水温自动控制系统
基于单片机的水温水位控制系统设计
四、结论
基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有结构简单、成本低、可靠性 高等优点。通过实时监测和控制水箱的水位和水温，可以满足不同用户的需求。 此外，通过优化系统的硬件设计和软件设计，可以进一步提高系统的性能和可靠 性。这种系统不仅可以应用于家庭用水领域，也可以应用于工业生产中的液体控 制，具有广泛的应用前景。
1、抗干扰设计
由于环境因素和设备本身的影响，系统可能会受到干扰。因此，需要在硬件 设计和软件设计中加入抗干扰措施，如滤波电路、软件去抖动等。
2、节能设计
为了降低系统的功耗，可以在软件设计中加入休眠模式和唤醒模式。当系统 不需要工作时，可以进入休眠模式，降低功耗。当有数据需要处理时，系统被唤 醒，进入工作状态。
2、软件设计
系统的软件设计主要实现以下功能：数据的采集、处理、显示和控制。首先， 单片机通过水位传感器和水温传感器采集当前的水位和水温数据。然后，单片机 对采集到的数据进行处理，判断水位和水温是否正常。如果异常，则启动相应的 执行机构进行调节。最后，单片机将处理后的数据通过显示模块进行显示。
三、系统优化
六、结论
本次演示设计了一种基于单片机的水温水位控制系统，实现了温度和水位的 自动检测、调节和控制。该系统具有成本低、可靠性高、易于实现等优点，同时 支持远程控制和节能模式等功能。在家庭、工业和科学研究中具有广泛的应用前 景。
参考自动化技术的普及，智能化设备在日常生活和工业生产中 的应用越来越广泛。其中，基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有重要 应用价值。这种系统可以实现对水箱水位和水温的实时监测和控制，以适应不同 的应用需求。
系统软件采用C语言编写，主要包括以下几个部分：数据采集、数据处理、 控制输出和远程通信。
1、数据采集：通过I/O端口读取DS18B20和超声波水位传感器的数据。
水温控制系统设计与报告总结
水温控制系统摘要：本系统以MSP430F149超低功耗MCU为核心,以DS18B20为温度传感器进行温度检测，采用电热棒进行加热。
该控制系统可根据设定的温度，通过PID算法调节和控制PWM波的输出，控制电磁继电器的通断时间从而控制水温的自动调节。
该系统主要包括MSP430F149单片机控制器模块、DS18B20测温模块、键盘模块、继电器控制模块及LCD12864液晶显示模块等构成。
具有电路结构简单、程序简短、系统可靠性高、操作简便等特点。
关键词：MSP430 DS18B20 PID算法PWM LCD12864目录一、任务及要求 (1)1.1设计任务 (1)1.2要求 (1)1.2.1基本要求 (1)1.2.2发挥部分 (1)二、方案设计与论证 (2)2.1 温度检测电路方案选择 (2)2.2显示电路的方案选择 (2)2.3加热和控制方案选择 (2)2.4控制算法选择与论证 (3)三、系统硬件电路设计 (3)3.1系统结构框图 (3)3.2控制器模块 (3)3.3温度检测电路设计 (4)3.4加热控制电路设计 (5)3.5键盘及显示电路设计 (5)3.6电源电路设计 (6)四、软件设计 (6)4.1 PID算法设计 (6)4.2程序流程图 (8)4.2.1主程序框图 (8)4.2.2 LCD12864程序流程图 (9)4.2.3 PID程序流程图 (10)4.2.4 DS18B20水温检测程序流程图 (11)五、系统测试及分析 (12)5.1系统调试 (12)5.1.1控制模块的调试 (12)5.1.2 温度检测模块 (12)5.1.3 继电器的检测 (12)5.2测试结果及分析 (12)5.2.1测试仪器 (12)5.2.2测试方法 (13)5.2.3测试结果 (13)六、设计总结 (14)七、附录 (15)附录1 仪表器件清单 (15)附录2 水温控制系统原理图 (16)附录3 程序设计 (17)一、任务及要求1.1设计任务该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算输出控制加热装置以实现水温控制的全过程。
基于单片机的水温控制系统设计
基于单片机的水温控制系统设计引言在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。
利用 AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。
单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED 显示器上。
该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
本设计任务和主要内容设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。
水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。
本设计主要内容如下：（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。
（2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。
（3）用十进制数码管显示水的实际温度。
（4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。
（5）温度控制的静态误差≤0.2℃。
系统主要硬件电路设计单片机控制系统原理框图温度采样电路选用传感器AD590。
其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃。
此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。
系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。
信号采集电路温度控制电路此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成。
MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。
100Ω电阻与0.01uF 电容组成双向可控硅保护电路。
部分控制电路系统主程序设计主程序流程图。
水温控制系统stm32实验报告
水温控制系统stm32实验报告设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，容器为搪瓷器皿(其他容器也可)。
水温可以在一定范围内设定，并能实现在10℃-70℃量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。
