智能水温控制系统的设计
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方案2：采用可编程控制器8279与传统数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。用8279和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进行控制单片机的输出。
方案3：采用单片机AT89C51与地址译码器74LS138组成控制和扫描系统，并用74 LS164的译码器接受片机AT89C51通过串行口输出的BCD串行码经译码输出为BCD码，这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体积小，价格便宜的特点。
方案2：温控电路要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成.由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性。采用脉宽调制输出控制电炉与电源的接通和断开比例，以通断控制调压法控制电炉的输入功率。
但由于采用继电器控制继电器的寿命比不上可控硅,而且电路过于简单,不能控制电炉的输入功率.因此采用方案2.
对比两种方案可知，方案2虽然也能很好的实现电路的要求，但考虑到电路设计的成本和电路整体的性能，我们采用方案3。
三
3.1
初始化，设定各参数的初始值，设定各中断及定时器。
(1)
(3)温度采集和数值转换子程序，此部分程序主要完成将AD590中传送过来的数据进行各种数值的转换及数值的运算(如十进制转换成十六进制、双字节与单字节的除法运算等等)。
智能水温控制系统的设计
摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。本文给出了一个基于AT89C51单片机控制的水温智能控制系统。重点阐述了系统的硬件构成，各部分的主要作用及系统软件的设计过程。设计方案的核心部件是80C51，通过硬件及软件的合理设计，使系统能满足控制模型中不同阶段的要求。系统的采集模块采用了AD590温度传感器作为测温元件，而控制模块则通过控制可控硅的导通和截止，从而控制加热电压的通与断，使控制具有灵敏、可靠、抗干扰能力强等优点。水温直接由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整以保持设定的温度基本不变，实测水温用十进制数码管显示输出。
图2-1系统电路框图
方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也较麻烦。而方案三是采用以89C51为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，它可达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可实现显示、键盘设定等多种功能，又易于扩展，大大提高了系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。故选择方案三。
2.2
方案1：采用8031芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。
方案2：本方案的CPU模块采用2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片资源不够用。
方案3：采用AT89C51单片机，其内部有8KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的I/O口也足够本次设计的要求。
方案二：自制一个直流稳压电源。直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路四部分组成。其基本原理框图如图2-2：
图2-2直流稳压电源基本组成原理及电路图
如图2-2所示直流电源的输入为220V的电网电压，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压。再通过整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下是可以将交流分量全部滤掉，但是因为受负载影响，加之滤波电路并不能达到理想效果。还需要加入稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。
温度是科学技术中最基本的物理量之一。温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。各行各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。
本文主要介绍单片机温度控制系统的设计过程，其中涉及系统结构设计、元器件的选取、程序的调试和系统参数的整定。在系统构建时选取了AT89c51芯片作为该控制系统的核心，温度信号由新型的可编程温度传感器（DS18B20）提供。通过软件实现对水温的控制，使用继电器作执行部件。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,具有较好的快速性与较小的超调。该系统为一实验系统，要求系统有控制能力，实现对主要可变参数的实时监控。使用软件编程既减少了系统设计的工作量，又提高了系统开发的速度，使用软件还可以提高所设计系统的稳定性，避免了因个人设计经验不足而产生过多的系统缺陷。
二、硬件设计
2.1
在本设计中，用于控制和运算的单片机以及数码管显示器都需要在+5V直流电压下才能工作，运算放大电路需要在±12V直流电压下工作。因此，这里需要一个能输出+5V和±12V的直流电压源。电压源的选择也有两个方案。
方案一：直接用干电池供电。此方法不用焊接电路，简单方便，但是由于它提供的4.5V的电压，电压不够，提供12V电压时需要8节干电池连接，而且供电不稳定，带负载能力不强。因此，此方案不可取。
1.2
采用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，显示于数码管上。原理方框图如图1-1所示
图1-1水温控制原理方框图
1.3
依据课题要求,提出三种方案
方案一此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不回热。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码显示，不能用键盘设定。
(4)PID和PWM子程序，此部分程序主要完成控制电炉加温的作用。
本系统采用的是循环查询方式[4]，来显示和控制温度的。
3
主程序流程图如图4-1所示
N
Y
YLeabharlann Baidu
N
图4-1总流程图
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP INT0
ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#70H ;置初值
Key Words：Brainpower controlling,water temperature controlling,date collection,temperature sensor
绪
随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，温度控制系统已应用到生活的各个方面，但是温度控制一直是一个未开发的领域，是与人们息息相关的一个问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。
方案3：采用温度传感器AD590。：AD590具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。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℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。此外AD590是温度-电流传感器，对于提高系统抗干扰能力有很大的帮助。
一、总体设计
1.1
