水温控制系统设计与报告总结
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。
水温控制系统报告
水温控制系统目录一、要求....................................................................................二、摘要....................................................................................三、前言....................................................................................四、方案分析..................................................................................五、实现 ..................................................................................六、结论..................................................................................七、附录..................................................................................一、要求水温控制系统一、任务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。
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。
二、要求1、基本要求（1）可键盘设定控制温度值，设定最小分辨率为0.1℃；（2）实时测量并显示实际温度。
温度测量误差在±0.5 ℃内；（3）水温控制系统应具有全量程（20℃~80℃）内的升温功能；（4）任意设定一个温度值，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。
基于PID算法的水温控制系统设计报告
基于PID的水温控制系统设计摘要本次设计采用proteus仿真软件，以AT89C51单片机做为主控单元，运用PID控制算法，仿真实现了一个恒温控制系统。
设计中使用温度传感器DS18B20采集实时温度，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路，能直接与单片机完成数据的采集和处理，使用PID算法控制加热炉仿真模型进行温度控制，总体实现了一个恒温控制仿真系统。
系统设计中包含硬件设计和软件设计两部分，硬件设计包含显示模块、按键模块、温度采集模块、温度加热模块。
软件设计的部分，采用分层模块化设计，主要有：键盘扫描、按键处理程序、液晶显示程序、继电器控制程序、温度信号处理程序。
另外以AT89C51 单片机为控制核心，利用PID 控制算法提高了水温的控制精度，使用PID 控制算法实施自动控制系统，具有控制参数精度高、反映速度快和稳定性好的特点。
关键词：proteus仿真，PID，AT89C51，DS18B20温度控制目录1 系统总体设计方案论证 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 总体设计方案 (2)2 系统的硬件设计 (3)2.1 系统硬件构成概述 (3)2.2 各单元总体说明 (4)2.3 按键单元 (5)2.4 LCD液晶显示单元 (6)2.5 温度测试单元 (7)2.6 温度控制器件单元 (8)3 恒温控制算法研究（PID）................................................................... 错误!未定义书签。
3.1 PID控制器的设计 (7)3.2 PID算法的流程实现方法与具体程序 (10)4 系统的软件设计 (14)4.1 统软件设计概述 (14)4.2 系统软件程序流程及程序流程图 (15)4.3 温度数据显示模块分析 (16)4.4 测试分析 (18)5 模拟仿真结果 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
水温控制电路的设计报告
目录一设计要求------------------------------------------------------------1 二设计作用目的-------------------------------------------------1 三设计的具体实现-------------------------------------------------1 系统概述-------------------------------------------------12 设计原理及方法-------------------------------------------------13 PCB版电路制作-------------------------------------------------10四心得体会-------------------------------------------------12五元器件明细表六参考文献-------------------------------------------------13 附图水温控制电路设计报告一设计要求1、要求控制电路能够对室温22~60℃有非常敏感的反应。
2、有温度设定功能，例如限制温度为40℃，对应4V电压值。
3、当温度超过设定值时，指示灯点亮进行报警提示。
4、总体设计画出电路原理框图。
5、单元电路设计。
6、原理图设计并绘制原理图。
7、利用仿真软件进行电路仿真，列出元件明细表。
8、撰写设计说明明书。
二设计作用、目的1、设计制作一个可以测量和控制温度的水温控制电路，该电路能够将水温控制在一个合适的范围内，实现对水温范围的改变。
2、温度控制器是实现可测温和控温的电路，通过对温度控制电路的设计安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路中的应用。
进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性的应用。
3、能够使用电路仿真软件进行电路调试。
2010省赛水温控制系统设计报告
水温控制系统设计报告摘要：为了实现水温控制系统的设计要求，通过对各模块电路方案的比较及论证，最后确定了这种以STC89C52单片机为核心的硬件电路，选用DS18B20温度传感器测量水温，该传感器分辨温度可达0.0625℃，750ms数字转换，采用单总线连接，测量精度高，转换时间快，就有极强抗干扰纠错能力，在加上PID算法的精确控制，其精度足以满足题目要求。
显示模块采用12864点阵液晶，并行接口，编程容易，美观大方，可实现水温及其随时间变化的实时曲线的显示功能。
除单片机可实现的恒值自动控制外，该系统还可通过键盘设定水温，在短时间内迅速加热或制冷。
本系统实现了对一升水的温度控制，即在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不变。
