哈工大自动控制原件课程设计.docVIP

Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 设计题目： 新型智能饮水机的设计 院 系： 航天学院 控制科学与工程系 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 马广程 设计时间： 2016.04—2016.05 哈尔滨工业大学 1.研制背景及意义 饮水机是采用瓶装水，桶装水或自来水经净化器净化作为水源，利用电能对其进行加热或制冷，一年四季提供常温水或热水的饮水电器，它作为一个相对独立的家用电器，基本满足了人们日常的饮水、泡茶、冲食即食食品以及调制冷饮的各种需要，伴随着人民生活水平的提高和桶装水的消费热潮，在国内迅速发展十多年，已广泛应用于家庭、办公室、学生宿舍等，我国饮水机保有量近亿台。 随着生活水平的提高，人们对于饮水机的要求也越来越高，各种新型饮水机不断被开发出来。目前市场上较新型的饮水机出来加热功能外，还可以制冷，满足了人们在炎炎夏日想要喝杯冰水的需要。但是有一些特殊场合，比如家里有婴儿、老人或者病人时，人们需要某一特定温度的水，目前市场上还没有这样一种可以由用户设定某一温度的饮水机。我们的设计思想是混合热水与冷水，通过控制热水与冷水的流量来控制混合水温，从而可以在短时间内迅速得到特定温度的水。 2.总体设计思路 该新型智能饮水机实现了对用户所得饮用水水温的精确控制，在0℃到100℃范围内，用户可以自行设定温度 。其主要功能模块包括液位控制模块,液位控制模块，混水部分的流量控制模块。 2.1.系统示意图： 2.2.控制器的选择 我们在以往设计中曾经用过STM32单片机和51单片机，因而我们的控制器在这两者之中进行选择。相比之下，STM32单片机速度更快，端口也更多，但是51单片机价格更加便宜，最小系统电路也更加简单。同时，本设计是一个调节系统，不要求太高的跟踪速度，51单片机可以满足本设计的要求，所以最终选择51单片机作为本系统的控制器。同时使用5V电源适配器对单片机供电。 2.3.工作流程图 3.具体选型及论证 3.1.液位控制 信号传输方向： 液位控制模块应用于所有的四个水箱中。当所有水箱均处于工作状态时，需要首先向温水水箱，热水水箱，冷水水箱三个水箱内进水，各水箱内控制原理相同。进入工作状态后，压力变送器立即开始工作，将测量得到的压力信号转变为电压信号，经A/D转换器转换为数字信号后输送给51单片机进行处理。 在51单片机中编写程序，对输入数字电压值与水量为500ml时对应的数字电压值进行比较。若测量电压值小于标准值，输出0；反之，输出1。再通过D/A转换器将输出的数字信号转换成模拟量，驱动继电器。当液位未达到预设值时，电磁阀始终处于开态，持续加水；当液位达到预设值时，继电器通电使常闭电磁阀与220V电压之间的开关断开，进水停止，液位将保持在预设值。与此同时，该12V模拟量驱动继电器控制温度调节模块的总开关闭合，进入温度调节阶段（加热/制冷）。 3.1.1压力变送器 1、装置： 压力传感器+模拟电压输出模块 2、传感器的选型： 我们的目的是实现对各水箱内的液位高度的控制，现阶段，将液位高度转换为电器 元件可处理信号的传感器有以下几种: ①直接接触式：浮球式，浮筒式，投入静压式，电容式，磁致伸缩式等 ②非接触式：光电式，声波式，称重式，压力式等 考虑到饮用水的安全卫生标准，不宜采用直接接触式传感器；由饮水机的工作场合与精度要求，排除光电式，声波式等几种易受干扰，对环境条件要求较高的非接触式传感器。最后我们选择了压力式传感器。 3、原理： 将电阻应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。 该压力传感器位于水箱底部，为一厚度很薄的铁片，此时所测为容器底部所受平均压力，而非总质量与其压敏部位面积比值，即压敏部位与底部所受压力相等。因此，应将水位为零时对应的电阻设为零位。压力传感器将所测压力转换为电阻值，与模拟电压输出模块相连，转化为连续的电压信号。 元件确定： ①压力传感器：电阻式薄膜压力传感器 信号转换：压力信号转换为电阻值。当水箱内无水时压力最小，