1、 1 测控测控系统系统课程设计课程设计 课程设计课程设计报告报告 题题 目目： 测控系统课程设计测控系统课程设计 专专 业：业： 班班 级：级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 2012 年年 1 月月 12 日日 2 一、一、 设计设计目的目的： 测控系统课程讲述的原理、技术仅靠教学是无法完全掌握和理解的，故必须 通过具体的实际动手设计才能获得比较直观和深刻的理解。 物体的许多物理现象 和化学性质都与温度有关，温度是工农业生产、科学实验研究以及日常生活中需 要普遍进行测量和控制的一个非常重要的物理量。 二、二、 设计内容：设计内容： 测控系统课程设计是集光、机、电、算一
2、体化的课程设计。本次课程设计该 系统通过温度传感器传输信号，该设定温度信号要求在 2555之间。系统要求 用户输入一个恒定温度值。当实际温度接近恒定温度时，控制器进行 P 调节、 PI 调节、 PID 调节或模糊调节、 神经网络调节、 遗传算法调节、 蚁群算法调节等， 调节器控制固态继电器的占空比，继电器再控制电加热器的电流。当温差越大， 则固态继电器占空比越高；频率越慢，则温度越低。 系统要求至少具备以下模块： 1、温度测量模块（如：热电阻，PT100、PT50，热电偶 K） ； 2、PID 调节模块(如：PLC 模块，单片机测控模块，模拟 PID 模块，仪表调节模块)； 3、电加热器模块；
3、 4、水箱模块（如：上水箱，下水箱等） ； 5、显示控制组态模块； 三、三、 设计设计要求：要求： 熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理；研究系统分别用 P、PI 调节 器时的阶跃响应、抗扰动作用，参数变换对系统性能的影响。 了解单片机编程控制器的模拟量输入/输出控制功能。通过对复合加热水箱 温度 PID 调节组态的使用，了解单片机编程及力控软件的组态方法。 熟悉用力控软件建立监控系统的整个过程； 掌握力控软件提供的一些基本功 能，如基本画面图素的绘制、图库元素的调用、动画连接的使用、程序命令语言 的使用与输入；学会用力控软件编制数字 P、PI、PID 算法，能够调节积分时间 常数、微分时间
4、常数、比例系数，以得到满意的控制效果。 四、四、 设计主要仪器设备：设计主要仪器设备： 计算机、组态软件、单片机、温度传感器检测变送模块、交流变频控制器、 3 电机、水泵、上下水箱、PID 调节器、AUTOCAD 软件等。 五、五、 课程设计理论基础及系统控制要求课程设计理论基础及系统控制要求 1.1.计算机部分。计算机部分。 计算机所设计的部分主要是通过使用组态软件来画出温度测控系统的概略 图，如图 1 图 1、组态设计结构图 2 2、传感器部分。、传感器部分。 温度传感器 温度测量通常采用热电阻元件（感温元件） 。它是利用金属导体的电 阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。 其电阻值
5、与温度间的关系式为 RtRt01+(t-t0) 式中 Rt温度为 t(如室温 20)时的电阻值； Rt0温度为 t0(通常为 0)时的电阻值； 电阻的温度系数。 可见， 由于温度的变化， 导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法 4 测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。 虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化， 但是它们并不都能 作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率 要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的 重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。 但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体 情况
6、，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件 PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者 AI 人工智能工业调 节器）将电阻值的变化转换为电压信号。 铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制造， 它具有很高的稳定性和耐震 动等特点，还具有较强的抗污染能力。 在 0650的温度范围内，铂电阻与温度的关系为 RtRt0(1+At+Bt +Ct ) 式中 Rt温度为 t(如室温 20)时的电阻值； Rt0温度为 t0(通常为 0)时的电阻值； A、 B、 C 是常数， 一般 A=3.90802*10 1/， B=-5.802*10 1/， C=-4.2735*10 1/。 Rt-t 的关系称为分度表，用分度号来表示。 3 3、单片机单片机部分。部分。 单片机控制部分包括芯片选择、A/D 转换电路、PID 算法、LED 显示、D/A 转换电路等部