关键词：STC89C52单片机、DS18B20温度传感器、128*64液晶、PID前言随着人们生活水平的提高，对生活环境的要求也越来越高，家用电器越来越趋向于自动控制控制乃至于智能控制，针对目前家庭的实际需要，自动控制水温系统比较方便实用，本文就通过51系列单片机来实现一种家用自动控制水温系统的设计。
该家用自动控制水温系统能及时反映当前系统工作区的温度信息，温度信息通过液晶屏直观的显示给用户，用户可根据自己对水温的实用要求，通过键盘自行设定温度并查看温度变化曲线。
，一、方案设计和论证1.1题目分析根据题目的具体要求，经过阅读思考，可对题目的具体任务、功能、技术指等作出如下分析。
1.1.1任务和功能实际上题目的任务就是要设计一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，，系统的功能是温度测量和控温：在测量部分，要求测量10～70ºC的温度范围，还规定了测量的精度需高于0.5ºC，测温的结果要求显示。
在控制部分，要求系统能够将水温调节到给定的温度，并进行保温。
在发挥部分，还要求提高温度系统的控制性能，缩短调节时间，提高控制精度，用液晶屏显示水温随时间变化的实时曲线。
毕业论文：水温控制系统报告
摘要温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。
特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。
在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。
在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。
那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度（起码是在满足我们要求的范围内），帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。
在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。
而当今，随着电子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易，排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务，以此来加强工业化建设,提高人民的生活水平。
方案论证与比较1、总体方案设计及论证根据题目的要求，我们提出了以下的三种方案：方案1：此方案是采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。
由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得高，而且不能用数码显示和键盘设定。
方案2：采用单片机AT89S2核心。
采用了热敏电阻来采集温度，A/D采样芯片ADC0804将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制，但热敏电阻线性度不好，精度不高。
而且外围电路比较复杂。
方案3：采用单片机AT89S52核心，使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，采用经常用到的并有很高精度的集成温度传感器DS18B20。
水温控制系统报告
水温控制系统摘要水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,本设计基于stm32单片机控制的水温智能控制系统, 介绍了系统在硬件和软件方面的设计思想,以stm32单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现的水温控制系统。
建立了用户操作界面,构成微型监控系统,使水温变化情况可以进行动态的显示，并能在一定的范围内由人工设定。
关键词：stm32 智能控制DS18B20温度传感器PID算法AbstractThe water temperature control applies widely in the industry and the daily life, the classification are many, the different water temperature control system's control method is also different, this design the water temperature intelligent control system which controls based on the stm32 monolithic integrated circuit, introduced the system in the hardware and the software aspect's design concept, take the stm32 monolithic integrated circuit as a core, has used temperature sensor DS18B20, the water temperature control system which by the PID algorithm control as well as the PID parameter installation, unifies the control method which realizes. Has established the user operation contact surface, the constitution miniature supervisory system, enables the water temperature change situation to be possible to carry on the dynamic demonstration, and can by establish artificially in certain scope.Keyword: stm32 Intelligent control DS18B20 temperature sensor PID algorithm1任务及要求1.1任务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)。
毕业论文：水温控制系统设计与总结报告
水温控制系统设计与总结报告水温控制系统设与总结报告摘要本设计是制作一水温测试系统，采用单片机89C51完成对水温的控制。
采用DS1820温度传感器对水温进行测量，系统能够实现在一定范围内人工设定、自动控制温度等性能。
同时还扩展具有报警提示、时间提示，加热状态提示，过温保护等功能，增强了系统的实用性。
经实验测试表明，该系统各项功能几乎已经达到题目的要求。
