本科生毕业论文（设计）系（院）
论文题目水温控制系统的设计
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完成日期：2012 年 4 月
水温控制系统的设计
[摘要] 这篇文章介绍了基于51单片机的水温控制系统。该系统采用STC89C52作为主控制器，采用DS18B20作为温度检测传感器，配合按键设置，数码管显示，可很好的实现功能。该文主要包含单片机最小系统电路、按键电路、显示电路和继电器控制电路，使用C 语言编程。 [关键词] 51单片机 水温 DS18B20 控制系统 C 语言
引言
在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统[1]。温度控制系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的程序变化。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。
不论在工业生产过程中，还是在日常生活中，温度控制都起着非常重要的作用。在淡水资源缺乏的今天，水温控制尤为重要，合理控制水温，以防止水资源的严重浪费。
1概述
1.1 设计任务
设计并制作一台水温自动控制系统，可以根据设定水温以及当前水温，自动调节水温。示意图如下：
图1.1 水温控制系统方框图
温度传感
器18B20
51单片机
加 热 报 警
降 温
数 显
2设计方案论证与选择
2.1温度传感器方案
方案一：采用铂热电阻PT100检测水温。铂热电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大和稳定性好等,被广泛用于中温(-200℃～650℃)范围的温度测量中。PT100常用的采样电路有桥式测温电路和恒流源测温电路两种。
如图2.1为PT100实物图。
图2.1 PT100实物图
方案二：采用DS18B20数字温度传感器检测水温。DS18B20是美国DALLAS 公司继DS1820之后最新推出的一种数字化单总线器件。属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源，且该器件有防水型，可靠性高，使用起来简单。
如图2.2为DS18B20示意图。
图2.2 DS18B20示意图
2.2控制器选择方案
方案一：采用可编程逻辑器件FPGA作为控制器。使用FPGA，电路相对较简单，部分电路可以通过编程实现而无需外部分立元件。与外围电路配合，能很好的实现自动控制功能。
方案二：采用单片机作为控制器。使用单片机可以轻松的完成控制，显示等操作，且价格便宜，是一种不错的方案。
2.3方案论证与选择
在温度检测方案中：方案一和方案二都能很好的检测水温，方案一中PT100使用起来电路比较复杂，而且很容易引入误差，影响温度的检测；方案二中DS18B20属于单总线器件，使用方便，外围电路少，测量精度高。而且其测量温度在-55℃～+125℃范围内，足以胜任对水温的检测。综合考虑，选择方案二，采用DS18B20作为水温检测传感器。
在控制器选择中：方案一采用FPGA控制较方案二中采用单片机控制复杂，且成本较高，二单片机价格便宜，容易上手。故选择单片机作为系统控制器。
3硬件单元模块设计
3.1温度检测模块
作为一台自动控制器，传感器扮演着非常重要的角色，只有准确的对数据进行采集并传回，控制器才能做出正确的动作。本系统采用美国DALLAS公司的DS18B20检测水温，该器件稳定性好，不易受干扰，测温分辨率为0.5℃。如图3.1为防水型DS18B20实物图。
图3.1 防水型DS18B20实物图
3.1.1 DS18B20模块电路
如图3.2为温度检测模块硬件电路图。DS18B20可以把检测到的温度信号转换
成数字信号，然后通过一根信号线将转换好的数据以串行数据的方式直接传输给单片机。DS18B20使用5V供电，其中R20为上拉电阻，一般阻值为10K或者4.7K，目的是防止总线由于外部干扰，出现时序混乱。
图3.2 DS18B20硬件电路图
3.1.2 DS18B20示意图和引脚功能表
如图3.3为DS18B20元件示意图和引脚功能表。
图3.3 DS18B20元件示意图和引脚功能表
3.1.3 DS18B20控制指令
表3.1为DS18B20控制指令表。从指令表可以看出DS18B20的操作是比较简单的。
表3.1 DS18B20控制指令表
3.2数码管显示模块
本系统采用数码管作为主要显示，数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接
方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮[4]。其原理图如图3.4所示。另外无论共阴还是共阳都根据接法有相对应的码值比如共阴数码管0到9的断选码是：0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f
图3.4 数码管的原理
数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动4个数码管静态显示则需要4×8＝32根I/O端口来驱动。动态扫描则是通过不断的刷新数据来显示。
