蒸汽電熨斗溫度控制器畢業(yè)論文.pdf

內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 1 內蒙古化工職業(yè)學院內蒙古化工職業(yè)學院 畢業(yè)設計畢業(yè)設計( (論文、專題實驗論文、專題實驗) )任務書任務書 姓名藺旺專業(yè)電氣自動化班級10-1 班 指導教師殷鋼、陳建強 題目蒸汽電熨斗溫度控制器 原始數(shù)據(jù) 說明書 (論文、實驗) 主要內容 圖紙要求 對學生 綜合訓 練方面 的要求 完成期限自年月日至年月日 備注: 畢業(yè)論文的任務書可對原始數(shù)據(jù)及圖紙要求兩項不作要求、 專題 實驗可對圖紙一項不做要求。 簽發(fā):日期:年月 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 I 蒸汽電熨斗溫度控制器 摘 要 本文設計了一個蒸汽電熨斗溫度自動控制器。本設計以電源電 路、水位監(jiān)測電路、溫度檢測電路和控制執(zhí)行電路組成控制集和于一 體，它除能對蒸汽電熨斗進行自動溫度控制外，還能在電熨斗內缺水 時及時切斷其工作電源， 防止電加熱器無水干燒， 實現(xiàn)智能溫度控制。 并采用軟件程序實現(xiàn)升溫的調節(jié)， 能對加熱爐的升溫速度和保溫時間 嚴格控制。 單片機控制系統(tǒng)由微處理器和工業(yè)生產對象兩大部分組成， 本文 是通過熱敏電阻和單片機等， 來實現(xiàn)對工程上一些系統(tǒng)的溫度進行范 圍控制的過程。目前主要有模擬、集成機械式溫度控制器和智能電子 式溫度控制器兩大系列。 且國際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字 式、電子式；從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。在當今電子信 息時代， 電子自動化、 信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆轉的潮流。 溫度控制器發(fā)展初期是機械式溫度控制器， 這類溫度控制器采用雙金 屬片或充氣膜盒感測室內溫度，使用波段開關直接調整風速。了解國 內外電子溫度控制器生產核心技術的研發(fā)動向、工藝設備、技術應用 及趨勢對于企業(yè)提升產品技術規(guī)格，提高市場競爭力十分關鍵。 關鍵詞：測溫，PID 算法，結構原理，溫度控制器 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 I 目錄 摘摘 要要I 第第 1 1 章章前前 言言1 1.1概述2 1.2課題分析2 1.3設計思路2 第第 2 2 章章 系統(tǒng)的基本組成及工作原理系統(tǒng)的基本組成及工作原理3 2.1系統(tǒng)的基本組成3 2.2系統(tǒng)的基本工作原理3 2.3系統(tǒng)元器件的選用4 第第 3 3 章章 測溫電路的選擇及設計測溫電路的選擇及設計5 31熱電偶測溫電路5 3.1.1 熱電偶5 3.1.2 毫伏變送器6 3. 2熱敏電阻測溫電路6 3.2.1 熱敏電阻6 3.2.2 關于鉑電阻的特性7 3.2.3 溫度測量電路7 第第 4 4 章章 電熨斗工作原理及使用方法電熨斗工作原理及使用方法7 4.1 電熨斗工作原理7 4.2 電熨斗主要組成7 4.3 電熨斗使用方法7 第第 5 5章章 溫度控制器的分類溫度控制器的分類6 第第 6 6 章章 溫度控制的算法溫度控制的算法8 6.1 PID 簡介 6.2 PID 算法種類 第第 7 7 章章 掉電保護功能電路掉電保護功能電路14 第第 8 8 章章 溫度控制電路溫度控制電路15 8.1 溫度控制電路15 8.2 控制規(guī)律的選擇16 總總結結27 致致謝謝28 參考文獻參考文獻29 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 1 - 附附錄錄30 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 0 - 第 1 章 前 言 1.1 概述 社會在發(fā)展，科技在進步，測溫儀器在各個領域的應用，各種溫度控制系統(tǒng)迅速 發(fā)展。近年來，溫度控制系統(tǒng)已廣泛應用各個方面，然而溫度控制一直是一個未開發(fā) 的領域，卻又是與人們息息相關的一個實際問題。針對這種實際情況，設計一個溫度 控制系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景與實際意義。 溫度是一個重要的物理量它反映了物體的冷熱程度， 與自然界中的各種物理與化 學過程相聯(lián)系，再生產過程中，各個環(huán)節(jié)都與溫度有緊密聯(lián)系，因此人們非常重視溫 度的測量。