一种水温控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水温控制系统，包括：温度检测模块、数据处理模块、键盘输入模块、显示模块、下位控制器、通讯模块、上位控制器、开关模块和加热模块，温度检测模块实时检测实际水温将数据经数据处理模块后上传给下位控制器，键盘输入模块用于用户交互设置目标水温；显示模块，用于显示实际水温和目标水温；下位控制器将实际水温和目标水温数据上传给上位控制器，上位控制器根据实际水温和目标水温的温差，采用基于PID算法控制和PWM控制方式相结合，计算出控制信号经开关模块控制加热模块的通断，从而改变水温加热时间实现对水温的精确控制。本实用新型专利技术能够实现相对误差较小，精确度高，响应迅速，稳定性好，能源消耗少。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种水温控制系统，属于温度控制

技术介绍
水是人类生存与发展不可缺少的部分，而水温则是水的众多参数中极为重要的一个。随着科技的不断进步，工业生产和日常生活对水温有着极为严格的要求。在工业领域中，对水温的精确控制可以保证生产自动化的顺利进行。在日常生活中，人们可以自由设定水温，以达到自己的需求。由此可见，智能水温控制技术有着很好的应用前景和实用意义。水温控制就是为了使水温达到预期的要求，系统获取环境参数后，结合各种先进技术和科学算法，实现产品质量提高和生产安全的目的。目前，精密水温控制系统作为一种先进技术广泛应用在生产生活中，另外，控制的精确性决定了产品质量。单片机控制水的温度，有效地提高了控制能力，实现智能的目标。传统的水温控制性能不佳，甚至有不稳定、失控的现象。之所以会出现这种现象，是因为传统水温控制采用电阻限流方式，这一类的控制对象惯性较大，容易造成滞后。由于水温控制系统的控制对象具有热存储能力大，惯性也较大的特点。水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节。一般来说，热过程大多具有较大的滞后，它对任何信号的响应都会推迟一段时间，使输出与输入之间产生相移。对于这样一些存在大的滞后特性的过渡过程控制，一般来说可以采用以下几种控制方案：（1）输出开关量控制：对于惯性较大的过程可以简单地采用输出开关量控制的方法。这种方法通过比较给定值与被控参数的偏差来控制输出的状态：开关或者通断，因此控制过程十分简单，也容易实现。但由于输出控制量只有两种状态，使被控参数在两个方向上变化的速率均为最大，因此容易硬气反馈回路产生振荡，对自动控制系统会产生十分不利的影响，甚至会因为输出开关的频繁动作而不能满足系统对控制精度的要求。因此，这种控制方案一般在大惯性系统对控制精度和动态特性要求不高的情况下采用。（2）比例控制（P控制）比例控制的特点是控制器的输出与偏差成比例，输出量的大小与偏差之间有对应关系。当负荷变化时，抗干扰能力强，过渡时间短，但过程终了存在余差。因此它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、允许被控量在一定范围内变化的系统。使用时还应注意经过一段时间后需将累积误差消除。（3）比例积分控制（PI控制）由于比例积分控制的特点是控制器的输出与偏差的积分成比例，积分的作用使得过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。虽然加大比例度可以使稳定性提高，但又使过渡时间加长。因此，PI控制适用于滞后较小、负荷变化不大、被控量不允许有余差的控制系统，它是工程上使用最多、应用最广的一种控制方法。（4）比例积分加微分控制（PID控制）比例积分加微分控制的特点是微分的作用使控制器的输出与偏差变化的速度成正比例,它对克服对象的容量滞后有显著的效果。在比例基础上加上微分作用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消除余差。因此，PID控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。综上所述，PID控制方式为水温控制系统提供了一种新的解决方案。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水温控制系统，解决了现有技术中水温控制精确度和稳定性效果较差的技术问题。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是：一种水温控制系统，包括：温度检测模块，用于实时检测实际水温；数据处理模块，用于将实际水温数据进行数模转换处理；键盘输入模块，用于用户交互设置目标水温；显示模块，用于显示实际水温和目标水温；下位控制器，用于将实际水温和目标水温数据上传给上位控制器；通讯模块，用于实现下位控制器和上位控制器之间的通讯；上位控制器，用于根据实际水温和目标水温的温差计算出控制信号；开关模块，用于将控制信号转换为控制加热模块的通断信号；加热模块，用于加热水温。