要求(1)可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1℃；(2)可以测量并显示水的实际温度。
温度测量误差在+0.5℃内；(3)水温控制系统应具有全量程(10℃-70℃)内的升温、降温功能(降温可用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器)；(4)在全量程内任意设定一个温度值(例如起始温度+15℃内)，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。
控制的最大动态误差<+4℃，静态误差<+1℃，系统达到稳态的时间<15min(最少两个波动周期)。
人机交互模块的设计温度控制系统经常是用来保证温度的变化稳点或按照某种规律进行变化。
但是通常温度具有惯性大，滞后性严重的特点，所以很难建立很好的数学模型。
所以在本次实验中我们采用了性能高又经济的搭载ARM Cortex-M内核的STM32F429的单片机作为它的微控制处理器。
人机交互模块主要是有普通的按键和一块彩色液晶屏幕所组成。
该实验中采用的是模糊的PID 算法，完成对系统的设计。
温度检测模块的设计传统的测温元件有热电偶，热敏电阻还有一些输出模拟信号的温度传感器。
但这些元件都需要较多的外部元件的支持。
电路复杂，制作成本高。
因此在本次实验中我们采用了美国DALLAS半岛公司推出的一款改进型的智能温度传感器 DS18B20。
此温度传感器读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示更加智能化。
温度检测模块是以DS18B20温度传感器作为核心，将测量的温度信号传递给STM32单片机芯片进行温度的实时检测，并通过数码管显示。
基于单片机的水温控制系统性能分析与改进
基于单片机的水温控制系统性能分析与改进水温控制系统是一种常见的自动化控制系统，它主要用于控制水温在一定范围内进行调节。
本文将对基于单片机的水温控制系统的性能进行分析，并提出改进措施。
一、水温控制系统的性能分析1. 系统稳定性：水温控制系统的稳定性是指系统在不受外界干扰的情况下，能够保持水温在设定的目标温度附近波动较小。
稳定性是评价系统性能的重要指标，直接影响到系统的可靠性和精度。
2. 响应速度：水温控制系统的响应速度是指系统从接收到温度控制信号到实际水温达到设定温度的时间。
响应速度快的系统可以更快地调节水温，提高系统的控制精度和效率。
3. 控制精度：水温控制系统的控制精度是指系统达到设定目标温度的能力。
控制精度越高，系统对温度的控制越准确。
4. 抗干扰能力：水温控制系统在工作过程中可能会受到环境干扰或外部干扰的影响，如温度突然变化、电磁干扰等。
抗干扰能力较强的系统能够在干扰发生后快速恢复正常工作状态。
5. 能耗：水温控制系统在实际使用中需要消耗一定的能量。
合理降低系统的能耗，提高能源利用效率，具有重要的经济和环境意义。
二、改进措施1. 优化控制算法：通过改进控制算法，如PID控制算法，可以提高系统的稳定性和控制精度。
可以采用实时监测温度信号并与设定温度进行比较，通过反馈调整控制器的输出信号，实现对水温的精确控制。
2. 采用更精准的传感器：传感器是水温控制系统的关键组成部分，准确的温度传感器可以提供更精确的温度测量值，提高系统的控制精度。
可以考虑采用高精度的温度传感器，如PT100电阻式温度传感器。
3. 优化控制回路结构：通过合理设计控制回路结构，减小回路中潜在的干扰源和误差源，提高系统的稳定性和抗干扰能力。
可以采用差分放大器、滤波器等措施来减少信号干扰。
4. 使用高效的加热元件：加热元件是水温控制系统的核心部分，选用高效的加热元件可以提高系统的响应速度和控制精度。
比如采用电热棒或者电热管作为加热元件，可以快速将电能转化为热能，提高加热速度。
基于单片机的温度控制系统设计
基于51单片机的水温自动控制系统沈统摘要：在现代化的工业生产中，温度是常用的测量机被控参数。
本水温控制系统采用AT89C51为核心控制器件，实现对水温在30℃到96℃的自动控制。
由精密摄氏温度传感器LM35D构成前置信号采集和调理电路，过零检测双向可控硅输出光电耦合器MOC3041构成后向控制电路，由74LS164和LED数码管构成两位静态显示用于显示实时温度值。
关键词：89C51单片机；LM35D温度传感器；ADC0809；MOC3041光电藕耦合器；水温自动控制0 引言在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。
而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。
本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。
本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。
1 设计任务、要求和技术指标1.1任务设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。
1.2要求（1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。
（2）当液位低于某一值时，停止加热。
（3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。
（4）无竞争-冒险，无抖动。
1.3技术指标（1）温度显示误差不超过1℃。
（2）温度显示范围为0℃—99℃。
（3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。
（4）检测信号为电压信号。
2 方案分析与论证2.1主控系统分析与论证根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。
其引脚图如图1所示。
2.2显示系统分析与论证显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。
在显示驱动电路中拟订了两种设计方案：方案一：采用静态显示的方案采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。
温度自动控制系统(1)
温度自动控制系统简介温度自动控制系统是一种利用现代控制技术对环境温度进行自动调节的系统。
它通过感知环境温度，并根据设定的温度范围自动调节控制器来实现温度的自动控制。
构成温度自动控制系统主要由以下几个部分构成：1. 温度感知器温度感知器是一种能够感知环境温度的传感器。
常见的温度感知器有热敏电阻、热电偶和红外线温度传感器等。
它们能够将温度转化为电信号，供控制器进行处理。