溫度概念的產生及溫度的測量都是以熱平衡為基礎，當兩個冷熱程度不同 的物體接觸后就會產生導熱,換熱，換熱結束后兩物體處于平衡狀態(tài)，因此他們具有 最本質的性質。溫度控制系統(tǒng)對溫度進行檢測和控制，任何工廠在生產過程中如果沒 有合適的溫度環(huán)境，很多的器件甚至是電子設備都不能正常的工作，從而多生產的產 品質量有很大的影響，所以各行各業(yè)對溫度的要求的愈來愈高，所以，溫度控制系統(tǒng) 的作用非常重要。 溫度控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是溫度，在我們日常生活中，溫度控制使非常重要的， 在溫室、水池、電源等場所不能對溫度有效的控制，則會出現(xiàn)很多事故，所以為了避 免此類事故的發(fā)生，溫度控制應當受到重視。 本設計不僅實現(xiàn)了對溫度的檢測，還實現(xiàn)了溫度控制、顯示功能，當溫度大于設 定的溫度時，報警器報警；當溫度小于設定的值時，報警器不報警，從而實現(xiàn)對溫度 的控制，并且還可以實現(xiàn)按鍵復位功能。 目前主要有模擬、集成機械式溫度控制器和智能電子式溫度控制器兩大系列。且 國際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式；從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的 方向發(fā)展。在當今電子信息時代，電子自動化、信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆 轉的潮流。 本設計主要研究蒸汽電熨斗的溫度控制器， 通過分析其結構和工作原理來更深刻 的學習溫度控制系統(tǒng)，以及未來的發(fā)展前景。尤其在工業(yè)控制、自動化儀器儀表、計 算機系統(tǒng)接口、智能化外設等應用領域發(fā)展很快。它的應用對于產品升級換代、機電 一體化都具有重要的意義。在工業(yè)生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和 開關量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產的很多 領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控 制。采用單片機對溫度進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 1 - 以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數(shù)量。 1.2 課題分析 根據(jù)設計要求，該溫度控制器是既可以測量溫度也可以控制溫度，其組成框圖如圖 1 所示。 圖 1溫度控制器原理框圖 因為要求對溫度進行測量顯示， 所以首先采用溫度傳感器， 將溫度變化轉換成相應的電信號， 并通過放大、濾波后送 A/D 轉換器變成數(shù)字信號，然后進行譯碼顯示。若要求溫度被控制在設定 值附近，則要求將實際測量溫度的信號與溫度的設定值(基準電壓)進行比較，根據(jù)比較結果（輸 出狀態(tài)）來驅動執(zhí)行機構，實現(xiàn)自動地控制、調節(jié)系統(tǒng)的溫度。測量的溫度可以與另一個設定的 溫度上限比較器相比較，當溫度超過上限溫度值時，比較器產生報警信號輸出。 1.3 設計思路 首先，收集大量相關資料， 參考多種溫度控制器方案并確定出自己將要設計的方 案；(根據(jù)系統(tǒng)具體指標要求，可以對每一個具體部分進行分析設計。此外，整個控 制系統(tǒng)可分為硬件電路設計和軟件程序設計兩大部分。可分別對它們進行分析設計) 再對自己打算設計的方案進行仿真調試；當仿真調試得到理想效果時，再將設計好的 原理電路制成 PCB 板；隨后清點需要的元器件，并購買；最后，按照自己設計的電路 完成實物并調試。 第 2 章 系統(tǒng)的基本組成及工作原理 2.1 系統(tǒng)的基本組成 在工業(yè)生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要 被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產的很多領域中，人們都需要對 各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用單片機對溫度 進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 2 - 的技術指標，從而能夠大大的提高產品的質量和數(shù)量。 