3.3报警模块
本系统包含了一个报警电路，当水温超过设定温度上限值时，便开始报警，以达到提示的目的。报警模块电路如图3.5所示。采用有源蜂鸣器作为报警发声器，由于单片机IO口允许通过的电流最大为20mA左右，不足以驱动蜂鸣器发声，故采用一PNP三极管驱动。当三极管基极为高电平时，蜂鸣器不发声；当三极管基极为低电平时，蜂鸣器开始发声，发声的高低又驱动级的频率决定。
图3.5 报警模块电路
3.4按键输入模块
本系统包含一个按键输入模块，可使用按键加减温度，设定温度上限值和下限值。如图3.6为按键输入模块电路图，使用按键时需将单片机IO口设置为输入上拉，但是有时内部上拉会出错，所以使用R4,R5，R6做上拉电阻。也可以在单片机输入引脚添加一个104电容，做滤波和硬件防抖的作用。图3.7为按键输入模块实物图。
图3.6 按键输入模块电路图
图3.7 按键输入模块实物图
3.5 继电器模块
如图3.8所示为继电器模块电路图，该继电器为5V供电，使用继电器可以达
到弱电控制强电的目的，即5V控制220V交流电。继电器触点吸合需要达到一定的电流，常用单片机IO口无法驱动，所以使用三极管来驱动。D1为发光二极管，将其并在继电器两端，可以达到显示的作用。在实际使用中，常在继电器触点两端并联RC吸收电路，防止闭合时产生火花。
图3.8 继电器模块电路图
3.6 电源部分
本系统电源使用通用5V直流电源，在该电源下，系统能稳定可靠的工作。3.7 控制器介绍
本系统使用STC89C52单片机作为主控制器，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。具有以下标准功能： 8k 字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口[3]。如图3.9为STC89C52引脚图。
图3.9 STC89C52引脚图
主要管脚功能说明：
VCC：供电电压
VSS：接地端
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
如图3.10为STC89C52单片机最小系统电路图。其中包括MCU，晶振电路和复
位电路。
图3.10 STC89C52单片机最小系统电路图
4系统程序设计
4.1软件系统总体设计
本系统的软件设计难点主要是温度传感器DS18B20，要想其正常工作，需先了解其通信协议和工作时序。详细工作时序图如下：
图4.1为DS18B20初始化时序图。
图4.1 DS18B20初始化时序图。
图4.2为DS18B20读写时序图。
图4.2 DS18B20读写时序图
了解DS18B20的通信和工作时序后，就可以在程序上一步步的对DS18B20进行操作了。图4.3是DS18B20读写流程图。
图4.3 DS18B20操作流程图
DS18B20操作程序如下：
uchar cur_temp1,cur_temp2,cur_temp; void Init_18b20() //初始化 {
unsigned char flag=0; DQ=1;
delay(8); DQ=0;
delay(80); DQ=1;
delay(10); flag=DQ;
开始
复位18B20
是否成功？
写DS18B20命令，跳过ROM 命令设置
延时
复位18B20
是否成功？
写DS18B20命令，开始测温
循环取得温度
返回
N
N
Y
Y
delay(5);
}
void write_oc(unsigned char date) //写一个字符{
unsigned char i;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
DQ=date&0x01;
delay(5);
DQ=1;
date>>=1;
}
delay(5);
}
unsigned char read_oc(void) //读一个字符
{
unsigned char i,date=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;
date>>=1;
DQ=1;
if(DQ==1) date|=0x80;
delay(5);
}
return(date);
}
unsigned char read_temp(void) //读温度
{
uchar a=0,b=0;
Init_18b20();
write_oc(0xCC);
write_oc(0x44);
delay(200);
Init_18b20();
write_oc(0xCC);
write_oc(0xBE);
a=read_oc();
b=read_oc();
b<<=4;
b+=(a&0xf0)>>4;
cur_temp1=b; //整数部分
cur_temp2=a&0x0f; //小数部分
cur_temp=(b*256+a)>>4; //实际值
return(cur_temp);
}
5软件仿真
5.1 Keil uVision3简介