2. 控制器控制器是温度自动控制系统的核心组件，负责接收来自温度感知器的温度信号，并根据设定的温度范围进行判断和控制。
控制器通常采用微处理器或微控制器实现，它可以根据信号进行计算和判断，并控制执行器的工作状态。
3. 执行器执行器是根据控制器的指令来执行相应动作的设备。
在温度自动控制系统中，执行器通常是一种能够调节环境温度的设备，例如电加热器、冷却风扇或空调系统等。
控制器会根据当前温度与设定温度的差值，发送信号给执行器，以调整环境温度。
4. 电源电源是为整个温度自动控制系统提供电能的设备。
温度自动控制系统通常使用直流电源，以保证稳定可靠的供电。
工作原理温度自动控制系统的工作原理可以简要描述如下：1.温度感知器感知环境温度，并将温度信息转化为电信号。
2.控制器从温度感知器接收到温度信号，并判断当前温度是否在设定的温度范围内。
3.如果当前温度在设定的温度范围内，控制器不做任何动作。
4.如果当前温度超过设定的温度范围上限，控制器会发送信号给执行器，使其启动冷却设备，以降低温度。
5.如果当前温度低于设定的温度范围下限，控制器会发送信号给执行器，使其启动加热设备，以提高温度。
6.控制器会定期检测温度，并根据需要调整执行器的工作状态，以保持环境温度在设定范围内。
应用领域温度自动控制系统在许多领域都有广泛应用，下面是几个常见的应用领域：1. 家庭空调系统家庭空调系统是最常见的应用之一。
温度自动控制系统可以根据家庭成员的需求，自动调节空调的工作状态，以保持室内温度在舒适范围内。
水温自动控制系统原理
水温自动控制系统的原理是利用温度传感器对水箱内的水温进行实时监测，并将监测到的温度信号传输到控制模块。
控制模块根据预设的温度值和实际水温的差异，通过调节加热或制冷设备的运行状态，实现对水温的精确控制。
具体来说，水温自动控制系统的工作流程如下：温度传感器：这是系统的核心部件，用于感测水箱内的温度。
常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶等。
控制模块：这是系统的“大脑”，接收并处理温度传感器的信号，然后根据预设的温度值和实际水温的差异，输出控制信号。
常见的控制模块有微控制器、PLC等。
加热/制冷设备：这是系统的执行部件，根据控制模块的信号调节水温。
常见的加热设备有电加热棒、燃气热水器等，制冷设备有压缩机制冷机等。
显示部件：这是系统的可视化部分，用于显示当前的水温、预设温度等信息，方便用户操作和查看。
常见的显示部件有显示屏、数码管等。
报警装置：当实际水温超过预设的温度范围时，系统会触发报警装置，提醒用户及时处理。
常见的报警装置有蜂鸣器、LED灯等。
水温自动控制系统能够实现对水温的精确控制，适用于各种需要恒定水温的场合，如游泳池、工业用水等。
同时，由于系统能够实时监测水温并具有报警功能，大大降低了因水温异常而引发的安全事故。
DS18B20水温控制系统+电路图程序
水温控制系统摘要：该水温控制系统采用单片机进行温度实时采集与控制。
温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供，DS18B20在-10～+85°C范围内, 固有测温分辨率为0.5 ℃。
水温实时控制采用继电器控制电热丝和风扇进行升温、降温控制。
系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。
关键字： AT89C51 DS18B20 水温控制Abstract: This water temperature control system uses the Single Chip Microcomputer to carry on temperature real-time gathering and controling. DS18B20, digitized temperature sensor, provides the temperature signal by "a main line". In -10～+85℃the scope, DS18B20’s inherent measuring accuracy is 0.5 ℃. The water temperature real-time control system uses the electricity nichrome wire carring on temperature increiseament and operates the electric fan to realize the temperature decrease control. The system has the higher measuring accuracy and the control precision, it also can complete the elevation of temperature and the temperature decrease control.Key Words:AT89C51 DS18B20 Water temperature control目录1. 系统方案选择和论证 (2)1.1 题目要求 (2)1.1.1 基本要求 (2)1.1.2 发挥部分 (2)1.1.3 说明 (2)1.2 系统基本方案 (2)1.2.1 各模块电路的方案选择及论证 (2)1.2.2 系统各模块的最终方案 (5)2. 硬件设计与实现 (6)2.1系统硬件模块关系 (6)2.2 主要单元电路的设计 (6)2.2.1 温度采集部分设计 (6)2.2.2 加热控制部分 (8)2.2.3 键盘、显示、控制器部分 (8)3. 系统软件设计 (10)3.1 读取DS18B20温度模块子程序 (10)3.2 数据处理子程序 (10)3.3 键盘扫描子程序 (12)3.4 主程序流程图 (13)4. 系统测试 (14)4.1 静态温度测试 (14)4.2动态温控测量 (14)4.3结果分析 (14)附录1：产品使用说明 (15)附录2：元件清单 (15)附录3：系统硬件原理图 (16)附录4：软件程序清单 (17)参考文献 (26)1.系统方案选择和论证1.1题目要求设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1L净水，容器为搪瓷器皿。
游泳池水温控制系统
第1章绪论游泳池温度及其液位报警控制，在游泳池控制中占有非常重要的地位。
将模糊控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。
1.1 课题背景模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）简称模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。