本系統(tǒng)是電源電路、水位監(jiān)測電路、溫度檢測電路電源電路、水位監(jiān)測電路、溫度檢測電路和控制執(zhí)行電路控制執(zhí)行電路組成。 1、電源電路部分 控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用5V直流電源供電，把頻率為50Hz、有效值為220V 的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng) 過電 源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓， 一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值 相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所 以需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。 由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大 的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓 平滑。 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影 響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn) 壓問題。 圖 4溫度控制及超溫報警電路 2、溫度檢測及信號處理 溫度檢測是溫控系統(tǒng)的最關鍵部分，它只接影響整個系統(tǒng)的測量、控制精度。目前檢測 溫度的傳感器很多，其測量范圍、應用場合等也不盡相同。例如熱電偶溫度傳感器目前在工業(yè)生 產和科學研究中已得到了廣泛的應用，它是將溫度信號轉化成電動勢。目前熱電偶溫度傳感器已 形成系列化和標準化，主要優(yōu)點是：它屬于自發(fā)電型傳感器，測量溫度時可以不需要外加電源； 結構簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測量溫度范圍廣，高溫熱電偶測溫 高達 1800以上，低溫熱電偶可測-260以下，目前主要用在高溫測量工業(yè)生產現(xiàn)場中。熱電阻 溫度傳感器是利用電阻值隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的，目前應用較為廣泛的熱材料 是銅和鉑。在銅電阻和鉑電阻中，鉑電阻性能最好，非常適合測量-200+960范圍內的溫度。 國內統(tǒng)一設計的工業(yè)用鉑電阻常用的分度號有 Pt25、Pt100 等，Pt100 即表示該電阻的阻值在 0 時為 100。隨著半導體集成電路技術的迅速發(fā)展，各種類型的集成溫度傳感器應用越來越多。 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 3 - 集成溫度傳感器的工作原理是利用 PN 結的溫度特性制成的，同熱電偶、熱電阻等傳統(tǒng)的溫度傳 感器相比，集成溫度傳感器主要特點有：靈敏度高；線性度好，一般不需要線性補償；測量重復 性好；響應速度快。但不足之處是測量溫度較窄，通常為-55+150。根據(jù)本課題設計的要求， 可選用集成溫度傳感器。 由于溫度傳感器的直接輸出信號一般都非常微弱，為了更好的測量和顯示，需要放大器、濾 波器等電路對信號進一步處理。 對放大器的要求是精度要高， 輸入失調電壓和輸入失調電流要小， 同時要求抑制共模干擾信號的能力要強。 3、 溫度控制及驅動電路 本設計要求溫度可以設定，并要求溫度被控制在設定的值附近，所以該系統(tǒng)應該是一個 閉環(huán)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)對溫度控制的方法很多，有采用模擬電路實現(xiàn)的，也有采用計算機構成的智 能控制。模擬控制溫度的方法主要有開關式控制法、比例式控制法和連續(xù)式控制法。開關式控制 是將檢測的溫度信號和設定的溫度值通過比較器比較后，驅動一開關器件（一般是繼電器）控制 加熱器的通斷。如當測量的溫度低于設定的溫度值時，驅動電路使繼電器接通加熱器的電源，使 溫度上升；當溫度高于設定的溫度時，驅動電路使繼電器斷開加熱器的電源，停止對加熱器的加 熱，溫度將下降。這樣繼電器反復動作，溫度將被控制在設定值附近。 開關式溫度控制方法的優(yōu)點是電路簡單，缺點是控制精度較低，并且在設定溫度附近，頻繁啟動 繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個固定的時間 T 作為控制周期，選擇控制 周期的長短一般根據(jù)加熱的熱容量選取，熱容量大的可選擇控制周期長一些，一般選擇 T=1015 秒。