之所以用keil进行程序的编译和调试是因为KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中,这个集成开发环境包含：编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。uVision3 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。工程界面如图5.1所示。
图5.1 keil工程界面
Keil的使用简介：
先建一个新的工程，选择处理器，这里选择AT89S51；接下来可以新建一个文档用来编辑程序，编辑完存为.asm（汇编源文件）或.h（C语言头文件）或.c（C 语言实现文件）即可；接下来把保存的.asm, .c或.h文件加入到工程里即可然后进行工程配置。点击Project菜单下的Options for Target …Target 1?。在弹出对话框的Target 项里输入晶振为12M，然后勾上Use On-chip ROM。在Output 项里勾上Create HEX File。这就是产生要烧写的.hex文件。
最后编译程序，keil会自动为你生成.hex文件[6]。
5.2 Proteus简介
Proteus 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于
Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51等软件。调试界面如图5.2所示。
图5.2 proteus调试界面
6硬件调试
在完成系统设计制造后，开始在实物上调试，调试中遇到了数码管正常显示，但亮度不够的情况，开始认为是数码管的限流电阻取值过大，但更换值小些的电阻后，情况没有改善。经过多方探索、求证，原来是数码扫描速度的问题，数码管采用的是动态显示，扫描速度过快，会导致数码管亮度不够；扫描速度过慢，又使显示看上去不连续。经过多次试验，选取了一个适当的扫描速度后，问题得到解决。
经过反复的调试，最终水温控制系统能够稳定工作。
7总结
在本次水温控制系统的设计与制作后,我收获不少，在过程中，要认真严格对待每个步骤与环节，确保成品尽美。
在设计与制作中我充分运用了大学四年来的所学专业知识，而且在大量翻阅书籍和同学以及老师的帮助下完成了本作品。期间我遇到不少问题与麻烦，例如最初的原理图设计上发现自己在制图上面掌握的不是很熟悉而且布局合理性有所欠缺，各部件的性能与参数掌握也相对局限，在程序编写上发现自己的C语言掌握还是很有限，不得不再次翻阅书籍以期解决问题。但是最终还是在通过各种渠道获得解决，而且学习到很多知识，让自己以前未曾掌握的知识得到弥补。
通过水温控制系统的设计与制作后我更加了解了STC89C52单片机，DS18B20传感器以及其他各器件的参数与功用，尤其是了解到STC89C51单片机的低功耗，高性能等特点非常让人值得称赞。
这次的作品设计与制作不仅仅让我检验了自己的知识掌握情况，而且过程中让我认识到严谨做事的态度也是很重要的，细节决定成败。也使我的动手能力得到提高，让我在做电路时,自己解决碰到的问题,学会了怎样去分析电路，怎样把所学到的知识和实际相起来。
总之在这大学生活的最后时间里我真诚地想感谢所有老师对我的教导与帮助，非常感谢您们。
[参考文献]
[1] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北航出版
社,2000.12 第3版
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[3]李建忠.单片机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社.2001.2.
[4]楼然苗.李光.单片机课程设计指导书[M].北京:北京航空航天大学出版.200４.
[5]第二届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[N].全国大学生电子设计竞赛网站.2007.12.
[6]王为青.程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术[M].北京:人民邮电出版社.2007.2.
Water Temperature Control System
Pan Yongjian
Electronic and Information Engineering 08303419
[Abstract] This article introduces the water temperature control based on 51 SCM system. The system uses STC89C51 as the main controller, the temperature sensor DS18B20 as detection, cooperate button, digital pipe display, can be very good function. This paper mainly include single chip minimize system circuit, key circuit, show circuit and relay control circuit, use the C programming language.