进一步的，所述上位控制器根据实际水温和目标水温的温差，采用基于PID算法控制的PWM控制方式计算出控制信号。进一步的，所述数据处理模块包括放大电路和模数转换电路。进一步的，所述放大电路采用LM234芯片，包括一级射级跟随器运放、二级反相比例求和运放和三级反相比例放大运放电路。进一步的，所述模数转换电路采用ADC0804芯片。进一步的，所述下位控制器采用AT89C2051系列的单片机，上位控制器采用AT89C51系列的单片机。进一步的，所述通讯模块为RS232接口通讯。进一步的，所述温度检测模块采用AD590系列的温度传感器。进一步的，所述开关模块包括双向可控硅继电器开关。进一步的，所述显示模块为数码管显示屏。进一步的，所述上位控制器还包括串口通讯模块，用于与电脑连接。与现有技术相比，本技术所达到的有益效果是：1、上位控制器根据实际水温和目标水温的温差，采用基于PID算法控制和PWM控制方式相结合，然后通过开关模块控制电炉的通断，从而改变水温加热时间实现对水温的精确控制，能够实现响应更加迅速，稳定性好，能源消耗少。2、采用键盘输入，数码管显示屏显示，可以实现观测温度的同时，还可以实现对温度的设置，方便用户观察和操作。3、微处理器控制模块采用AT89C2051、AT89C51系列的单片机，具有处理能力强、低功耗特点，能够节约能耗。4、温度传感器采集的信号经放大运放处理和模数转换处理，能够识别区分微小的信号量，提高水温的控制精确度，使相对误差较小，精确度更高。附图说明图1是本技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。如图1所示，一种水温控制系统，包括：温度检测模块，用于实时检测实际水温；数据处理模块，用于将实际水温数据进行数模转换处理；键盘输入模块，用于用户交互设置目标水温；显示模块，用于显示实际水温和目标水温；下位控制器，用于将实际水温和目标水温数据上传给上位控制器；通讯模块，用于实现下位控制器和上位控制器之间的通讯；上位控制器，用于根据实际水温和目标水温的温差计算出控制信号；开关模块，用于将控制信号转换为控制加热模块的通断信号；加热模块，用于加热水温。优选的，上位控制器根据实际水温和目标水温的温差，采用基于PID算法控制和PWM控制方式相结合，然后通过开关模块控制电炉的通断，从而改变水温加热时间实现对水温的精确控制，能够实现响应更加迅速，稳定性好，能源消耗少。进一步的，所述数据处理模块包括放大电路和模数转换电路。放大电路采用LM234芯片，包括一级射级跟随器运放、二级反相比例求和运放和三级反相比例放大运放电路，模数转换电路采用ADC0804芯片，转换频率快、精度高。水温控制系统能够识别区分微小的信号量，提高水温的控制精确度，使相对误差较小，精确度更高进一步的，所述下位控制器采用AT89C2051系列的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水温控制系统，其特征是，包括：温度检测模块，用于实时检测实际水温；数据处理模块，用于将实际水温数据进行数模转换处理；键盘输入模块，用于用户交互设置目标水温；显示模块，用于显示实际水温和目标水温；下位控制器，用于将实际水温和目标水温数据上传给上位控制器；通讯模块，用于实现下位控制器和上位控制器之间的通讯；上位控制器，用于根据实际水温和目标水温的温差计算出控制信号；开关模块，用于将控制信号转换为控制加热模块的通断信号；加热模块，用于加热水温。

【技术特征摘要】
1.一种水温控制系统，其特征是，包括：
温度检测模块，用于实时检测实际水温；
数据处理模块，用于将实际水温数据进行数模转换处理；
键盘输入模块，用于用户交互设置目标水温；
显示模块，用于显示实际水温和目标水温；
下位控制器，用于将实际水温和目标水温数据上传给上位控制器；
通讯模块，用于实现下位控制器和上位控制器之间的通讯；
上位控制器，用于根据实际水温和目标水温的温差计算出控制信号；
开关模块，用于将控制信号转换为控制加热模块的通断信号；
加热模块，用于加热水温。
2.根据权利要求1所述的一种水温控制系统，其特征是，所述上位控制器根据实际水温和目标水温的温差，采用基于PID算法控制的PWM控制方式计算出控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种水温控制系统，其特征是，所述数据处理模块包括放大电路和模数转换电路。
4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡力坚，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32