1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。
1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。
这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。
传统的自动控制，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型（如微分方程、传递函数或状态方程）的基础上，但是在实际工业生产中，影响系统的因素很多，十分复杂。
建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。
这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大，模糊控制不用建立精确的数学模型，根据实际系统的输入输出的结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制，并能取得良好的控制效果。
模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴，模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。
模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力，然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。
近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。
其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面[1] [2]。
水温控制在游泳池控制中是最为重要的，单水温控制过程中存在着很大的时滞性和很强的干扰。
采用一般的控制方法如PID控制，都不能很好地满足要求。
水温自动调节器原理
水温自动调节器原理
水温自动调节器主要通过感知水温的变化，控制加热或降温设备的启停来实现对水温的自动调节。
其工作原理如下：
1. 温度感知：水温自动调节器通过传感器等装置感知水温的变化。
传感器通常安装在水箱或水管上，能够实时感知到水温。
2. 数据传输：传感器将感知到的温度数据传输给主控单元。
传输方式可以是有线或无线的，取决于调节器的设计。
3. 温度比较：主控单元将感知到的水温与设定的目标温度进行比较。
设定的目标温度可以通过调节器上的控制按钮或面板来设置。
4. 控制输出：根据温度比较结果，主控单元决定是否启动加热或降温设备。
如果水温低于目标温度，主控单元会启动加热设备，如加热器；如果水温高于目标温度，主控单元会启动降温设备，如风扇或制冷装置。
5. 反馈控制：主控单元会监测加热或降温设备的工作状态，并根据反馈信号进行调节。
如果温度接近目标温度，主控单元会逐渐减小加热或降温设备的功率，以避免温度过高或过低。
通过以上的工作原理，水温自动调节器能够实现对水温的自动控制，确保水温保持在设定的合适范围内，提高使用者的舒适度，并节省能源消耗。
水温控制系统
水温控制系统摘要该设计要完成的是水温控制系统的设计，实现满足题目要求的水温实时控制系统的测量。
主要运用了模拟电子技术基础中的比例放大器、电压比较器、二极管等知识。
外界温度通过温度传感器LM35转换为模拟信号，经过放大器放大十倍后用比较器与基准电压比较，从而控制加热电路的通断，实现对水温的控制。
该设计实现了温度的测量和水温的控制，使得当水温高于设定的温度时停止加热，低于给定温度时开始加热，做到了实时控制，具有良好的应用性。
关键词：比例放大器；温度传感器；电压比较器；继电器目录1 前言.................................................................... １2 统设计原理............................................................... １2.1 水温控制的基本思路................................................. １2.2 水温控制原理....................................................... ２3 设计方案与认证.......................................................... ２3.1 总体设计方案....................................................... ２3.2各部分电路方案认证.................................................. ２3.2.1温度传感器..................................................... ２3.2.2 比例放大器................................................... ４3.2.3 电压比较器.................................................... ６3.2.4 继电器........................................................ ７3.2.5 加热部分...................................................... ９4 电路的仿真与调试....................................................... １０4.1 电路的仿真....................................................... １０4.2电路的调试........................................................ １０5 电路的特点及改进....................................................... １０6 课程设计总结及心得体会................................................. １１参考文献.................................................................. １2 附录Ⅰ元件清单.......................................................... １3 附录Ⅱ整体电路图......................................................... １4第一章前言在日常生活中通过水温控制来给人们带来舒适的，方便的生活同，例如刚在外工作回家的男人一定会很疲倦了，如果能够洗个热水澡，那真是非常好的事情了，这样能够让一天的疲惫随着温热的流水带走了，家庭言主妇为家人煮一个热喷喷的汤水，煮好以后就这样放着也会变凉的，如何保持温的恒定呢？这就需要水温控制系统了。