一个水温控制系统，对象为一升净水，加热器为1KW的电炉。设计拟达到的主要要求：1）水温由人工设定，范围：40—90℃，最小区分度为1℃，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变；2）控制精度：温度控制的静态误差小于1℃；3）用十进制数码显示实际水温；该系统的特点是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。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。
方案二此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且仍不能用数码显示和键盘设定
方案三此方案采用89C51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制看法和逻辑控制。可实现数码显示和键盘设定等多种功能，系统电路框图如图2-1所示：
比较这3种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用方案3。
2.3
方案1：采用热敏电阻，可满足35℃--95℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差，对于检测精度小于1℃的温度信号是不适用的。
方案2：采用单总线可编程温度传感器测温度。DS18B20数字可编程温度传感器可测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。但是由于其编写程序过程复杂，价格也较一般传感器昂贵，所以在这里我们并不采用。
关键词：智能控制；水温控制；数据采集；温度传感器
A Design Of Water Temperature Brainpower
Controlling System
Abstract：The paper main design a brainpower controlling system of water temperature based on MCS-51. Itexpounds emphaticallythehardwarestructureofthesystem,themainfunction,andtheprocessofthesystem softwaredesign.Thecoreof thedesignis MCS-51.Through reasonabledesignofhardwareandsoftwaretomakethesystemmeetthe demandsof differentphasesofthe controlmodel,thecollectionmodule ofthesystemusesAD590 as the elementofthe temperaturemeasurement,and thecontrol moduleusestheopticalshutter. Theheatingvoltageis controlled byopticalshutter,thecontrolhastheadvantagesofsensitiveanddependableandstrongabilityofresistingdisturbance. The water temperature may be set at some degree by manpower and auto-adjusted as environment is cool,so the water temperature keeps constantly andis displayed in decade.
经上述比较，方案3明显优于方案1和2选用方案3。
2.4
方案1：采用电磁式继电器驱动电路控制，它采用较小的电流去控制较大电流，达到一种“自动开关”在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器利用在线圈加上一定的电压,线圈中会流过一定的电流,产生电磁效应,衔铁就会在电磁力作用下对触点簧片吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的.其优点为抗干扰能力强,过压过流大,以及电路的简洁,简单.作为工控产品好.
2.5
方案1：使用液晶显示屏显示水温。液晶显示屏（LED）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但是由于只需显示温度这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用比较多，而且其成本也比较高。
方案3：采用单片机AT89C51与地址译码器74LS138组成控制和扫描系统，并用74 LS164的译码器接受片机AT89C51通过串行口输出的BCD串行码经译码输出为BCD码，这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体积小，价格便宜的特点。
方案2：温控电路要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成.由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性。采用脉宽调制输出控制电炉与电源的接通和断开比例，以通断控制调压法控制电炉的输入功率。
但由于采用继电器控制继电器的寿命比不上可控硅,而且电路过于简单,不能控制电炉的输入功率.因此采用方案2.
对比两种方案可知，方案2虽然也能很好的实现电路的要求，但考虑到电路设计的成本和电路整体的性能，我们采用方案3。
三
3.1
初始化，设定各参数的初始值，设定各中断及定时器。
(1)
(3)温度采集和数值转换子程序，此部分程序主要完成将AD590中传送过来的数据进行各种数值的转换及数值的运算(如十进制转换成十六进制、双字节与单字节的除法运算等等)。
智能水温控制系统的设计
摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。本文给出了一个基于AT89C51单片机控制的水温智能控制系统。重点阐述了系统的硬件构成，各部分的主要作用及系统软件的设计过程。设计方案的核心部件是80C51，通过硬件及软件的合理设计，使系统能满足控制模型中不同阶段的要求。系统的采集模块采用了AD590温度传感器作为测温元件，而控制模块则通过控制可控硅的导通和截止，从而控制加热电压的通与断，使控制具有灵敏、可靠、抗干扰能力强等优点。水温直接由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整以保持设定的温度基本不变，实测水温用十进制数码管显示输出。
图2-1系统电路框图
方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也较麻烦。而方案三是采用以89C51为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，它可达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可实现显示、键盘设定等多种功能，又易于扩展，大大提高了系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。故选择方案三。
2.2
方案1：采用8031芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。
方案2：本方案的CPU模块采用2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片资源不够用。
方案3：采用AT89C51单片机，其内部有8KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的I/O口也足够本次设计的要求。
方案二：自制一个直流稳压电源。直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路四部分组成。其基本原理框图如图2-2：
图2-2直流稳压电源基本组成原理及电路图
如图2-2所示直流电源的输入为220V的电网电压，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压。再通过整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下是可以将交流分量全部滤掉，但是因为受负载影响，加之滤波电路并不能达到理想效果。还需要加入稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。
