水温自动控制系统实验报告课案【范本模板】
水温控制系统实验
大学实验报告课程名称过程装备控制技术及应用系专业 1 班姓名实验名称水温控制系统实验（实验三）实验日期2013.7.7 指导老师一、实验目的(1)了解水温定值控制系统的结构与组成。
(2)掌握水温定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。
(3)掌握临界比例度法整定调节器参数。
(4)研究调节器三参数的变化对系统静、动态性能的影响。
(5)了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对水温定值控制的作用。
二、实验设备实验对象、电源控制台、研华模块、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。
三、实验原理被控量为水的温度，实验要求系统的温度稳定在给定值。
将温度传感器检测到温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制加热时间，以达到控制被控温度的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统调节器应为PI或PID控制。
四、实验内容与步骤（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化。
作广义过程的阶跃响应曲线，并由此确定被控过程的数学模型。
（2）采用临界比例度法整定调节器参数。
在闭环情况下进行，设T I=∞，T D=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图1所示。
根据临界比例度δk 和振荡周期TS，按表2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值（3）分别适量改变调节仪的P、I、D参数，重复步骤，用计算机记录不同参数时闭环系统的干扰阶跃响应曲线。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成系统不稳定。
加入干扰后，被测温度便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，温度稳定至新的设定值，记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，温度的响应过程曲线将如图1所示。
图1 温控系统的阶跃响应曲线（4）分别用P、PD、PID三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
积分时间对过渡过程的影响五、数据记录及结果分析由于系统环境基本相同（室温26℃），广义过程的特性参数确定同实验一，此实验不再重复测量。
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。
水温控制器实验报告
《模拟电子技术》课程设计题目学生姓名专业班级学号院（系）指导教师完成时间目录1 课程设计的目的 (4)2 课程设计的任务与要求 (4)2.1设计任务 (4)2.2设计要求 (4)3 设计方案与论证 (4)3.1方案选择与论证 (4)3.2水温控制器的原理方框图 (5)4 设计原理与功能说明 (6)4.1元器件选用原理 (6)4.2总体电路图 (10)5 单元电路设计 (11)5.1信号处理单元 (11)5.2 温度显示单元 (11)5.3控制单元 (12)6 电烙铁的使用 (13)7 总结 (14)参考文献................................................................... 错误！未定义书签。
附录一：总体电路原理图....................................... 错误！未定义书签。
附录二：元器件清单.. (18)1 课程设计的目的通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
1、学习基于LM35控制水温的设计方法；2、研究基于LM35控制水温的设计方案；3、掌握三极管管脚极性的判断方法；4、熟悉电烙铁的使用方法。
2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectric Cooler，即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。
2.2设计要求（1）设计一个水温控制器（2）能对水温进行测量并指示读数（3）能对水温进行控制，控制范围为0~100℃3 设计方案与论证3.1方案选择与论证根据设计要求，有以下3种方案：方案一：采用TC7107进行模—数转换。
通过温度传感器LM35采集到温度信号，通过使用TC7107集A/D转换和译码器于一体的功能，直接驱动数码管，省去译码器的接线。
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。
自动控制原理水温控制系统实验报告记录
自动控制原理水温控制系统实验报告记录————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：恒温控制系统设计报告学院：电子信息学院班级：12级电子信息工程指导老师：xxx姓名：zzz学号：1228436867前言水温控制无论是在工业生产中，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。
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，要求对水温进监测、显示、控制，使之达到工艺标准，满足需要。
由于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实现的。
其发展必将带来新一轮的工业化的革命和社会发展的飞跃。
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实现的。
用高新技术来解决工业生产问题，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。
采用PID算法进行温度控制，它具有控制精度高，能够克服容量滞后的特点，特别适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。
因此，我们在此基础上运用PID控制器方案制作温度控制器。
目录前言目录摘要 (3)第1章设计方案论证 (3)1.1主控芯片的选择 (2)1.2温度控制模块 (3)1.3温度采集模块 (4)1.4温度显示模块 (4)第2章系统设计 (5)2.1总体方案设计 (5)2.2硬件电路设计 (5)2.2.1 stc89c52最小系统模块 (5)2.2.2温度控制模块 (6)2.2.3温度采集模块 (7)2.2.4温度显示模块 (8)2.2.5键盘输入模块 (9)2.3软件设计 (10)2.3.1 程序流程图 (10)2.3.2 PWM输出程序设计 (11)2.3.3 PID程序设计 (11)2.3.4 DS18B20温度采集程序设计 (12)2.3.5 数码管显示程序设计 (13)2.3.6 独立按键扫描程序设计 (15)第3章系统测试 (17)3.1测试数据记录 (17)3.2数据分析与结论 (18)第4章总结 (18)参考文献 (19)附录 (19)附录1 主要元器件明细表附录2 仪器设备清单附录3 程序设计摘要：本设计基于STC89C52RC单片机水温测量及控制系统的设计。
水温控制系统课程设计报告
陕西理工学院课程设计实验报告课程：计算机控制系统课程设计题目：水温控制系统设计院系: 电气工程系班级：自控xx班学号：xxxxx姓名：xxx指导老师：xx时间：10.11.22-10.11.28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.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,家庭主妇要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,如何保持水温的恒定呢？这就需要需要水温控制系统了.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,其中以PID控制法最为常见。
单片机控制部分采用AT89C52单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。
然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。
本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。
然后在模型参考自适应算法的基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。