當溫度低于設定的溫度較多時，在一個控制周期 T 內接通加熱器電源的時間就比較長（假設 為 t） ，隨著溫度的升高，加熱時間 t 逐漸減少；當溫度高于設定的溫度時，加熱時間 t 等于零， 溫度逐漸下降，最后使溫度接近穩(wěn)定。該方法控制溫度精度將大大提高。連續(xù)控制是根據(jù)測量溫 度的大小自動連續(xù)調節(jié)加熱器電流的大小，當溫度大于設定的溫度時，可自動的控制減小加熱器 的電流，反之則增大電流，可使溫度自動的保持在設定的溫度上，該方法控制穩(wěn)定的精度最高， 電路也比較復雜，同時要求一個可控的功率器件實現(xiàn)對加熱器電流大小的控制。 2.2 系統(tǒng)的基本工作原理 蒸汽電熨斗溫度控制器電路原理圖如圖所示， 220V 見劉電壓經(jīng) T 降壓、 VD1 VD4 整流、C1 濾波及 IC1 穩(wěn)壓后，產生直流+12V 電壓，供給 IC2 和控制執(zhí)行電路， 同時也將 VL2 點亮。 在剛接通電源時，RT 的電阻值較大，D2 因正相輸入端的電壓高于反相輸入端的 電壓而輸出高電平，使 VT3 飽和導通，K 吸合，其常開觸點將蒸汽爐內電加熱器 EH 的工作電源接通，EH 開始加熱，蒸汽爐內開始升溫。 隨著蒸汽爐內溫度的升高，RT 的電阻值逐漸減小，使 D2 正相輸入端的電壓逐漸 下降。當 D2 得正相輸入端電壓低于其反相輸入端電壓時，D2 輸出低電平，使 VT3 截 止，K 釋放，EH 斷電而停止加熱。隨后蒸汽爐內溫度又開始下降，RT 的電阻值則逐 漸增大，D2 正相輸入端的電壓也開始緩慢上升，當 D2 得正相輸入端電壓高于其反相 輸入端電壓時，D2 輸入高電平，使 VT3 導通，K 吸合，EH 開始通電加熱。如此周而 復始，使蒸汽電熨斗的蒸汽爐內的溫度恒定在設定溫度附近。調整 RP 的電阻值，可 以改變 D2 反相輸入端的基準電壓值，從而改變控溫范圍。 使用中隨著電熨斗不斷排放蒸汽，蒸汽爐內水位逐漸降低。在水位高于水位監(jiān)測 電極時，D1 輸出低電平，VT1 和 VT2 處于截止狀態(tài)，VL3 不發(fā)光。當水位降至水位監(jiān) 測電極以下時，D1 的正相輸入端電壓將高于反相輸入端的基準電壓，D1 輸出高電平， 使 VT1 和 VT2 導通，VL2 點亮，指示電熨斗內缺水；同時 VT3 截止，K 釋放，EH 斷電， 防止 EH 無水干燒。 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 4 - 2.3 系統(tǒng)的元器件選用 IC1 選用 LM7812 三端穩(wěn)壓集成電路； IC2 選用 LM393 或 LM393 或 LM358 運算 放大集成電路。 VT1 和 VT2 均選用 S9013 型硅 NPN 晶體管； VT3 選用 S8050、 C8050 或 3DG8050 型硅 NPN 晶體管。 VD1VD5 均選用 1N4007 型硅整流二極管。VL1VL3 均選用3mm 發(fā)光二極管， VL1 選黃色，VL2 選紅色，VL3 選綠色。 R1R12 選用 1/4W 碳膜電阻器或金屬膜電阻器；RP 選用小型實心電位器。 RT 選用 1k負溫度系數(shù)熱敏電容器。 C1 選用耐壓值為 25V 的鋁電解電容器；C2 和 C3 均選用獨石電容器；C4 選用耐 壓值為 16 的鋁電解電容器。 T 選用 23W、二次電壓為 1617 的電源變壓器。 第 3 章 測溫電路的選擇及設計 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 5 - 3.1 熱電偶測溫電路 3.1.1 熱電偶 熱電偶是將溫度量轉換成電勢大小的熱電傳感器，它被廣泛用來測量 100 1300范圍內的溫度，它具有結構簡單，使用方便，精度高，熱慣性小，可測局部溫 度，集中檢測，自動記錄等特點。 2 圖 3.1 熱電效應 如圖，將兩種不同材料導體 A、B 兩端接在一起，一端溫度為 0 T，另一端為 T（T 0 T） ， 這時在這個回路中將產生一個與溫度 0 T、 T以及導體料性質有關的電勢 AB E（T、 0 T） ，這樣構成的熱電變換元件稱為熱電偶，可用來測量溫度，這種熱電效應產生的 電勢 AB E（T、 0 T）是由珀爾帖效應和湯姆遜效應引起的。 常見的幾種標準化熱電偶有： 鉑 10 鍺鉑熱電偶 （WRLB） （分度號 LB-3） 、 鉑 30 銠 鉑 6 銠熱電偶（WRLL） （分度號：LL-2） ：鎳鉻、鎳硅或鎳鉻鎳鋁熱電偶（WREV） （分度號 EV-2） ：鎳鉻考銅熱電偶（WREA） （分度號 EA-2） 。 3.1.2 毫伏變送器 毫伏變送器是電動單元組合儀表中的一種，它可以將來自熱電偶的 MV 級信號轉 換為電流輸出，同時還能對熱電偶溫電曲線進行校正，從而使熱電偶檢測的溫度值 與變送器的輸出具有線性關系，本系統(tǒng)中所有用的變送器為 EX 系列儀表中的熱電偶 溫度變送器它的輸入電路有冷端補償和斷偶保護措施，負反饋電路具有線性功能。 