温度是科学技术中最基本的物理量之一。温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。各行各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。
本文主要介绍单片机温度控制系统的设计过程，其中涉及系统结构设计、元器件的选取、程序的调试和系统参数的整定。在系统构建时选取了AT89c51芯片作为该控制系统的核心，温度信号由新型的可编程温度传感器（DS18B20）提供。通过软件实现对水温的控制，使用继电器作执行部件。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,具有较好的快速性与较小的超调。该系统为一实验系统，要求系统有控制能力，实现对主要可变参数的实时监控。使用软件编程既减少了系统设计的工作量，又提高了系统开发的速度，使用软件还可以提高所设计系统的稳定性，避免了因个人设计经验不足而产生过多的系统缺陷。
二、硬件设计
2.1
在本设计中，用于控制和运算的单片机以及数码管显示器都需要在+5V直流电压下才能工作，运算放大电路需要在±12V直流电压下工作。因此，这里需要一个能输出+5V和±12V的直流电压源。电压源的选择也有两个方案。
方案一：直接用干电池供电。此方法不用焊接电路，简单方便，但是由于它提供的4.5V的电压，电压不够，提供12V电压时需要8节干电池连接，而且供电不稳定，带负载能力不强。因此，此方案不可取。
1.2
采用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，显示于数码管上。原理方框图如图1-1所示
图1-1水温控制原理方框图
1.3
依据课题要求,提出三种方案
方案一此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不回热。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码显示，不能用键盘设定。
(4)PID和PWM子程序，此部分程序主要完成控制电炉加温的作用。
本系统采用的是循环查询方式[4]，来显示和控制温度的。
3
主程序流程图如图4-1所示
N
Y
YLeabharlann Baidu
N
图4-1总流程图
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP INT0
ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#70H ;置初值
Key Words：Brainpower controlling,water temperature controlling,date collection,temperature sensor
绪
随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，温度控制系统已应用到生活的各个方面，但是温度控制一直是一个未开发的领域，是与人们息息相关的一个问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。
方案3：采用温度传感器AD590。：AD590具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。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℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。此外AD590是温度-电流传感器，对于提高系统抗干扰能力有很大的帮助。
一、总体设计
1.1
一个水温控制系统，对象为一升净水，加热器为1KW的电炉。设计拟达到的主要要求：1）水温由人工设定，范围：40—90℃，最小区分度为1℃，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变；2）控制精度：温度控制的静态误差小于1℃；3）用十进制数码显示实际水温；该系统的特点是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。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。
方案二此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且仍不能用数码显示和键盘设定
方案三此方案采用89C51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制看法和逻辑控制。可实现数码显示和键盘设定等多种功能，系统电路框图如图2-1所示：
比较这3种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用方案3。
2.3
方案1：采用热敏电阻，可满足35℃--95℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差，对于检测精度小于1℃的温度信号是不适用的。
方案2：采用单总线可编程温度传感器测温度。DS18B20数字可编程温度传感器可测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。但是由于其编写程序过程复杂，价格也较一般传感器昂贵，所以在这里我们并不采用。
关键词：智能控制；水温控制；数据采集；温度传感器
A Design Of Water Temperature Brainpower
Controlling System
Abstract：The paper main design a brainpower controlling system of water temperature based on MCS-51. Itexpounds emphaticallythehardwarestructureofthesystem,themainfunction,andtheprocessofthesystem softwaredesign.Thecoreof thedesignis MCS-51.Through reasonabledesignofhardwareandsoftwaretomakethesystemmeetthe demandsof differentphasesofthe controlmodel,thecollectionmodule ofthesystemusesAD590 as the elementofthe temperaturemeasurement,and thecontrol moduleusestheopticalshutter. Theheatingvoltageis controlled byopticalshutter,thecontrolhastheadvantagesofsensitiveanddependableandstrongabilityofresistingdisturbance. The water temperature may be set at some degree by manpower and auto-adjusted as environment is cool,so the water temperature keeps constantly andis displayed in decade.
经上述比较，方案3明显优于方案1和2选用方案3。
2.4
方案1：采用电磁式继电器驱动电路控制，它采用较小的电流去控制较大电流，达到一种“自动开关”在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器利用在线圈加上一定的电压,线圈中会流过一定的电流,产生电磁效应,衔铁就会在电磁力作用下对触点簧片吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的.其优点为抗干扰能力强,过压过流大,以及电路的简洁,简单.作为工控产品好.
2.5
方案1：使用液晶显示屏显示水温。液晶显示屏（LED）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但是由于只需显示温度这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用比较多，而且其成本也比较高。