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参赛作品 智能恒温暖奶器
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云智优创
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发表于2017-06-19 15:48:56
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电梯直达
1. 参赛者姓名:佘春涛 一. 作品简介 智能恒温暖奶器由 调节模块 和 控制显示模块 以及 加热板 组成; 整机图:
功能参数: 额定电压:交流220V 额定功率:150W 额定频率:50Hz 温度误差:±1℃
模式: 暖奶器具有三个模式:恒温模式、智能加热模式和消毒模式; 1、 恒温模式:将水恒温到某个设定值,默认为50度;在恒温模式,数码管会显示当前温度。当处于加热状态时,数码管上方的圆点会闪烁。 2、 智能加热模式:智能加热模式用于加热从冰箱中拿出来的奶。系统会自动将水温加热到65度,然后再降到45度,最后恒温10分钟退出加热模式,进入恒温模式。 3、 消毒模式:持续加热,加热到90度以上15分钟或94度以上5分钟,然后自动回到恒温模式。 操作: 1、 设置恒温温度: 按动一次开关(数码管显示“—”),旋转旋钮进行调节,设置好温度后再按一次旋钮,设置生效,返回主界面。如果15秒钟无操作将返回主界面,设置值不生效。如下图所示:
2、 进入智能加热模式: 连续按2次旋钮,进入智能加热模式,数码管显示“=”。如果在加热过程中再按一次旋钮,会停止智能加热模式,回到恒温模式。
3、 消毒模式: 长按旋钮(2.5秒左右),进入消毒模式。如果在加热过程中按一次开关,会退出当前模式,进入恒温模式。在此模式必须将上盖盖上,注意高温烫伤。
效果1: 温度实时更新快
效果2: 光、暗环境下,视角不同时,数码管都能清晰显示
二 二. 系统框架图
三、 硬件部分描述 原理: 单片机控制继电器对加热板进行开关控制,进而进行加热控制;加热过程中实时监控温度变化,随时进行加热或断开控制(注意控制过程属于滞后控制,在软件算法上应该注意)。
调节模块:
控制显示模块:
控制显示部分是拼版打样的。
控制显示模块已经组装进模具中,且已打胶固定;
加热板: 加热板固定在整机模具中:
中间金属部分为加热板; 四。 材料清单 STM8S103K3T6C 旋转编码开关 SM7035P 继电器---乐松SRD-05VDC-SL-C MB6S 5631BH共阴0.56寸三位数码管 五. 软件部分描述 软件流程图如下图所示:
六. 作品演示 演示视频1: https://v.qq.com/x/page/n05385u7mvn.html 演示视频2: https://v.qq.com/x/page/b0538jrmaqj.html 演示视频3: https://v.qq.com/x/page/m054257vfbi.html 七. 总结 在此次的设计中,遇到了好些问题,在此做一下总结,以及贴出一些测试过程中数据: 1. 由于ADC精度问题,最终在计算阻值中加了25欧的补偿; 2. CPU 板上有个C4,使用的是10uF/10V,但发现会发出震荡噪声,最后去除; 3. 在实际测试中,发现在加热时,恒温值为30,当在32度停下来后,温度依然会升到35度,所以程序判温度上限时,直接判设定值就可以了。如果恒温值是30度,那么上线判大于30,下限判小于29; 4. 发现温度计变化会更快,加热时温度计的数值会高2度; 5. 烧干断电功能:硬件上加热板集成块中有热保险丝,过热熔断;软件上判据:继电器开启1分钟内,温度没有变化; 6. 智能加热模式测试-------加热过程中,瓶内的温度和瓶外的温度温升不能同步,恒温需要一定的时间来稳定。 恒温值为45度,需要温热的水为5度
--------------------------------割一下------------------------------------------ 今天对于大家关心的问题再详细说明下。 1.防干烧功能 暖奶器的防干烧有两种机制: 第一种是常用的热保险管。将保险管固定于ptc上面的金属片上,一旦超温,保险丝就会断路,不过这种保护措施最大的缺点是无法自恢复,保护后必须更换。
