基于虚拟仪器的电热水器温度控制系统调压方案本科毕业设计论文Word下载.docx
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基于虚拟仪器的电热水器温度控制系统——调压方案
摘要
电热水器是指用电加热的热水器。
随着人民生活水平和环保安全意识的不断提高和我国电力工业的不断发展,电热水器越来越受到消费者的青睐,电热水器的使用得到不断普及。
目前,安全、节能、多功能、智能化是其主要发展方向。
本文采用美国NI公司的图形化编程语言LabVIEW8.2设计了一个基于增量PID算式的电热水器温度控制系统。
由热电阻Pt100采集到的热水温度信号通过调理电路转换为能被PCI-6221数据采集卡接受的0-10V的电压信号,然后通过板卡PCI-6221的模拟输入端AI0输入到计算机,在计算机上运行的LabVIEW程序对输入的数据进行分析处理后产生脉冲信号输出到PCI-6221的数字输出口P0.0上,去控制可控硅的通断,继而控制电热水器的加热过程。
关键词:
电热水器;
温度控制;
LabVIEW;
数据采集卡
VirtualDevice-BasedElectricWaterHeaterTemperatureControlSystem-PressureAdjustmentPlan
Abstract
Electricwaterheaterisawaterheaterusingelectricitytoheatwater.Currently,withimprovinglifeofpeople,people’senvironmentalprotectionandsafetyconsciousnessincreasinganddevelopingoftheelectricpowerindustryofChina,electricwaterheaterisbecomingmoreandmorepopularamongconsumersanditsuseispopularizingincreasingly.Currently,itsmaindevelopmentdirectionissafety,energyefficiency,multi-purposeandintelligence.
ThethesisdesignsaPIDalgorithmic-basedtemperaturecontrolsystemforelectricwaterheaterbyusingLabVIEW8.2.thetemperaturesignalthatiscollectedbyathermalresistancePt100isconvertedintothe0-10Vvoltagesignalwhichisacceptableforaboardthroughconditioningcircuit,whichisinputtedintoacomputerbyusingsimulativeinputportAI0oftheboardPCI-6221.TheLabVIEWprogramoperatingonthecomputergeneratesonepulsetobeoutputtedtothedigitaloutputportP0.0ofPCI-6221byanalyzingandprocessingtheinputteddatatocontroltheconnectionwithcontrollablesiliconchipandtofurthercontroltheheatingprocessofelectricwaterheater.
Keywords:
ElectricWaterHeater;
TemperatureControl;
DataAcquisition
第一章引言
一.1电热水器简介
热水器是一种可供洗手间、厨房、浴室使用的家用电器。
目前市场上热水器主要品种有电热水器、太阳能热水器、燃气热水器。
就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受天气原因的限制,使用范围狭窄;
燃气热水器由于以石油、天然气为燃料,而燃料供应量又难以满足人们日益增长的需求,且不利于环境;
而电热水器却具有无污染、安全、保温时间长、使用方便等优点,所以,随着人民生活水平的不断提高和我国电力工业的不断发展,电热水器越来越受到消费者的青睐,它的使用得到不断普及。
根据中国商业联合会前不久的统计,电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方面都已经超过了长期以来占有优势的燃气热水器。
该中心预计,在城市电网更大范围改造和城市住房市场大规模启动的带动下,今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长的势头。
一.2电热水器的分类
根据水流方式的不同,电热水器可分为储水式和即热式(快速式)两种类型。
储水式电热水器的优点是不必分室安装、不会产生有害气体、调温方便。
但是储水式热水器在使用前需要预热,一次使用的量有限。
同时,储水式热水器的体积较大、占用空间较多,不太适合面积小的家庭使用。
顾名思义,即热式电热水器就是利用电热管、电热棒、玻璃管或塑料管加热,即开即热,无需预热和保温。
从安全性方面看,即热式电热水器采用非金属加热体、水电隔离技术、漏电保护装置、接地保护等基本措施,使用安全系数比较高。
而在体积上由于没了水箱部分,外形可以设计得小巧精致,比较适合在小空间使用。
但是即热式电热水器的额定功率较高,一般需要5000瓦以上才能保证使用。
而按照水路控制方式的不同,电热水器还可以分为前制式和后制式。
前制式电热水器水温和水量的控制方式是靠装在冷水进口端(即前端)的冷水阀门进行控制的,在热水出口端不设置阀门。
而后制式电热水器则是靠装在热水出口的热水阀门来进行控制的,后制式电热水器具有安装和使用方便等优点,是电热水器的发展方向。
第二章电热水器温度控制方案选择与设计
随着人们生活质量的提高,人们对电热水器的要求逐渐趋于智能化和数字化。
安全、节能、多功能、智能化、数字化是其主要发展方向。
目前市面上的电热水器的智能温度控制系统主要有两种:
一种是基于单片机,还有一种是基于虚拟仪器。
二.1基于单片机的电热水器温度控制系统
目前最常用的基于单片机的电热水器温度自动调节电路是以AT89C2051单片机为核心的,由多谐振荡器、温度设定电路、单片机、设定温度显示电路、执行机构等几部分组成。
本系统的工作原理是:
如图2.1所示,接通电源后,多谐振荡器产生电脉冲由输入单片机,先使TR0=1,变为高电平后T0开始计数,变为低电平后停止计数,把计数值(TH0、TL0)与预先放置在“温度表”中的与一定的脉冲宽度对应的计数值(TH0、TL0的值)相比较就可转化为温度。
单片机的计数器Tl设定为8位常数自动装入工作方式,其初值TL1=255,每按一下按钮S,T1中断一次,计数值加1(计数初值为32H=20℃),超过99℃后自动恢复为20℃。
比较测得的水温与设定的温度,如果前者小于后者,则令P3.7输出低电平,三极管T3导通,通过光耦使T4也导通,继电器J得电,触点J闭合,电热丝接通对水加热,红色提示灯Dl亮;
如果前者大于后者则令P3.7输出高电平,T3、T4截止,继电器失电,触点J断开,停止加热,加热指示灯Dl不亮。
单片机通过从P1.0一P1.6输出段码,从P3.0、P3.1输出位码对设定的两位温度值进行循环扫描显示。
如果把从Tl输入的设定温度用的脉冲接入外部中断(P3.3)将引起中断,中断服务程序可对与水温对应的电脉冲宽度的计数值(TH0、TL0)进行测量并显示,记下其数值后便可制定“温度表”(与一定温度对应的TH0、TL0值并存放于程序存储器中的表),将“温度表”固化于程序存储器中,这样实现温度的自动测量与显示。
图2.1基于单片机的电热水器温度控制系统
由单片机构成的电热水器温度控制器具有多功能、安全、适用性强等特点,与同类的电热水器相比还具有节能的优点,因此将具有较强的竞争力。
二.2基于虚拟仪器的电热水器温度控制系统
另外一种电热水器温度智能控制系统是基于虚拟仪器的温度控制系统。
随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善,虚拟仪器因其强大的性价比优势得到了广泛的应用。
随着一些新的PC技术和数据采集技术逐渐应用到虚拟仪器中,虚拟仪器技术也有了一些新的进展。
“软件就是仪器”是虚拟仪器带
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