关键词：测温控制，报警，电路保护Take off WantThis design is to manufacture one water temperature test system, adopting a machine 89 C51s to complete the control toward the water temperature.Adopt the temperature of DS1820 spreads the feeling machine to carry on the diagraph to the water temperature, the system can carryout to set in the certain scope wife work, the automatic control temperature etc. function.Still expand to have to report to the police to hint at the same time, time hint, heating the appearance to hint, over protection etc. function, strengthenned the function of the system.Was express by the experiment test, various functions of that system almost have already attained the request of the topic.Keyword:Measure control, report to the police, the electric circuit protection目录1. 系统设计------------------------------------------------------------------------------1.1 设计任务及要求--------------------------------------------------------------------1.2 总体方案设计、比较-------------------------------------------------------------1.2.1 控制方案的确定-----------------------------------------------------------------1.2.2 键盘输入与显示模块-----------------------------------------------------------1.2.3 测温模块--------------------------------------------------------------------------1.2.4 报警与状态显示模块-----------------------------------------------------------1.2.5 电源模块--------------------------------------------------------------------------2.单元电路的设计------------------------------------------------------------------------2.1 控制模块的设计--------------------------------------------------------------------2.2 键盘与显示最小系统的设计-----------------------------------------------------2.3 测温电路的设计--------------------------------------------------------------------2.4 报警与状态指示模块的设计-----------------------------------------------------2.5 电源模块的设计--------------------------------------------------------------------3.软件设计---------------------------------------------------------------------------------- 3.1 开发软件简介------------------------------------------------------------------------ 3.2 键盘输入与显示模块--------------------------------------------------------------3.3 测温控制电路的设计--------------------------------------------------------------4.系统测试--------------------------------------------------------------------------------- 4.1 测试使用的仪器--------------------------------------------------------------------- 4.2 指标测试和测试结果-------------------------------------------------------------4.2.1 测试结果与分析-----------------------------------------------------------------5.结束语--------------------------------------------------------------------------------------参考文献-------------------------------------------------------------------------------------附录1 元器件名细表---------------------------------------------------------------------附录2 程序清单------------------------------------------------------------------------附录3 硬件电路原理图------------------------------------------------------------------1.系统设计1.1 设计任务及要求（1）设计任务设计并制作一个水温控制系统,控制对象为0.5L净水。
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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。
本设计的任务与要求为计并制作一个水温控制系统，控制对象为1L净水，容器为水杯。
水温可以在一定范围内可人工设定，并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。
1.2要求1.2.1基本要求(1)温度设定范围：40~90℃，最小区分度为1℃。
(2)环境温度降低时，控制精度：温度控制的静态误差≤1℃。
(3)用LCD12864显示实际水温及设定的水温。
1.2.2发挥部分(1)采用适当控制方法，当设定温度突变时，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)能自动显示水温随时间变化的曲线。
二、方案设计与论证2.1 温度检测电路方案选择方案一：使用热敏电阻。
通过阻值的变化来获得电压的变化，再做相应的转换得到温度值，虽然价格便宜但精度不高。
对于精度要求高的系统不宜采用。
方案二：使用线性NTC温度传感器。
它是一种线性温度—电压转换电路。
在通过工作电路（100uA）的条件下，元件电压值随温度呈线性变化。
测温范围在-200℃~+200℃之间。