第二种是根据温度变化规律,通过程序来判断干烧,从而及时断开电源。 判断的基本逻辑是:当水快烧干时,只有ptc加热槽中还有一些水,传感器外已经没有水了,完全暴露于空气中,这时传感器所测温度为空气的温度,或者略高于空气温度,但这个温度基本是恒定的。而当暖奶器正常运行时,即使全是冷水,30秒钟内温度都会有所上升。所以根据这两个温度变化特性,我们总结出的判据是:如果水温没有达到设定值,如果此时处于加热状态,如果加热50秒后温度没有增加2℃及以上时,断开继电器,切断加热电源。
2、电气隔离问题 关于电气隔离的问题,唯一有可能漏电的是温度探头。 温度传感器主要由不锈钢外壳和内部热敏电阻组成。温度探头是全不锈钢,一体成型的。在安装时,探头下面有耐高温的硅胶圈,背面通过螺丝压紧,同时用硅胶密封,达到防漏水的作用。温度探头里面,传感器和外壳间是通过导热硅胶隔离的,1mm硅胶的交流绝缘能够达到6千-1万伏。同时,传感器外壳是接大地的,即使真出现漏电也可以保护。不仅如此,控制电路的220V供电线路上加有10R-1/4w保护电阻,电流一旦超过5mA就会烧断,所以当电路上出现短路,击穿,漏电等故障时,电阻马上会被烧断。通过这层层保护,保证用电安全。
3.恒温控制 恒温控制一般都会使用pid算法,温度控制属于滞后控制,如果精度和稳定性要求比较高,就需要使用PID算法进行控制,否则就会出现调节不及时或过调等现象。温度波动大。 PID公式:u(t) = kp * e(t) + ki * [e(1) + e(2) + ....+ e(t)] + kd * [e(t) - e(t-1)] e(t):为第t时刻的温度偏差值; Kp主要决定控制输出的比例; ki属于积分项,主要用于在稳定状态下的调整;积分项对误差的作用取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。 Kd为微分项,具有超前调节的作用,在滞后控制系统中起着关键作用。在温度即将发生变化时提前进行调整。 kp,ki,kd是三个整定值,需要通过实验确定。 但是暖奶器因为使用的是继电器来控制加热输出,所以没办法线性调节,也不能让继电器平凡动作。所以我们采用PID的理念,同时融入间隔加热的算法。暖奶器的热传递是通过ptc发热,到暖奶器中的水,再到温度传感器,每一个热传递都需要几秒甚至10-20秒的时间,所以这个过程很漫长。不仅如此,在温度传递到传感器以后,处理器发出停止加热的指令后,由于ptc周围的金属件具有储能的作用,在停止加热后,温度依然会继续增加。通过不断实验,最终我们增加了间隔加热的控制方法,在温度达到设定温度正负1度的范围内,每加热20秒,就停止加热20秒,20秒的时间也是通过实验得到的,最终能把水温控制到±1℃的范围内,效果还是很满意的。 间隔加热表面上听起来很简单,但实际实现过程却没有这么容易,既要考虑到从冷水快速加热到热水的实际要尽量短,当达到设定温度后要非常的温度。对采样值的滤波,对温度传递滞后性的算法,对继电器操作次数的控制等等。 下面补充一个视频,时长有10分钟,感兴趣的朋友可以看看。这是一个恒温到加热到恒温的过程,恒温温度设定为46℃,。视频一开始测试人员按了下旋钮,LED显示“46-”,这是显示的恒温设定温度。然后返回到恒温模式,此时暖奶器已经恒温到46度了,然后温度下降到45度,然后继电器动作开始加热,然后再次达到46度恒温,温度误差只有1度。 视频链接: https://v.qq.com/x/page/m054257vfbi.html |
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立创君
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发表于2017-06-20 09:24:32
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>楼主已完成主动传播,恭喜再获5分。 >参赛选手分值统计表及活动详细介绍见:http://www.szlcsc.com/go/17523dej >报名成功后只需在朋友圈发布特定的图文内容即视为主动传播,这就是传说中的“送分题”,详询立创君微信号:LCSCSZ。 立创商城:SZLCSC.COM;Global Website:LCSC.COM。
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立创君
【官方工作人员】
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发表于2017-08-04 11:38:05
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期待楼主的演示视频
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