水温控制系统设计：计算机控制与接口技术详解

计算机控制及接口技术课程设计报告书详细介绍了自动化1001班学生章琴在2013-2014学年度第一学期的课程设计项目，主题是"水温控制系统的设计"。设计目标是构建一个能够精确控制水温的系统，其工作对象是一个具有滞后特性的电炉，单相交流供电。设计任务主要包括以下几个方面： 1. 电路设计： - 电路原理图需包含给定值输入、反应部分（可能包括PID控制器）、显示设备（如LCD）以及主电路，确保电路清晰地展示了温度设定、检测和控制流程。 2. 工作原理阐述： - 温度控制系统主要由微型机（通常是单片机）作为调节器，处理来自键盘输入或预设数学表达式的温度设定值，并通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号。热敏电阻用于实时监测温度，单稳态触发器则用于脉宽调制信号的生成。 3. 控制算法： - 采用PID（比例-积分-微分）控制算法，这是一种常见的工业控制策略，能有效减小静态误差，适应对象的一阶惯性环节和延迟环节特性。 4. 数字控制程序设计： - 需要设计闭环控制的程序框图，展示PID算法的具体执行过程，包括计算误差、积分项、微分项以及最终的输出控制信号，驱动加热丝以达到设定的温度。 5. 系统分析： - 系统设计包括单片机为核心，集成键盘输入、温度显示、功率控制等功能，通过硬件和软件的协同工作，形成完整的控制系统。 6. 局限与改进： - 虽然热敏电阻在低温度范围的线性性能不佳，但考虑到成本和精度需求，可以选择在特定温度范围内使用。对于更高级的应用，可能需要考虑使用更精确的传感器如热电偶。 本次课程设计不仅锻炼了学生的硬件设计与编程技能，还深入理解了PID控制理论在实际工业控制中的应用，以及如何通过计算机接口技术实现与被控对象的交互。