[Key words] 51 SCM Water temperature DS18B20 Control system C language
附录一：水温控制系统实物图
附录一：主要程序
/----------------------------------------------- init.c
/-----------------------------------------------
void lcdinit() //液晶初始化
{
lcden=0;
write_cd(0,0x38);
write_cd(0,0x0c);
write_cd(0,0x06);
write_cd(0,0x80);
write_s("Now temp:");
gotoxy(1,0);
write_s("St:");
f_temp=shi1*10+ge1;
write_ad(0x40+3,f_temp);
beep=0;
}
void timerinit() //定时器初始化子函数
{
EA=1;
TMOD=0X11;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
TH1=(65536-10000)/256;
TL1=(65536-10000)%256;
ET0=1;
ET1=1;
TR1=1;
TR0=1;
}
/-----------------------------------------------
fuction.c
/-----------------------------------------------
sbit key1=P1^0;
sbit key2=P1^1;
sbit key3=P1^6;
sbit key4=P1^2;
sbit relay=P2^0;
sbit beep=P2^7;
uchar Tnum,num,aa,keyflag,pwm,shi1=5,ge1=0,Tnum1;
uchar fen,miao,f_temp=50,c1,c2;
uchar date;
void keyscan()
{
/* if(key1==0) //设定pwm
{
delay(500);
if(key1==0)
{
while(!key1);
pwm+=10;
fen=(uint)((f_temp-cur_temp1)*(50.0/pwm)*3.7)/60; //pwm的变化引起加热时间的变化
miao=(uint)((f_temp-cur_temp1)*(50.0/pwm)*3.7)%60; //pwm的变化引起加热时间的变化
if(pwm==100) pwm=0;
gotoxy(1,6);
if(pwm>50) write_cd(1,'W'); //冬天模式
else write_cd(1,'S'); //夏天模式
write_ad(0x40+7,pwm);
write_cd(1,'%');
gotoxy(0,14);
}
} */
if(key2==0) //温度十位+
{
delay(500);
if(key2==0)
{
while(!key2);
shi1++;
if(shi1==10) shi1=1;
gotoxy(1,3);
write_cd(1,0x30+shi1);
gotoxy(0,14);
}
}
if(key3==0) //温度个位+ {
delay(500);
if(key3==0)
{
while(!key3);
ge1++;
if(ge1==10) ge1=0;
gotoxy(1,4);
write_cd(1,0x30+ge1);
gotoxy(0,14);
}
}
if(key4==0) //开始加热
{
delay(500);
if(key4==0)
{
while(!key4);
keyflag=1;
Tnum=0;
f_temp=shi1*10+ge1;
date=(f_temp-cur_temp1)*2;
fen=date/60;
miao=date%60;
}
}
}
void C_pwm() //pwm调制
{
uchar cc;
if(Tnum1<=pwm) relay=1;
else relay=0;
if(f_temp>=cur_temp1)
{
cc=(f_temp-cur_temp1);
if((cc>=1)&&(cc<=10)) pwm=(char)(4*cc*cc/5+2*cc);
else if(cc<1) pwm=4;
else pwm=100;
}
else pwm=0;
gotoxy(1,5);
write_cd(1,'P');
if(pwm==100) {write_ad(0x40+6,10);write_cd(1,'0');}
else {write_cd(1,'0');write_ad(0x40+7,pwm);}
write_cd(1,'%');
gotoxy(0,14);
}
void display_tim() //显示预计加热时间
{
c1=c2;
c2=cur_temp;
if(c1!=c2)
{
date=(f_temp-cur_temp1)*2;
fen=date/60;
miao=date%60;
}
if(Tnum==20&&keyflag==1)
{
Tnum=0;
write_ad(0x40+11,fen);
write_cd(0x40+1,':');
write_ad(0x40+14,miao);
miao--;
if(miao==-1)
{
if(fen==0&&miao==-1) {TR0=0;miao=0;}
else {miao=59;fen--; }
}
}
}
void timer0() interrupt 1 //定时器0
水温控制系统（B题） 摘要 在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机和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。但是利用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的控制系统却能解决这个问题。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，并显示于1602显示器上。该系统具有灵活性强，易于操作，可靠性高等优点，将会有更广阔的开发前景。 水温控制系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，我们知道虽然电能是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的角度出发，节省电能，保护环境。 一、设计任务 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。 二、要求 1、基本要求 （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）能显示水的实际温度。 第2页，共11页
2、发挥部分 （1）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。 （2）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （3）在设定温度发生突变时，自动打印水温随时间变化的曲线。 （4）其他。 一系统方案选择 1.1 温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，主要有以下几种方案： 方案一：选用铂电阻温度传感器。此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好,但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻。选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：采用DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 1.2温度显示模块 方案一：采用8个LED八段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。数码管具有低能耗，低损耗、寿命长、耐老化、对外界环境要求低。但LED八度数码管引脚排列不规则，动态显示时要加驱动电路，硬件电路复杂。 方案二：采用带有字库的12864液晶显示屏。12864液晶显示屏具有低功耗，轻薄短小无辐射危险，平面显示及影像稳定、不闪烁、可视面积大、画面