水温自动控制系统毕业设计论文
水温自动控制系统毕业设计论文摘要本文设计了一种水温自动控制系统，用于控制水温自动调节和保持。
该系统基于单片机控制技术，具有灵活、精度高、稳定性好等优点，并且适用于各种大中小型水族箱的水温控制。
首先，本文分析了水温控制系统的原理和工作原理，讨论了其执行机理和功能。
其次，通过阐述硬件设计，包括测温原理、传感器选择、控制器密度和其他电路部分等。
在软件设计方面，本文采用C语言编程，实现了自动监测水温变化、自动开关附加加热器和调整温度等功能，并且采取多重保护措施，保证了该系统的安全性和稳定性。
最后，本文通过实验验证了该系统的可行性和实用性，在保证了水族箱内水体温度稳定的基础上，实现了节能和自动化控制的优势，为水族箱饲养提供了一定的实用性支持。
关键词：水温自动控制；水温计；单片机；附加加热器；C语言编程；节能。
AbstractThis paper designs a water temperature automatic control systemfor automatic regulation and maintenance of water temperature. Based on the single-chip control technology, the system has the advantages of flexibility, high accuracy and good stability, and is suitable for controlling the water temperature of various large,medium and small aquariums.Firstly, the principle and working principle of the water temperature control system are analyzed, and its executing mechanism and function are discussed. Secondly, by elaborating on hardware design, including temperature measurement principle, sensor selection, controller density and other circuit parts, and in software design, the paper adopts C language programming to achieve automatic monitoring of water temperature changes, automatic switching of additional heaters and adjusting temperatures, and takes multiple protection measures to ensure the safety and stability of the system.Finally, the feasibility and practicality of the system are verified through experiments, which has the advantages of energy saving and automatic control, and provides practical support for the breeding of aquariums by ensuring the stability of water temperature.Keywords：water temperature automatic control；thermometer；single-chip；additional heater；C language programming；energy saving.。
水温控制系统设计大学毕设论文
水温控制系统目录1.系统的设计及方案论证 (2)1.1题目要求 (2)1.1.1基本要求 (2)1.1.2 发挥部分 (2)1.2 系统的基本方案 (2)1.2.1 各模块的选择和论证 (2)1.3系统各模块的最终方案 (3)2.系统的硬件设计与实现 (4)2.1系统的硬件的基本组成部分 (4)2.1.1 部分外部电路设计 (4)2.2.2 测温部分电路设计 (5)2.2.3 控制部分 (6)2.2.4 显示部分 (6)3.程序设计 (7)4.对电路进行测试 (7)4.1 继电器测试 (7)4.2 DS18B20测试 (7)4.3显示数码管测试 (8)5.系统测试 (8)5.1 测试环境 (8)5.2 测试方法 (8)6.系统误差分析 (8)7.参考文献 (8)附录A (9)附录B (9)文摘：为了实现高精度的水温控制，本文介绍了一种以STC89C52单片机为控制核心、以及辅助元件相结合的控制方法来实现的水温控制系统。
文章着重介绍核心器件的选择、控制算法的确定、各部份电路及软件的设计。
STC89C52单片机完善的内部结构、优良的性能和强大的中断处理能力，决定了该控制系统的特点：电路结构简单、程序简短、系统可靠性高等。
本次设计还充分利用了STC89C52单片机成熟的语音处理技术来实现了语音播报温度。
1.系统的设计及方案论证1.1题目要求1.1.1基本要求该系统为一实验系统，系统设计任务：设计一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。
水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。
系统设计具体要求：⑴温度设定范围为30～90℃。
⑵环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。
⑶采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。
⑷用十进制数码管显示水的实际温度。
⑸在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，led报警1.1.2 发挥部分A.我们在基于十进制数码管显示水的实际温度的同时我们显示设定的温度方便比较。
基于单片机控制的水温自动控制系统