这个温度值同样需要做相应转换，所以不方便。
方案三：使用DS18B20温度传感器。
内含AD转换器，且线路连接十分方便，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，使用读取温度暂存器的方法还能达到0.2℃以上的精度，应用方便，这样的电路主要工作量集中到单片机软件编程上。
方案论证与选择：选择方案三，采用DS18B20温度传感器。
2.2显示电路的方案选择方案一：使用数码管显示。
通过数码管显示实际水温和设定温度。
该方案程序简单，但硬件占用单片机I/O口较多，而且只能显示数字和少数几个字母，不能显示汉子提示功能，只能显示一行。
方案二：使用LCD1602。
LCD1602可显示温度及测量温度，但显示时1602只能显示两行，且只能显示字符和数字，不能显示汉字及曲线。
方案二：使用LCD12864。
LCD12864可显示字母，数字及汉字，且一次可以显示4行，显示直观，通过字幕模式、温度、曲线。
该方案程序较复杂，但显示图形代码较简单且观察清晰，显示更加明白。
方案论证与选择：选择方案三，采用LCD12864。
2.3加热和控制方案选择方案一：使用电热炉进行加热。
通过控制电炉的功率即可控制加热速度，当水温过高时，关掉电炉即可，但使用电炉成本高，且精度不易控制。
方案二：使用可控硅控制加热器的工作。
可控硅是一种半控器件，通过控制导通角的方式来控制，对每个周期的交流电进行控制，因为导通角连续可调，故控制精度高，但控制不当易造成电磁干扰需加相应防护措施，且费用较高。
方案三：使用固态继电器。
通过控制继电器通断来控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且无触点，无需外加光耦，自身可实现电气隔离，还可频繁动作。
该方案实行较简单且价格便宜。
方案论证与选择：选择方案三，采用固态继电器。
2.4控制算法选择与论证方案一：通过软件来调节占空比。
根据实时水温值来调节温度，由于水温值变换快，且惯性大。
通过软件控制不仅需要大量的代码且控制精度会受到影响。
方案二：通过采用PWM 控制加PID 算法，通过采用PWM 可以产生一个矩形波，且矩形波占空比是通过PID 算法调节，PID 算法会不断的获取当前温度值，通过设定好的参数进行比较和调节，从而实时调节加热棒的功率进而控制温度变化。
方案论证与选择：选择方案二，采用PWM 控制加PID 算法。
三、系统硬件电路设计3.1系统结构框图图3.1-13.2控制器模块本设计采用TI 公司16位超低功耗混合信号处理器MSP430F149作为控制器。
控制器通过与DS18B20的一条连接线来发送或接收信息从而控制加热控制模块，实现对水温的自动调节。
同时，通过按键设定并调节温度并在LCD 上显示实时水温和设定的温度值。
当实际水温与所设定温度值在≤1℃时，加热停止，散热停测温模块加热控制模块MSP430 F149LCD12864显示键盘模块h v r r r r r r rl散热风扇 hvrrrrrr止，当实际水温高于设定温度时，散热开启。
如图3.2-1所示。
图3.2-1 控制器模块3.3温度检测电路设计温度检测电路采用DS18B20数字式温度传感器，无需外部元件可用数据总线供电，供电范围为 3.0V~5.5V ，无需备用电源测量温度范围为-55℃~+125℃。
最小分辨率为0.0625℃。
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），其接口电路如图3.3-1所示。
图3.3-1 温度检测电路Y 132.768K H zC 122p F C 222p FC 5104C 322p FC 422p FY 2C RY ST AL2P6.3/A 33P6.4/A 44P6.5/A 55P6.6/A 66P6.7/A 77V ref+8X IN9X OU T/TC LK10V eref+11V ref-/V eref-12P1.0/T AC LK13P1.1/A 014P1.2/A 115P1.3/A 216P1.4/S MCL K17P 1.T A 018P 1.T A 119P 1.T A 220P 2.0/C L K 21P 2.1/T A I N C L K22P 2.2/C A O U T A 023P 2.3/C A T A 124P 2.4/C A T A 225P 2.5/O S C26P 2.6/A D C 1C L K27P 2.T A 028P 3.0/S T E 029P 3.1/S M O030P 3.2/S M O 1031P 3.3/U L K 032P 3.4/U X D 034P3.6/U R XD 135P3.7/U R XD 136P4.0/T B037P4.1/T B138P4.2/T B239P4.3/T B340P4.4/T B441P4.5/T B542P4.6/T B643P4.7/T BC LK 44P5.0/S TE145P5.1/S IMO 146P5.2/S OMI147P5.3/U C LK 148P5.4/MC LK 33P3.3/U R XD 049P 5.5/S M C L K50P 5.6/A C L K 51P 5.7/T B O U T H 52X T 2O U T 53X T 2I N 54T D O /T D 155T D 156T M S 57T C K 58\R \S \T \N M 159P 6.0/A 060P 6.1/A 161P 6.2/A 262A V s s 63D V s s 64A V c c1D Vcc MSP 430F149U 1MSP 430F1493.4加热控制电路设计本设计采用固态继电器控制加热棒。
通过三极管与继电器的连接来控制加热棒的通断。
加热控制电路如图3.4-1所示。
图3.4-1 加热模块3.5键盘及显示电路设计键盘采用4x1 独立键盘，通过LCD12864液晶模块显示实时温度值和按键设定的温度值，其电路如图3.5-1，3.5-2所示。
图3.5-1 独立键盘图 3.5-2 LCD12864S2S3S4S5R710KR810KR910KR1010KP1.0P1.1P1.2P1.3键盘1234567891011121314151617181920U 2LC D 12864R 510KV CCV 0R S R W EN A D0A D1A D2A D3A D4A D5A D6A D7PS B N C R ST N C V CC3.6电源电路设计该系统由5V直流电源供电，经AMS1117稳压器转换为MSP430单片机可用的3.3V。
由220V交流电源为风扇及加热棒供电，使整个水温控制系统能够正常运行。
其电路图如3.6-1所示。
供电设计电路图3.6-1 供电电路四、软件设计系统软件设计采用C语言，对MSP430单片机进行编程实现各项功能。
程序在Windows环境下采用IAR Embedded Workbench软件编写，可对测温模块、加热模块、键盘模块及显示模块等进行有效控制。
4.1 PID算法设计（1）PID工作原理：由于来自外界的各种干扰不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就必须不断地进行。
若扰动出现使得现场控制对象值发生变化，现场检测元件就会将这种变化采集后经变送器送至PID控制器的输入端，并与其给定值（以下简称SP值）进行比较得到偏差值（以下简称e值），调节器按此偏差并以预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值（SP值），以达到控制目的，如图4.1-1所示。