目录 摘要 (4) 第1节课题任务要求 (5) 第2节总体方案设计 (5) 2.1 总体方案确定 (6) 2.1.1 控制方法选择 (6) 2.1.2 系统组成 (7) 2.1.3 单片机系统选择 (7) 2.1.4 温度控制 (7) 2.1.5 方案选择 (7) 第3节系统硬件设计 (8) 3.1 系统框图 (8) 3.2 程序流程图 (12) 第4节参数计算 (16) 4.1 系统模块设计 (16) 4.1.1 温度采集及转换 (16) 4.1.2 传感器输出信号放大 (17) 4.1.3模数转换 (18) 4.1.4 外围电路设计 (19) 4.1.5 数值处理及显示部分 (19) 4.1.6 PID算法介绍 (19) 4.1.7 A/D转换模块 (20) 4.1.8 控制模块 (21) 4.2 系统硬件调试 (21) 第5节 CPU软件抗干扰 (24) 5.1 看门狗设计 (24) 第6节测试方法和测试结果 (27) 6.1 系统测试仪器及设备 (27) 6.2 测试方法 (27) 6.3 测试结果 (27) 结束语 (29)
参考文献 (30) 基于单片机的水温控制系统设计 摘要： 本系统以AT89C51，AT89C2051单片机为核心，主要包括传感器温度采集，A/D模/数转换，按扭操作，单片机控制，数码管数字显示等部分。本系统采用PID算法实现温度控制功能，通过串行通信完成两片单片机信息的交互而实现温度设定、控制和显示。本设计还可以通过串口与上位机（电脑）连接，实现电脑控制。系统设计有体积小、交互性强等优点。为了实现高精度的水温控制，本单片机系统采用PID算法控制和PWM脉宽调制相结合的技术，通过控制双向可控硅改变电炉和电源的接通、断开，从而改变水温加热时间的方法来实现对水温的控制。本系统由键盘显示和温度控制两个模块组成，通过模块间的通信完成温度设定、实温显示、水温升降等功能。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。 第1节课题任务与要求： 1.基本要求 一升水由1kw的电炉加热，要求水温可以在一定围由人工设定，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。
成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
北京电子科技学院 课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计与制作 学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 日期：2010年11月17日
目录 一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I：元器件清单 (11) 附录II：multisim仿真图 (11) 附录III：参考文献 (11)
一、电子技术课程设计的目的与要求 （一）电子技术课程设计的目的 课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 （二）电子技术课程设计的要求 1．教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2．能力培养要求 （1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 （2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 （4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 （5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程设计名称及设计要求 （一）课程设计名称 设计题目：温度测量控制系统的设计与制作 （二）课程设计要求 1、设计任务 要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统，测量温度范围：室温0～50℃，测量精度±1℃。 2、技术指标及要求： （1）当温度在室温0℃～50℃之间变化时，系统输出端1相应在0～5V之间变化。 （2）当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。 输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。 三、总体设计思想 使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以，应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节，所以选用了集成运放LM324和电位器；最后为实现技术指标（当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。）中的要求，选用了555定时器LM555CM。 通过以上分析，电路的总体设计思想就明确了，即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号，然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在0～5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。
目录摘要2 1.设计目的3 2.设计要求和设计指标3 3. 总体方案设计 3 4.硬件选择以及相关电路设计3 温度传感器的选择3 模数转换器4 内部结构4 信号引脚5 工作时序与使用说明6 控制器89C51 7 数码管显示电路8 LED数码管的组成8 数码管显示方式9 控制算法10 6. 各子程序流程图11 PID控制程序流程图11 A/D转换程序流程图11 显示程序流程图11 温度控制总程序流程图12 心得体会12
参考文献13 附录1：温度控制系统总电路图14 附录2：温度控制系统程序清单16 摘要 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。 论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。 关键字：单片机89C51 温度传感器A/D转换器温度控制
计算机温度测控系统 1.设计目的 设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。 2.设计要求和设计指标 1、每组4～5同学，每个小组根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。 2、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法， 框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。 编制程序温度指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。 总体方案设计 本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计思想是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，但我们要知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果是非常不明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制烘箱的电炉加热，并且使数码管显示实时温度，从而实现温度的高精度控制。 4.硬件选择以及相关电路设计 温度传感器的选择 传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方案：方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器在各方面特性都比较优秀，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590，此器件具有体积小、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±℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此此次设计选用方案三。
