机睡眠和唤醒功能。AT89C52工作原理采用8位CPU,一般使用工业标准的C51内核行业标准“PDIP”封装at89c52单片机。at89c52单片机芯片处理器是一样的,分布在芯片的引脚和功能与一般at8xc52相同。它主要是用在融合和调节功能的控制。 AT89C52单片机的功能包括收敛控制测试图和红外遥控信号(IR)接收并解码和主板CPU交互信息对主IC内部寄存器和数据RAM中的衔接和外部接口的初始化,其他组成部分会聚调节控制等。 AT89C52单片机重要引脚:“XTAL1”(引脚19)和“XTAL2”(引脚18 )是一个输
23、入/输出端口,与12MHz的振荡器相连接,形成一个时间电路。“RST/VPD”(引脚9)是一个复位输入的端口,外部复位电路是由电容和电阻够成。“VCC”(引脚40)和“VSS”(引脚20),是电源接入端口,端口与五伏电源连接为单片机供电。P0P3是一个可编程的通用输入/输出(I/O)引脚,功能和应用的它是由软件定义的。P0口是一组8位漏极开路型双向输入/输出(I/O)端口,复用端口地址/数据总线, P0为输出端口,每个可以驱动8个TTL逻辑门电路以吸收电流的方式,端口P0写入一个“1”,可以作为高阻抗输入端口使用。6 李慧斌 张英彬 张修典 王华昕 运用单片机设计大气电场仪的相敏检波器J -
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 最新 太阳能热水器 温度 pid 控制
链接地址:https://www.31doc.com/p-2445092.html