散化为差分方程。由于该系统需要采取的脉宽周期作为控制量，故采取数字增量型控制算法。数字增量型控制算式式中，为比列系数为积分系数本设计中，控制参量为热得快的加热时间功能测试及结果分析使用的主要仪器仪表机数字万用表可跟踪直流稳压电源水银温度计单片机开发系统。传感器标定由于出场的测温精度可达，基本能够达到设计要求。在此使用了测温精度为的高精度水银温度计，精确测量水温。静态温度测量测量方式断开系统的加热装置，装入定温度的水，保持环境温度和其测量条件不变，利用标准的温度计测量水温，于系统给出的温度相比较。测量仪器水银温度计，热得快，环境温度。测量结果如下表所示标准温度测量温度误差误差分析由于热得快加热时，加热区主要集中在其上部，造成受热不均，而测量点又不能取到完全相同。在此误差均在以内，且没有规律性，所以不再软件补偿温度值动态温控测量测量方式接上系统的加热装置，装入室温的水，设定控温温度。记录调节时间超调温度稳态温度波动幅度等。测量仪器热得快，环境温度。测量结果如下表所示。在此仅以数值的方式给出测量结果，略去升温曲线。调节时间按温度进出设定温度范围时计算。设定温度超调温度无变化范围测试结果分析由以上测量可见，系统性能基本上达到了所要求的指标。静态测温的精度主要有决定。的精度比较高，这里采取了读取温度寄存器办法，测温精度能够达到，可以达到比较好的精度。在控温指标中，影响系统性能的因素非常多。最关键的是加热系统本身的物理性质及控制算法。由于传感器必须加上防水设施，因此温度传感器难免会有迟滞，热得快本身的延迟，水对流传热等因素也会造成测温的延时，这些都会直接影响系统的控制性能。控制算法方面，需反复试验比较，在上升时间和超调量之间作权衡，选出较好的系数。硬件调试问题电路采用两路光耦控制，路控制加热，路控制风扇降冷，在制作板子时，由于两路电源输入距离很近，随意在测试工作时，加热电路不能正常工作，仔细检查电路没有问题，考虑到干扰问题，将输入端分开链接，问题解决。可控硅与光耦组合弱电控制强电电路，测试用千二百瓦的加热负载，发热严重，因为电路板及电源线严重发热，虽然可控硅极限电流可以达到安培，功率足可以带动此负载，但是由于散热问题未能很好解决，以及电路板上的线路跟本承受不了此功率，所以根据设计要求选用瓦的加热负载，再加上片散热片后，基本解决了发热的问题。其他电路控制电路，语音报警电路上电测试，均能正常工作。结论整个系统的设计思想是提高静态控温精度，减小调节时间和超调量。整个系统综合有如下几个特点通过集成温度传感器减少了转换电路，简化了电路结构。采用集成芯片，简化了功率控制电路，提高了系统的稳定性。在电路设计中充分考虑了系统的可靠性和安全性。通过精心调试达到基本功能指标，动态性能也达到较好的要求。参考文献单片机语言常用模块与综合系统设计实例精讲的第版，于永等著，北京电子工业出版社，全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解，蓝和慧等著，北京电子工业出版社，全国大学生电子设计竞赛系统设计，黄智伟编著，北京北京航空航天大学出版社，深入浅出上册，周立功等著，北京北京航天航空大学出版社，模拟电子技术基础，童诗白，华成英著，北京高等教育出版社，数字电子技术基础，阎石著，北京高等教育出版社，附录附元器件明细表附硬件电路原理图过零测电源口负载接口过零测负载接口图由于这个电路输出的是电压信号，不能直接被单片机利用，因此需经过个转换器，将电压信号转换为数字量。转换器有很多类型，需要根据精度和转换速度来进行选择。本设计可采用最常用的芯片之的应用电路。也可直接选用带有的单片机，这样可以省去电路的制作，简化了电路，提高了可靠性。带的单片机有很多型号，如常用的内含有路位，内含组路位和组路位，凌阳单片机内含有路位。功率控制电路功率控制电路是本系统硬件设计的关键，由于加热装置的电源是,的市电，选择器件的耐压至少要两倍以上，否则容易发生损坏。下面就方案论证中提出的两种方案功能实现的电路进行进步的分析，从而确定系统设计电路。控制交流周期数的方式可以采用和可控硅的功率控制电路，图中是具有双向晶闸管输出的光电隔离器，是双向可控硅，负载热得快。在内部不仅有发光二极管，而且还有过零检测电路和个小功率双向可控硅。当单片机的口输出低电平信号进入时，中的发光二极管发光，由于过零电路的同步作用，内部的双向可控硅过零后马上导通，使功率双向可控硅导通，在负载中有电流流过，当口输出高电平时，中的发光二极管不发光，内部双向可控硅截止，所以功率双向可控硅也截止，负载中没有电流流过。控制驱动电路如图所示。