線性功能： 毫伏單元變送用折線近似地代替曲線構成非線性負反饋使變送器整個 閉合的特性具有非線性，如果這個非線性的規(guī)律和所用熱電偶特性曲線互相抵消，就 可以使輸出電壓和電流具有完全正比于溫度的性能。 為了提高測量精度，可將變送器進行零點遷移，當溫度范圍為 4001000， 熱電偶輸出 16.441.32mv， 使變送器輸出 010mv,其輸出經(jīng)過電流電壓變換電路轉 換為 05v 電壓信號，這樣，使用 8 位的 ADC 使量化誤差達2.34。 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 6 - 3.2熱敏電阻測溫電路 3.2.1 熱敏電阻 利用感溫電阻，把測量溫度轉化成測量電阻的電阻式測溫系統(tǒng)，常用于測量 -200+500范圍內的溫度，大多數(shù)金屬導體的電阻，都具有隨溫度變化的特性， 其特性方程如下： 00 1() i RRa tt i R、 0 R分別為熱電阻在 t和 0時的電阻值。 a 為熱電阻的電阻溫度系數(shù)（1/） 對于絕大多數(shù)的金屬導體，a 并不是一個常數(shù)，而是溫度的函數(shù)，不同的金屬導 體，a 保持常數(shù)所對應的溫度范圍不同，選作感溫元件的材料應滿足如下要求： 材料的電阻溫度系數(shù) a 越大，熱阻的系數(shù)大，最敏度越高，純金屬的 a 比合金 的高，所以一般采用純金屬作熱敏電阻元件。 在測溫范圍內，a 保持常數(shù)，便于實現(xiàn)溫度表的線性刻度特性。 具有比較大的電阻率，有利于減少熱電阻的體積，減少熱慣性。 特性復現(xiàn)性好，容易復制。 3.2.2 關于鉑電阻的特性 鉑的物理化學性能非常穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的比較好的材料，有很好的穩(wěn)定 性和測量精度。 鉑的使用溫度范圍-200+600 0100的電阻溫度系數(shù)平均值（ 3 10/）為 3.923.98，電阻率為（ 2 mm） 0.098100.106 在 0時，鉑的電阻值 0 R=100 3.2.3 溫度測量電路 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 7 - 圖 3.2 溫度測量電路 本電路主要分為兩個部分：一部分是溫度傳感，一部分是信號放大。熱敏電阻 Rt 隨著溫度的不同而輸出相應的電阻值，從而在各個輸出端輸出不同的電壓值，形 成一個微弱的電壓信號。這個電壓信號經(jīng)運放放大處理后，最終輸出一個反應溫度情 況的可識別電壓信號 Uo。 第 4 章 電熨斗工作原理及使用方法 4.1 電熨斗工作原理 1、溫控原理：尼龍660100 度合成纖維100125 度麻200230 度 絲綢125150 度羊毛150180 度棉200230 度 2、蒸汽旋鈕結構原理： 蒸汽旋鈕下邊有蒸汽桿及蒸汽軸針來控制出水量的大小從而調控蒸汽的大小。 3、電熨斗的工作原理： 當接通電源時，調節(jié)恒溫器通過加熱管與熨斗底盤加熱，當溫度升高到一定時，恒溫器斷開， 熨斗不再加熱，指示燈熄滅。當溫度降低時，恒溫器接通使之加熱。 4、蒸汽原理： 熨斗通電后，電熱盤加熱升溫，當?shù)竭_一定的溫度時調節(jié)蒸汽旋鈕到最大，水從水箱中通過 硅膠帽滴到底盤中形成蒸汽，蒸汽從底盤的蒸汽孔噴出。熨斗底盤是經(jīng)過處理的，它內部是環(huán)繞 溝槽，溝槽噴有汽化劑。汽化劑的作用是使水快速霧化并噴出。 5、防鈣化裝置原理： 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 8 - 在北方等水質較硬的地方，熨斗用久了就會在電熱盤，蒸汽腔以及蒸汽軸針上形成水垢，直 接影響蒸汽和強力蒸汽的效果。通過設置于水箱中的離子交換樹脂，可以吸收水中鈣離子和金屬 離子軟化水質，防止水垢的形成，從而延長熨斗的使用壽命。 6、使用原理： 使用蒸汽熨斗時，指示燈滅后表示溫度達到設定溫度時再開始熨，否則水有可能從底板漏出， 這并不表示熨斗壞了，而是因為溫度不夠，不能將水變成蒸汽。 4.2 電熨斗主要組成 底板、恒溫器、溫度保險絲、隔熱基座、水箱、泵體等。 底板多采用鋁合金材料且光滑耐熱的杜邦銀石不粘涂料（特富龍、鈦金涂料）或包上不銹鋼 薄板。電熱管是一種封閉式的熱阻件，電阻至鍍銅鋼管中在管內充填結晶氧化鎂粉，絕緣作用。 電路中限流電阻 220K。熨斗外殼采用高強度樹脂，耐高溫，隔熱，耐沖擊的等。采用日本原裝 的溫控器，感溫精確。銀合金開關觸點，觸電不易氧化，使用壽命長。 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 9 - 4.3 電熨斗使用方法： 1. 