开发研究基于单片机控制的水温自动控制系统张华峰赵鑫王禹赫(哈尔滨华德学院，黑龙江哈尔滨150060)摘要：阐述了一种基于51单片机控制的水温自动 控制系统，并采用了温度传感器,硅光电加热装置等电子元件，整套系统流程为温度检测并于数码管显示出可见温度数值，再定出温度段并由加热或冷却系统进行自动温度调节，可调控范围在室温到100七之间，静 态误差小于0.2七。
主要思路为先定下温度检测与加热的计算算法然后再考虑系统单片机编程，确定好硬 件设备和软件辅助功能，最终实现系统的正常运行。
关键词:单片机；自动控制；水温即将进入21世纪20年代，人民生活逐渐富足，智能化深入人心,科技飞速发展,而更多的生产生活方面对智能 化的需求量越来越多,加热炉、热反应堆、锅炉等需要加热装置进行温度调控,简单和灵活性大等特点,而且还能大幅度提升被控温度的技术指标，提高产品的质量与数量。
现今温度控制与水温自动化领域正在逐渐成熟，多家平台都相应开展研究以更好地投入生产领域，让人类和工业发展能拥有更好的效率，温度测量自动控制这项研究也在向全球化发展进步。
本套系统主要以51单片为主要控制核心，基于单片机控制并可以通过数码管显示温度情况，本系统的核心是控制算法和加热方法的确定。
控制算法主要有PID 控制算法、大林算法、模糊算法以及分段拟合等。
通过改变调节器参数运用PID 算法改变调节器参数。
图1控制系统如图］所示,PID 控制算法的控制过程如下:首先计算控制量的增量，为采样时刻的偏差信号，分别为比例系数、积分系数和微分系数加快,系统的稳态误差减小但振荡次数会 加多,系统的调节时间加长,积分控制使系统的稳定性下降能消除稳态误差提高系统的控制精度,微分控制可以改善动态特性对偏差的变化趋势进行超前调整，从而可以有效地提 高系统的动态性能,加大阻尼减小超调量,该方案理论成熟但是实际实现卿较为复杂,而且比例、积分、微分3个控 作者简介：张华峰(1997-),男，黑龙江绥化人,本科在读， 研究方向：机械电子工程。
水温自动平衡速度
水温自动平衡速度在日常生活中，我们经常会遇到需要用到水的场景，比如洗澡、做饭、洗衣等等。
而对于这些需要用到水的场景来说，水温的控制就显得尤为重要。
如果水温过高或过低，都会给我们带来不便和不舒适的感受。
因此，水温的自动平衡速度就成为一个需要关注的问题。
我们来了解一下水温自动平衡的原理。
水温自动平衡是通过智能控制系统实现的。
这个系统会根据水温的变化情况，自动调节水温，使其保持在一个合适的范围内。
当水温过高时，系统会自动减少热水的供应量，以降低水温；当水温过低时，系统会自动增加热水的供应量，以提高水温。
通过这种方式，系统可以实现水温的自动平衡。
那么，水温自动平衡的速度又是如何确定的呢？水温自动平衡的速度取决于系统的响应时间和调节方式。
系统的响应时间越短，水温的自动平衡速度就越快。
而调节方式则根据实际情况来确定，可以是逐渐调节、渐变调节或者突变调节等等。
不同的调节方式会影响水温自动平衡的速度。
在实际应用中，水温自动平衡的速度需要根据具体情况来进行调整。
比如在洗澡的场景中，我们希望水温能够尽快达到设定的温度，这就要求系统的响应时间要尽可能短，以提高水温自动平衡的速度。
而在做饭的场景中，我们则更加注重水温的稳定性，这就要求系统的调节方式要更加平缓，以保持水温的稳定。
除了响应时间和调节方式，水温自动平衡的速度还受到一些其他因素的影响。
比如水的流量、水的温差以及系统的稳定性等等。
水的流量越大，温差越大，系统的稳定性越低，水温自动平衡的速度就会越慢。
因此，在设计和选择水温自动平衡系统时，需要综合考虑这些因素，以实现一个合理的水温自动平衡速度。
总结一下，水温自动平衡速度是通过智能控制系统实现的。
它取决于系统的响应时间、调节方式以及其他一些因素。
在实际应用中，需要根据具体情况来进行调整，以达到一个合理的水温自动平衡速度。
通过合理的设计和选择，我们可以实现一个快速、稳定的水温自动平衡系统，为我们的生活带来更多的便利和舒适。
智能化水温控制系统
智能化水温控制系统水温控制系统摘要现如今，人们的生活越来越强调智能化以及低碳化，不单是智能化还是低碳化，生活在人们都希望冀望自己的电器越来越智能，即能按照人们的意愿，低功耗的达致功能。
水温控制作为人们生活以及工业的重要组成部分，能否实现智能化以及低功耗化十分相当重要。
水温控制系统以STC89C51作为次要的温度控制系统，将DS18B20作为温度感应器，可直接反馈数字量的温度信息并可以调节初速精度；以连接器继电器以及螺旋加热管作为加热模块；以发光二级管以及蜂鸣器作为声光告警装置；以数码管作为温度显示模块。
程序上利用PID调节算法，多次可调其中参数，使得温度控制更加精确。
该系统具有简单、成本低、质量安全可靠的特点。
相信无论是在生活还是生产中都会有的应用前景。
关键词智能化温度控制STC89C51DS18B20PID调节算法一．任务以及要求设计并制作一个水温自动控制系统，水温可以在一定范围内由人工设定，可以实现自动报警功能。
1.基本内容如下：（1）温度设定范围为：40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。
（2）环境温度降低时温度控制的相对湿度静态误差≤1℃。
（3）用10进制数码管显示水的实际温度。
2.发挥要求：（1）温度控制范围扩大，最小区分度减小。
（2）温度控制的静态误差≤0.2℃。
（3）特色与创新。
二．方案设计及其论证水温的控制，必须先精确地攫取温度，所以温度传感器的选择就非常重要。
通常，湿度所测量的是模拟量，模拟量的转换包括到A/D的转换。
温度传感器把温度传送给处理器核心，处理器核心经过分析，判断是否满足处理的条件，进行相关的处理。
数项可实现的动作除此以外以下几项：达到设定温度，进行声光报警；温度低，进行加热处理。
气压其中温度的设定就要利用到键盘。
声光报警就用到发光二级管以及蜂鸣器。
经以上分析，可以将温度控制系统分为一般而言以下几个模块：1.温度传感器温度传感器应具有精度接收器额外高、处理速度足够快、体积小等特点。
基于单片机的水温控制系统设计任务书
主题：基于单片机的水温控制系统设计任务书任务目的：设计并实现一个基于单片机的水温控制系统，该系统能够监测水温并根据设定的温度范围进行自动控制，保持水温稳定在设定范围内。
任务内容：1. 系统硬件设计1.1 选择合适的单片机芯片，考虑其性能和外设接口；1.2 设计温度传感器电路，用于实时监测水温；1.3 设计控制继电器电路，用于控制加热器或冷却器。
2. 系统软件设计2.1 编写单片机的控制程序，包括温度采集、设定温度范围、控制加热器或冷却器等功能；2.2 考虑系统的稳定性和实时性，设计合理的控制算法；2.3 确保系统的安全性，防止温度过高或过低造成损坏。
3. 系统测试与调试3.1 制作系统原型，进行硬件连接及焊接；3.2 调试温度传感器、继电器等模块，确保它们能够正常工作；3.3 测试系统在不同温度下的控制效果，进行调试和优化。