目录 一、系统设计方案的研究 (2) （一）系统的控制特点与性能要求 (2) 1.系统控制结构组成 (2) 2.系统的性能特点 (3) 3.系统的设计原理 (3) 二、系统的结构设计 (4) （一）电源电路的设计 (4) （二）相对湿度电路的设计 (6) 1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6) 3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7) 3.断点放大器 (8) 4.温度补偿电路 (8) 5.相对湿度检测电路的调试 (9) （三）转换模块的设计 (9) 1.模数转换器接受 (9) 2.A/D转换器ICL7135 (9) （四）处理器模块的设计 (11) 1.单片机AT89C51简介及应用 (11) 2.单片机与ICL7135接口 (14) 3.处理器的功能 (15) 4.CPU 监控电路 (15) （五）湿度的调节模块设计 (15) 1.湿度调节的原理 (15) 2.湿度调节的结构框图 (16) 3.湿度调节硬件结构图 (16) 4.湿度调节原理实现 (16) （六）显示模块设计 (17) 1.LED显示器的介绍 (17) 2.单片机与LED接口 (17) （七）按键模块的设计 (18) 1.键盘接口工作原理 (18) 2.单片机与键盘接口 (19) 3.按键产生抖动原因及解决方案 (19) 4.窜键的处理 (19) 三、软件的设计及实现 (19) （一）程序设计及其流程图 (20) （二）程序流程图说明 (21) 四、致谢 (22) 参考文献： (22)
智能温度控制系统设计 摘要: 此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。 关键词： 湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿 一、系统设计方案的研究 （一）系统的控制特点与性能要求 1.系统控制结构组成 （1）湿度检测电路。用于检测空气的湿度[9]。 （2）微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。 （3）电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。 （4）键盘输入电路。用于设定初始值等。 （5）LED显示电路。用于显示湿度[10]。 （6）功率驱动电路（湿度调节电路）
毕业设计论文 水温自动控制系统 钟野 院系：电子信息工程学系 专业：电气自动化技术 班级： 学号： 指导教师： 职称（或学位）： 2011年5 月
目录 1 引言 (2) 2 方案设计 (2) 2.1 总体系统的设计思路 (2) 2.2 部分外围系统的设计思路 (3) 3 硬件电路设计 (3) 3.1 单片机最小系统的设计 (3) 3.2 温度检测电路的设计与论证 (4) 3.3 显示功能电路的设计与论证 (5) 3.4 温度报警提示功能电路的设计与论证 (5) 3.5 外围电路控制设计 (6) 3.6 扩展部分方案设计 (7) 4 软件设计 (7) 4.1 控制主程序设计 (7) 4.2 温度设置程序设计 (8) 4.3 上下限报警程序设计 (8) 5 结论 (9) 结束语 (9) 致谢 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。
水温自动控制系统 钟野 （XXXX电子信息工程学系指导教师：CXJ） 摘要：本文设计主要是采用A T89C51单片机为控制核心、以温度传感器（DS18B20）为温度采集元件, 外加温度设置电路、温度采集电路、显示电路、报警电路和加热电路来实现对水温的显示同时自动检测及线性化处理,其误差小于±0.5℃。本文重点介绍硬件设计方案的论证和选择，以及各部分功能控制的软件的设计。本次设计的目标在于：由单片机来实现水温的自动检测及自动控制，实现设备的智能化。 关键词：单片机;温度传感器;自动控制 Abstract: This paper is designed AT89C51 microcontroller as control core and temperature sensor DS18B20) for (temperature gathering element, plus the temperature setting circuit, temperature gathering electriccircuit, display circuit, alarm circuit and heating circuit to achieve water temperature display while automatically detecting and linearization, its error is less than 0.5 + ℃. This paper mainly introduces the hardware design argumentation and choice, and some functional control software design. This design goal is: by single-chip microcomputer to realize the automatic detection and automatic temperature control, realize the intellectualized equipment. Keywords: Microcontroller; Temperature sensors; Automatic control
热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速
目录 1.原理电路的设计 (11) 1.1总体方案设计 (11) 1.1.1简单原理叙述 (11) 1.1.2设计方案选择 (11) 1.2单元电路的设计 (33) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (33) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (44) 1.2.3电压表征温度单元 (55) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (66) 1.2.5驱动单元——继电器 (88) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (99) 1.3完整电路图 (1010) 2.仿真结果分析 (1111) 3 实物展示 (1313) 3.1 实物焊接效果图 (1313) 3.2 实物性能测试数据 (1414) 3.2.1制冷测试 (1414) 3.2.2制热测试 (1818) 3.3.3性能测试数据分析 (2020) 4总结、收获与体会 (2121) 附录一元件清单 (2222) 附录二参考文献. (2323)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339 N为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741，NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
~ 过程控制系统课程设计报告 · 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师： ` )
温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。( 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值