使用前應將電源芯線中的黃綠雙色線接地，以防萬一漏電而造成觸電危險 。 2 抬起前端使加水口向上， 用量杯將經(jīng)過煮沸的水從加水口慢慢注入。 加水量的多少， 可 按 熨斗儲水器的容積大小而定。 3 對裝有水位玻璃的電熨斗， 可將熨斗豎立， 觀察儲水器內水位的高低， 根據(jù)需要進行加 水。 4 在蒸汽電熨斗的織物指示牌上， 織物名稱的標注與調溫型電熨斗基本相同。 所不同的是 另 加一個“蒸汽“標記。 5電熨斗接通電源，將溫度控制旋鈕擰到“羊毛“與“麻布“檔之間的位置上，指示燈應 發(fā)光。 當指示燈熄滅時，說明熨斗底板溫度已達到所需要值。如果熨斗內已加水，應有蒸汽 噴出，“可 進行熨燙。 6 可以用蒸汽型熨斗進行干熨。 方法是根據(jù)被熨燙的織物品種， 調整溫度控制旋鈕， 選擇 適 當?shù)牡装鍦囟取Ｖ?，調整蒸汽旋鈕至“0“位置即可。 7 用后應將儲水器中的剩余水從加水口倒出， 傾倒時應使熨斗前端朝下， 同時搖動電貿斗 ， 水即可倒出。然后將溫度旋鈕調到最高溫度檔，通電數(shù)分鐘使內部水分全部蒸發(fā)。然后切 斷電 源，將溫控旋鈕旋回最低溫度檔，待自然冷卻后收藏。 第 5 章溫度控制器的分類 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 10 - 以溫控器制造原理來分，溫控器分為： 一.突跳式溫控器：各種突跳式溫控器的型號統(tǒng)稱 KSD，常見的如 KSD301,KSD302 等，該溫控器是雙金屬片溫控器的新型產品，主要作為各種電熱 產品具過熱保護時，通常與熱熔斷器串接使用，突跳式溫控器作為一級保護。 熱熔斷器則在突跳式溫控器失婁或失效導致電熱元件超溫時，作為二級保護自， 有效地防止燒壞電熱元件以及由此而引起的火災事故。 1 二,液漲式溫控器：是當被控制對象的溫度發(fā)生變化時使溫控器感溫部內的 物質（一般是液體）產生相應的熱脹冷縮的物理現(xiàn)象（體積變化），與感溫部 連通一起的膜盒產生膨脹或收縮。以杠桿原理，帶動開關通斷動作，達到恒溫 目的液脹式溫控器具有控溫準確，穩(wěn)定可靠，開停溫差小，控制溫控調節(jié)范圍 大，過載電流大等性能特點。液漲式溫控器主要用于家電行業(yè)，電熱設備，制 冷行業(yè)等溫度控制場合用。 三，壓力式溫控器，改溫控器通過密閉的內充感溫工質的溫包和毛細管， 把被控溫度的變化轉變?yōu)榭臻g壓力或容積的變化，達到溫度設定值時，通過彈 性元件和快速瞬動機構，自動關閉觸頭，以達到自動控制溫度的目的。它由感 溫部、溫度設定主體部、執(zhí)行開閉的微動開關或自動風門等三部分組成。壓力 式溫控器適用于制冷器具（如電冰箱冰柜等）和制熱器等場合。 四，電子式溫控器，電子式溫度控制器（電阻式）是采用電阻感溫的方法 來測量的，一般采用白金絲、銅絲、鎢絲以及熱敏電阻等作為測溫電阻，這些 電阻各有其優(yōu)確點。一般家用空調大都使用熱敏電阻式。 第 6 章溫度控制算法 6.1 PID 簡介 在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調節(jié)。PID 控制器問世至今已有近 80 年歷史，它以其結構簡單、 穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構 和參數(shù)不能完全掌握， 或得不到精確的數(shù)學模型時， 控制理論的其它技術難以采用時， 系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定， 這時應用 PID 控制技術最 為方便5。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段 來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術。PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例（P）控制：比例控制是一種最簡單,最常用的控制方式4。其控制器的輸 出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關 系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有 穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項” 。 積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 11 - 很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一 步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。 