4. 系统性能评估4.1 对系统的控制精度进行测试和评估，确定其控制水温的稳定性；4.2 对系统的实时性和可靠性进行测试，确保系统能够及时响应温度变化；4.3 对系统的功耗和安全性进行评估。
提交要求：1. 提交系统的硬件设计图纸和软件源代码；2. 提交系统原理图和PCB设计文件；3. 提交系统测试和调试记录，包括测试数据和优化过程；4. 提交系统性能评估报告，对系统的各项性能进行详细评估。
任务时间：本任务书下发后，设计团队需在两个月内完成系统设计、测试及评估，并在规定时间内提交相关文件。
任务负责人：XXX（负责人尊称及通联方式）任务审批人：XXX（审批人尊称及通联方式）以上任务书经XXXXXX审核通过，现予以下发。
希望设计团队能够认真执行任务，按时保质地完成任务，期待设计团队为我们带来一个高质量的水温控制系统。
经过反复检查和确认，我们设想出了一个基于单片机的水温控制系统实施计划。
在系统硬件设计方面，我们选择了一款性能稳定、外设接口丰富的单片机芯片。
通过该芯片，我们将设计温度传感器电路，用于实时监测水温。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《电子技术综合设计》设计报告设计题目：水温自动控制系统组长姓名：学号：专业与班级：工业自动化14-16班姓名：学号：专业与班级：工业自动化14-16班姓名：学号：专业与班级：工业自动化14-16班时间： 2016 ～ 2017 学年第（1）学期指导教师：陈烨成绩：评阅日期：一、课题任务设计并制作一个水温自动控制系统，对1.5L净水进行加。
水温保持在一定范围内且由人工设定。
细节要求如下：1.温度设定范围为40℃~90℃，最小分辨率为0.1℃，误差≤1℃。
2.可通过LCD显示屏显示温度目标值与实时温度。
3.可以通过键盘调整目标温度的数值。
二、方案比较1.系统模块设计为完成任务目标，可以将系统分为如下几个部分：5V直流电供电模块、测温模块、80C52单片机控制系统、键盘控制电路、温度显示模块、继电器控制模块、强电加热电路。
通过各模块之间的相互配合，可以完成水温检测、液晶显示、目标值设置、水温控制等功能。
系统方框图如下：2.5V直流电供电模块方案一：直接用GP品牌的9v电池，然后接通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，接两个5伏电源的滤波电容后输出。
方案二：通过变压器，将220v的市电转换成9v左右的交流电，变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波。
要得到一个比较稳定的5v电压，在这里接一个三端稳压器的元件7805。
由于需要给继电器提供稳定的5V电压，而方案一中导致电池的过度损耗，无法稳定带动继电器持续工作，所以我们选用能够提供更加稳定5v电源的方案二。
3.测温模块经查阅资料,IC式感温器在市场上应用比较广泛的有以下几种：AD590：电流输出型的测温组件,温度每升高1 摄氏度，电流增加1μA，温度测量范围在-55℃～150℃之间。
其所采集到的数据需经A/D 转换，才能得到实际的温度值。
DS18B20：内含AD转换器，所以除了测量温度外，它还可以把温度值以数字的方式(9 B i t ) 送出，因此线路连接十分简单，它无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据。
它能够达到0.5℃的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.0625℃以上精度，温度测量范围在-55℃～125℃之间，应用方便。
SMARTEC感温组件:这是一只3个管脚感温IC，温度测量范围在-45℃～13℃，误差可以保持在0.7℃以内。
max6225/6626：最大测温范围也是-55～+125℃，带有串行总线接口，测量温度在可测范围内的的误差在4℃以内，较大，故舍弃该方案。
本设计选用DS18B20感温IC，这是因其性能参数符合设计要求，接口简单，内部集成了A/D 转换，测温更简便，精度较高，反应速度快，且经过市场考察，该芯片易购买，使用方便。
下面是DS18B20感温IC的实物和接口图片4.80C52单片机控制系统AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
5.键盘控制电路方案一：四键设定，一个十位控制键，一个个位控制键，一个位控制键，一个确认键，通过四键的配合设定为度，该方案接线和程序简单，但实际操作不太便捷。
方案二：矩阵键盘设定，通过按键输入不同数字实现温度的设定，电路连接比较简单，程序较方案一复杂，但已经在学习过程中接触过矩阵键盘的编程技巧，有一定的可行性，且操作起来更加符合我们的日常习惯。
本次设计暂定采用矩阵键盘来作为温度设定电路的输入。
6.温度显示模块方案一：使用数码管显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。
该方案程序简单，且已学习过其编程技巧，但硬件占用单片机I/O口较多，对于尽量节约端口，让线路简单来说不是好方法，而且显示也不够直观灵活，只能显示数字，。
方案二：使用液晶屏1602显示。
1602可显示两行字符及数字，可以用来显示设定温度及测量温度，较之数码管显示更加清晰直观，虽然此前没有接触过相关知识，但该器件上手比较容易，可以在短期内学会其使用方法。
1602较之数码管更加符合本次设计要求，因此使用1602作为显示器件。
7.继电器控制模块方案一：采用普通的控制方法，即水温温度到达临界温度时，控制继电器开闭。
但由于水温变化快，且惯性大，不易控制精度。
方案二：采用PWM控制加PID算法，通过采用PWM可以产生一个ＰＷＭ波形，而PWM波形的占空比是通过PID算法调节，这样就可以通过控制加热电路的开、断时间比来控制加热器功率进而控制温度的变化，从而使精度提高。
此方法中硬件上可以使用固态继电器或晶闸管控制加热器工作。
我们选择方案二。
三、电路设计1.电源电路整个系统需要使用5V直流电和220V交流电。
电源电路采用变压器与稳压模块，将工频电压降为5V直流电，为系统供电。
首先用变压器模块20V 交流电降为9V交流电，接入整流电桥，变为直流电输出，再使用三端稳压芯片7805稳压为5V。
L7805输出端要联上电解电容，滤除交流电干扰，防止损坏单片机系统。
LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏。
2.温度传感器DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。
外部供电方式(VDD接+5V，且数据传输总线接4.7k的上拉电阻，其接口电路如下图（外接电源工作方式）所示。