采样时间 t 8 》 9 10 11 12 13 温度值℃ 64 · 72 79 86 93 98 以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： < 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内
前言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。 随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中.其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等. 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_）的结晶.目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路.有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。 为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度,利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。在近端与远端通信过程中，采用串行MAX232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。
水温自动控制系统设计 摘要 水温自动控制系统在工业及日常生活中应用广泛，在生产中发挥着重要作用。实现水温控制的方法很多，如单片机控制、PLC控制等等。而其中用单片机控制实现的水温控制系统，具有可靠性高、价格低、简单易实现等多种优点。单片机用于工业控制是近年来发展非常迅速的领域，现在许多自动化的生产车间里，都是靠单片机来实现的。 温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能很难提高，有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量，因此设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍了一种以Atmel公司的低功耗高性能CMOS 8位单片机为核心，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的方法来实现的水温控制系统，其硬件电路包括温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以及RS232接口等电路。该系统可实现对温度的测量，并能根据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。 关键词：AT89S52；温度控制；PT1000；PID
Design of Temperature Automatic Control System ABSTRACT The temperature is one of the mainly charged parameters which are industrial control targets. It is difficult to enhance the control performance due to the characteristics of the temperature charged object. Such as inertia, hysteresis and non-linear, etc…Its temperature control process will have a direct impact on the quality of the product in some technological process. Therefore it is absolute valuable to design a ideal temperature control system. In order to realize the high accuracy survey and control of water temperature. Systematic core is AT89S52, which is a low-power loss, high-performance 8-bit MCU of Atmel Company. The system unifies PID control algorithm and PID parameter tuning to control the water temperature. Its hardware circuit also includes temperature gathering, temperature control and temperature display, keyboard input and RS232 interfaces. The system can realize to survey the water temperature, and it can adjust the temperature according to the setting value. Keywords：AT89S52; temperature control; PT1000; PID
过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值
以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值）
附表1 铜陵学院学生毕业论文（设计）选题审批表院部：专业：
附表2 铜陵学院毕业论文（设计）任务书 同学：你好！ 你所预选的毕业论文（设计）题目自动温度控制系统的设计经审定已通过，你可以进入研究（设计）阶段，请你按照以下进程要求完成毕业论文（设计）的研究设计任务。 一、在指导教师的指导下，进一步明确所选课题的目的和意义。 二、根据选题进行广泛调研，并检索主要参考文献。 三、拟定研究（设计）方案（包括内容、方法、预期目标、进度安排等）。 四、毕业论文（设计）的主要内容（或主要技术要求与数据）：主要 是设计一个温度自动控制系统，用单片机控制，数字温度传感器采集数据， 并用LCD液晶显示器模块显示。它属于一个恒温系统。通过单片机处理，并 发出指令，使用继电器控制、隔离。 五、编写毕业论文(设计)提纲。 六、将包含上述内容的开题报告于 2015 年 1 月 6 日前送 交指导老师，并于 2015 年 1 月 15 日前完成开题。 七、请你于 2015 年 4 月 20 日前完成毕业论文（设计）的初 稿。 八、请你在 2015 年 4 月 22 日至 5 月 31 日之间反复修改 初稿（要求不少于三次）。 九、请你于 2015 年 6 月 20 日前把符合铜陵学院毕业论文（设 计）撰写格式要求的纸质定稿和相关的附件等材料，按要求装订一式三份， 连同对应的电子文档送交指导老师。 十、你的毕业论文（设计）如果通过了答辩资格审查，请于 2015 年 6月 20 日前准备参加本学院统一组织的毕业论文（设计）答辩（具体答辩
时间另行通知）。 十一、如果你的联系方式发生变动，应及时通知你的指导老师。 指导教师电话： E-mail： 学生电话： E-mail： 指导教师签名：学生签名： 下达任务日期： 2014 年 12 月 23 日接受任务日期： 2014 年 12 月24 日注：本任务书一式两份，一份交给学生，一份指导教师留存。 附表3 铜陵学院毕业论文（设计）开题报告
温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:
2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)
5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。
摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could