微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差 的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚 至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑 制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的 變化“超前” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制 器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前 需要增加的是 “微分項” ， 它能預測誤差變化的趨勢， 這樣， 具有比例+微分的控制器， 就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超 調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié) 過程中的動態(tài)特性。 6.2 PID 算法的種類 PID 的基本算式有：位置型、增量型和速度型三種形式，其中最常用的事增量型 式。設 u(n)為本周期 PID 控制器的輸出（控制量） ，e(n)為本周期的 PID 輸入偏差信 號，e(n-1)為上一個周期的偏差信號，e(n-2)為上上個周期的偏差信號。KP 為比例增 益，Ti 為積分時間，Td 為微分時間，則 PID 基本算式的公式如下： 1）位置型 PID 算式 )1()()()()( 0 nene T Td ie Ti T neKpnu n i （3.1） 根據(jù)微分方程和差分方程的對應關系可知，如果微分方程中的積分運算對應差分 方程 的累加運算，微分方程對應一個周期的增量變化，則能很容易的推導出表達式 3.1。 2）增量型 PID 算式 )1()()()()(nene T Td ne Ti T neKpnu （3.2） 由增量型 PID 算式也可以得到 PID 控制器的位置輸出： )() 1()(nununu （3.3） 3）速度型 PID 算式 速度型 PID 算式的輸出值和執(zhí)行器的位置變化率（如調節(jié)閥的開度變化率、直流 伺服電機的轉動速度等）相對應，它是由增量型 PID 算式除以 T 得到： )1()()()( )( nene T Td ne Ti T ne T Kp T nu 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 12 - 第 7 章掉電保護功能電路 掉電保護電路功能的實現(xiàn)有兩種方案：一是選用 EROM 將重要數(shù)據(jù)置于其中,二 是加接備用電池，如下圖所示， 穩(wěn)壓電源和備用電池分別通過二級管接于存儲器或單 片機的 Vcc 端，當穩(wěn)壓電源電壓大于備用電池電壓時，電池不供電，當穩(wěn)壓電源掉電 時，備用電池工作。 9 儀器內還應設置掉電檢測電路，以便在一旦檢測到失電時，將斷點（PC 及各種 寄存器）內容保護起來，圖中 CMOS555 接成單穩(wěn)形式，掉電時 3 端輸出低電平脈沖作 為中斷請求信號。光電耦合器的作用是防止干擾而產生誤動作，在掉電瞬時，穩(wěn)壓電 源在大電容支持下，仍維持供電，這段時間主機執(zhí)行中斷服務程序，將斷點和重要數(shù) 據(jù)置入 RAM。 6 圖 5.1 掉電保護功能圖 第 8 章 溫度控制電路 8.1 溫度控制電路 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 13 - 溫度控制電路采用可控硅調功方法， 雙向可控硅相當于一雙反相并聯(lián)的普通可控 硅，具有正反相都能控制導通的特性，可用作調溫器。將它串在 50HZ 交流電源和加 熱絲電路中，只要在給定周期內改變可控硅開關的接通時間，就能改變加熱功率，從 而實現(xiàn)溫度的調節(jié)。 13 圖 8.1 可控硅調功器輸出功率與通斷電 T 關系 對于這樣的執(zhí)行機構， 單片機只要輸出能控制可控硅通斷時間的脈沖作為信號就 可以了，這可用一條功線通過程序輸出控制脈沖。 為了達到過零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測電路，此電路輸出對應于 50HZ 交流電壓過零時刻的脈沖作為觸發(fā)雙向可控硅的同步脈沖， 是可控硅在交流電壓過零 時刻觸發(fā)導通，電路如下圖： 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 14 - 圖 8.2 過零觸發(fā)電路 圖中電壓比較器 LM311 將 50HZ 正弦交流電壓變?yōu)榉讲ǎ讲ǖ恼睾拓撎?