3.单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路4.按键、显示电路这部分实际上是一个单片机最小系统的基本电路，键盘选用矩阵键盘可满足要求，通过按键输入不同数字实现温度的设定。
在显示方面选用常用的1602液晶显示模块。
通过相应的程序，可以实现温度的实时显示，电路连接也比较简单，只需连接数据总线，和三根控制线即可实现数据控制，实现显示功能。
1602显示电路5.继电器温控单片机驱动继电器的通断，从而比较容易的实现对小功率电热棒的加热。
本系统利用继电器的吸合与否来实现水温的自动化控制。
本次设计采用型号为JRC-21F的继电器。
其特点有：（1）.超小型,低功耗;（2）.触点型式:1H,1Z(1A.AC); （3）.触点负载:2A,120VAC;（4）.外型尺寸:15.7X10.4X11.4如图是驱动较大功率继电器的接口，当p1.1（连接单片机的输出口）输出低电平时，Q1导通，继电器吸合；当p1.1输出高电平时，Q1截止，继电器断开。
由于继电器吸合时电流比较大，所以在单片机与继电器之间增加了光电耦合器件作为隔离电路。
R3是光电耦合输出管的限流电阻，R4是驱动管Q1基极泄放电阻。
整体硬件电路见附录四、程序设计程序结构包括：主程序、传感器测温程序、lcd1602显示程序、键盘扫描程序、PID计算程序、PWM波形发生程序。
主程序流程图如下所示：传感器测温程序流程图：lcd1602显示程序流程图：键盘扫描程序流程图：温度比较与PID计算程序流程图：PWM波形发生程序（定时器中断）流程图：五、测试方案1.静态测试：室温状态下，分别用温度计与18B20传感器检测水温，观察两者是否有误差。
2.动态测试：用继电器控制“热得快”对1升水加热，用键盘设定需加热温度值，观察、记录1602显示屏上实时水温值的变化过程和每次改变温度设定值后PID调节的超调量。
多次调试并和修改PID参数来完善该系统。
检验水温的稳定值是否满足设计目标的要求。
六、系统调试1.加热水量与加热器的功率确定加热器水量与功率应当构成匹配，加热水量过多或功率过小会导致加热时间过长，而加热水量过少或功率过大会使超调增大，不利于控制。
我们选择1L的容器作为测试对象，预计将20摄氏度的水加热到100摄氏度需要5分钟。
经过计算这样的加热器功率至少为1120w，因此选择1000w的加热管。
满足1L的容器很多，但是广口的盆水位较低，不利于加热管的安放。
经过努力，找到了合适的容器（实物见附件），恰能使得加热棒处于最为合适的水位深度。
2.上下层温差的优化和电动机电源的选择电动机本不在设计的范围里面，但是随着系统调试的进行，发现容器中的的水很难实现热均匀。
容器中上下层温差过大，导致温度传感器所测数据极不准确，滞后过大，非常不利于控制。
所以又添加一个直流减速电机带动桨叶加速冷热水对流，从而让容器里面的水受热均匀，方便测温模块对系统水温的实时监测。
这一额外的电动机没有在事先考虑的器件电气匹配范围内，所以当它与加热模块一同共用5v的直流电源时，已超出了整流模块所能提供的最大电流，于是又添加了一个电源给电动机供电。
3. PID程序的修改调试当实际水温与目标值差距过大时，加热器只需满功率工作(或完全停止工作)即可满足要求。
此时采用PID控制意义不大，且PID控制范围很大，参数很难整定，而微分环节也容易受到干扰导致加热器无法满功率运行。
因此，在满足控制精度的前提下，可将PID控制的范围缩小到设定温度的±1℃之内。
范围缩小后，PID参数容易调整，控制效果明显增强。
经过调试后PID参数分别为Proportion = 10，Integral = 8，Derivative =6。
4.PWM波周期的调试PWM波的周期越短，控制的精度越高。
但PWM波形的输出需要单片机中断程序进行控制，中断频率过高会干扰单片机中主程序的运行。
测温模块18B50对时间的要求非常严格，因此测温模块读取数据期间会与中断程序冲突。
若18B20读数期间允许中断中断会导致其温度输出出现大量错误；若不允许中断会导致PWM波周期频繁变化。
经过调试，将PWM波周期设为5s。
七、数据测试与处理1.静态温度的测试室温状态下，分别用温度计与18B20传感器检测水温，得到结果分别为。
温度计显示17.5℃，18B20传感器显示温度17.9℃，在误差允许的范围内，满足要求。
2.动态温度的测试：令测温系统工作，对1.5L净水加热，设定温度分别为50℃，60℃, 80℃，每10s记录一次显示屏幕上的数据，绘制其温度变化曲线，并计算温度控制的超调量，稳态误差。
温度数据及曲线如下：时间（10s）0 1 2 3 4 5 6 7温度（℃）5050.551.151.852.653.554.155时间（10s）8 9 10 11 12 13 14 15温度（℃）55.856.657.558.358.959.860.361.2时间（10s）16 17 18 19 20 21 24 27温度（℃）61.561.661.661.661.561.461.160.8时间（10s）30 32 33 34 36 37 40 41温度（℃）60.460.260.16059.86060.260.3时间（10s）42 45 47 48 50 52 53 54温度（℃）60.360.260 6059.859.960.160.3时间（10s）56 57温度（℃）60.460.3超调量为3.6%时间（10s ）0 1 2 3 4 5 6 7 温度（℃）60 60.8 61.4 62.1 62.8 63.7 64.5 65.3 时间（10s ）8 9 10 11 12 13 15 16.5 温度（℃）66.1 66.8 67.6 68.3 69.1 70.3 71.3 72.4 时间（10s ）18 19 21 22 23 24 25 26 温度（℃）73.5 74.3 75.6 76.4 77 77.7 78.4 78.9 时间（10s ）27 28 29 30 31 32 33 34 温度（℃）79.5 80.1 80.3 80.5 80.5 80.3 80.2 80.1 时间（10s ）35 36 37 38.5 39 40 41 42 温度（℃）79.8 79.6 79.4 79.3 79.3 79.3 79.4 79.4 时间（10s ）43 44 45 46 47 48 49 50 温度79.79.79.79.79.808079.超调量为2.5%（℃） 5 6 7 8 9 9 时间（10s）51 52 53 54 55 56 57 58温度（℃）79.779.679.679.679.779.779.880时间（10s）59 60 61 62 63温度（℃）80.180 80 80 80由以上温度曲线可以看出，水温能够保持在设定温度上下，控制过程中超调量<4%,且稳态时的误差在为±0.3℃，满足系统设计要求。