过零测负载接口图控制导通角的方式首先要设计交流电过零检测电路，将检测信号送如单片机，延时输出触发信号，触发双向可控硅导通，使交流电加在热得快两端。如图所示是种可实现的交流电过零检测电路，通过变压器讲交流电降压为后进行过零检测，通过光耦合器输出过零检测信号，避免交流电平干扰，其安全性可靠性高。正半周期输出低电平，负半周期输出高电平。图过零检测电路的输出信号可送入单片机中断控制口，通过单片机的中断控制可根据需要，延时输出触发信号，控制每个周期内导通相角的大小。驱动控制部分实现电路图如图所示，经过单片机处理的触发信号通过光耦合器触发双向可控硅导通，在下个零点到来时截止。从而可以对交流电的半个周期的有效值周期性调节。图图总体电路设计本着简单实用的原则，这里最后选用了个比较典型的硬件方案测温电路选用集成数组测温电路功率控制电路选用和可控硅的功率控制电路控制芯片采用常见的显示方式采用字符液晶显示器键盘采用独立按键次用串口与计算机通行软件设计与实现软件流程图本设计为了实现对水的温度的测量并用液晶显示，使待测水温的静态误差在范围以内。温度设定范围为,最小区分度为，标定温差。同时当水温达到设定值时在环境温度降低时温度控制的静态误差。主程序流程图如图所示，实现对范围温度值的设定，执行显示实时温度。控制算法流程图如图图所示，实现对温度的控制开始按键扫描液晶模块初始化有键输入模式键有效次设置恒温值模式键有效次设置上限报警值模式键有效次设置下限报警值模式键有效次已经设定好温度调用温度数据采集比较与控制子程序调用液晶显示子程序实时温度值图系统主程序流程图开始调用采集温度值子程序控温启动暂存最新三组温度值调用加热控制量自校正子程序增量计算调用加热执行子程序调用液晶显示子程序返回开始采样值设定值度读取温度值启动算法控制返回图算法流程图图温度数据采集与控制子程序开始能否次性达到设定值启动开始用程序默认倍控制量进入控温量自校正环节启动倍控制量加热保存好此温度上升点和控制量作为以后上升控制量温度下降启动倍控制量加热达到设定值启动倍控制量加热温度上升进入控温量自校正环节温度低于恒温值温度上升启动倍控制量加热达到设定值温度下降保存好此温度下降温度值是否高于设定值度在原上升点控制量减去超调部分量值保存此值至校正控制量单元比上次温度上升点低比上次温度上升点低等待温度下降到恒温值再次上升把此温度上升点和控制量作为以后上升控制量热得快图控制键盘显示电路这部分实际上是个单片机最小系统的基本电路，可选用最常用的系列单片机，足够满足系统的要求。键盘可以选用常用的扫描键盘，不过在这个设计中只需要个按键即满足要求。本着简单实用的原则，选择了个按键，分别用作模式选择设置选择温度加温度减。在显示方面，选用了常用的显示容量为个字符的液晶显示模块。通过相应的软件编程，可以实现比较美观和丰富的显示界面。模块连接电路图如图所示。图报警电路本系统采用作为温度语音芯片，它有的录放时间。它的基本组成有时钟电路拾音放大自动增益控制电路滤波器差动功放电源电路地址译码电路组成。和分别于单片机口连接。图为回放电路的时序图。上升沿触发回放，下降沿截止上升沿触发回放语音信号，直至回放结束。报警电路图所示。动态温控测量测试结果分析硬件调试问题结论参考文献附录附元器件明细表附硬件电路原理图附软件程序清单题目分析根据题目的具体要求，经过阅读思考，可对题目的具体任务功能技术指等作出如下分析。任务和功能实际上题目的任务就是要设计个温控系统，系统的功能是温度测量和控温在测量部分，要求测量的温度范围，还规定了测量的精度需高于，测温的结果要求显示。在控制部分，要求系统能够将水温调节到给定的温度，并进行保温。题目并未规定温度调节的时间长短，但显然调节时间越短越好。题目没有具体给出具体加热的器具和方式，因此选手必须自行选择和制作加热装置，然后才能真正进行电路制作。在发挥部分，还要求提高温度系统的控制性能，缩短调节时间，提高控制精度，增加打印功能。主要性能指标测温范围，可以大于此范围测温精度，发挥到保温精度，发挥到。方案的论证对题目进行深入的分析和思考，可将整个系统分为以下几个部分测温电路控制电路功率电路和加热装置。系统框图如图所示。控制电路显示输入测温电路功率电路加热装置水图控制电路的方案选择方案采用运放等模拟电路搭建个控制器，用模拟方式实现控制，对于纯粹的水温控制，这是足够的。但是附加显示温度设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样，使用逻辑电路也可实现控制功能，但总体的电路设计和制作比较烦琐。方案二采用实现控制