分別作為兩個單穩(wěn)觸發(fā)器的觸發(fā)信號， 單穩(wěn)觸發(fā)器輸出的窄脈沖經(jīng)二極管或門混合就 得到對應于 220V 市電過零時刻的同步脈沖。此同步脈沖一路作為觸發(fā)同步脈沖加到 溫控電路，一路作為計數(shù)脈沖加到單片機 8031 和 P3.4、P3.5 輸入端。 8.2 控制規(guī)律的選擇 電阻爐爐溫控制是這樣一個反饋調節(jié)作用過程： 比較實際爐溫和需要爐溫得到的 偏差通過對偏差的處理獲得控制信號去調節(jié)爐子的加熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控 制。 按照偏差的比例，積分和微分產生控制作用，簡稱 PID 控制,是過程控制中應用 最廣泛的一種控制形式，通過對實際運行效果和理論分析表明，這種控制規(guī)律在相當 多的工業(yè)生產中能得到比較好的效果。 計算機 PID 算法是用差分方程近似實現(xiàn)的。 用微分方程表示 PID 調節(jié)規(guī)律的理想算式為： 1( ) ( ) ( )( ) 0 t de t U tKp e te t dtTd Tidt 式中 e(t)=r(t)-y(t)為偏差信號，是調節(jié)器的輸入信號;r(t)是給定值;y(t)為被控 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 15 - 變量;U(t)為調節(jié)器輸出的控制信號;Kp 為比例系數(shù);Ti 為積分時間常數(shù);Td 為微 分時間常數(shù)。 計算機只能處理數(shù)字信號， 若采樣周期為 T， 第幾次采樣輸入偏差為 en， 調節(jié)器輸出為 Un,PID 算法中的微分 de dt 用差分 1nn ee T 代替，積分( ) 0 t e t dt 用ek 代 替，于是得到 1 0 1 n nn k ee UnKp enekTTd TiT ,寫成遞 推形式： 1112 (2) nnnn TTd UnUKp eneenenee TiT 改寫成： 112 (1)2(1) nni ndnnnPID Un U nKp eeKeK eeeU nPPP 由于電阻爐一般都屬于一階對象和帶純滯后的一階對象，所以式中 KP、KI、KD 的選擇取決于電阻爐的階躍響應特性和實際經(jīng)驗,在程序中假設都為正小數(shù),參與運 算的數(shù)都變?yōu)橛嬎銠C易于處理的形式，數(shù)據(jù)處理方法如下： （1） 把所有的數(shù)都變成定點純小數(shù)進行處理 （2） 算式中的各項都有正負，用補碼表示,計算結果以原碼輸出。 （3） 雙精度運算，為了保證運算精度把單字節(jié) 16 位進行運算，最后結果取 8 位有效值輸出。 內蒙古化工職業(yè)學院畢業(yè)設計用紙 - 16 - 總 結 本設計使用的溫度控制器結構簡單、測溫準確，具有一定的實際應用價值。該溫 度控制器只是在溫度控制領域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方，例如可以 將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短消息的方式發(fā)送給用戶，使用 戶能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應用于其他一些工業(yè)生產領域，如建 筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應用于多種場合，像育嬰房的溫度、水溫的控 制。用戶可靈活選擇本設計的用途，有很強的實用價值。 通過這次課程設計，讓我對溫度控制有了進一步的了解、鞏固和加深，并且對所 學知識的得以實際應用。 回顧起此次課程設計， 至今我仍感慨頗多， 的確， 從選題到定稿， 從理論到實踐， 在短短的三個星期的日子里， 可以說得是苦多于甜， 但是可以學到很多很多的的東西， 同時不僅可以鞏固以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知 識。通過這次溫度控制器的設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論 知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論， 從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 在此次溫度控制器的設計過程中，讓我了解到了現(xiàn)代電子產品的設計和工作原 理。以前在實際生活中看到的電子產品例如彩燈、交通燈、電磁爐、電飯煲等，就只 會用他們并不知道他們的工作原理， 通過這次課程設計對這些產品的原理有了深入的 了解。 同