此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制系统。
目录1. 概述 (3)扩展功能 (3)2．方案论证 (3)2．1 总体方案论证 (3)2．2 模块方案论证 (4)2.2.1 控制方法论证 (4)2.2.2 系统组成论证 (5)2.2.3 单片机系统选择 (6)2.2.4 温度传感器选择论证 (6)2.2.5 显示模块电路论证 (6)3．PROTEUS仿真与相关实物图 (7)4．总体设计 (9)5．硬件电路设计与计算 (9)5．1 主机控制部分 (9)5．2 温度采样与显示电路 (10)5．3 温度控制电路 (11)5．4 PC机与单片机通信电路 (11)6．软件设计 (12)6．1 主程序流程图 (12)7．测试方法与测试结果 (15)7．1 系统测试仪器 (15)7．2 测试方法 (15)7．3 测试结果 (15)8．设计总结 (16)附录一液晶驱动显示程序 (17)附录二 DS18B20初始化程序 (19)附录三 PID控制程序 (23)1. 概述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、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。
水温自动控制系统设计word精品文档16页
放大电路，其电压增益 ，即
这样， ，其中 热敏电阻上的电压。
电路的设计思想是这样的：设热敏电阻 在环境温
度为 时阻值为 则 = ，这样
当选用负温度系数电阻时（关于这点，以后再详细介绍），环境温度越高，则热敏电阻的阻值愈小，设环境温度为 时，其阻值为 ，则此时 ) 这样由于温度变化引起的热敏电阻变化，就通过运算放大器转换成了电信号。
实验项目名称：水温自动控制系统设计实验日期：2019年1月5日
观察内容的选择，我本着先静后动，由近及远的原则，有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的，能理解的观察内容。随机观察也是不可少的，是相当有趣的，如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等，孩子一边观察，一边提问，兴趣很浓。我提供的观察对象，注意形象逼真，色彩鲜明，大小适中，引导幼儿多角度多层面地进行观察，保证每个幼儿看得到，看得清。看得清才能说得正确。在观察过程中指导。我注意帮助幼儿学习正确的观察方法，即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察，观察与说话相结合，在观察中积累词汇，理解词汇，如一次我抓住时机，引导幼儿观察雷雨，雷雨前天空急剧变化，乌云密布，我问幼儿乌云是什么样子的，有的孩子说：乌云像大海的波浪。有的孩子说“乌云跑得飞快。”我加以肯定说“这是乌云滚滚。”当幼儿看到闪电时，我告诉他“这叫电光闪闪。”接着幼儿听到雷声惊叫起来，我抓住时机说：“这就是雷声隆隆。”一会儿下起了大雨，我问：“雨下得怎样?”幼儿说大极了，我就舀一盆水往下一倒，作比较观察，让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。雨后，我又带幼儿观察晴朗的天空，朗诵自编的一首儿歌：“蓝天高，白云飘，鸟儿飞，树儿摇，太阳公公咪咪笑。”这样抓住特征见景生情，幼儿不仅印象深刻，对雷雨前后气象变化的词语学得快，记得牢，而且会应用。我还在观察的基础上，引导幼儿联想，让他们与以往学的词语、生活经验联系起来，在发展想象力中发展语言。如啄木鸟的嘴是长长的，尖尖的，硬硬的，像医生用的手术刀―样，给大树开刀治病。通过联想，幼儿能够生动形象地描述观察对象。实验室名称
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)。
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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。
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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、画面效
果好、抗干扰能力强。
同时12864带有字库，编程容易，且具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式、增加可读性、降低功耗。
由于要显示只有设定和测量的两个温度值，8位数码管足够使用，所以选择方案一。
1.3控制电路部分
方案一：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。
方案二：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。
方案三：采用AT89C51单片机，其内部有4KB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。
比较这三种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用方案三.
1。
4 PID过程控制部分：
①过程控制的基本概念
过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。
一、模拟控制系统
图5-1-1 基本模拟反馈控制回路
被控量的值由传感器或变送器来检测,这个值与给定值进行比较，得到偏差,模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零,其输出通过执行器作用于过程.
控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
二、微机过程控制系统
图5—1-2 微机过程控制系统基本框图
以微型计算机作为控制器.控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
三、数字控制系统DDC
图5—1-3 DDC系统构成框图
DDC（Direct Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。
微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并根据确定的控制规律(算法）进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作用于过程,故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式。
②模拟PID控制系统组成
图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图
PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r（t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分（I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制.
1、PID调节器的微分方程
⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡++
=⎰
t
D
I P dt t de T dt t e T t e K t u 0
)()(1
)()( 式中 )()()(t c t r t e -= 2、PID 调节器的传输函数 ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡++==
S T S T K S E S U S D D I P 11)()()( PID 调节器各校正环节的作用
1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差.
2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度.积分作用的强弱取决于积分时间常数TI ，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。
3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势（变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间.
③ 数字PID 控制器
二、数字PID 控制器的差分方程
[]0
0)()()()1()()()()(u n u n u n u u n e n e T T i e T T n e K n u D I P n
i D I P +++=+⎭
⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑= 式中 )()(n e K n u P P = 称为比例项
∑==n
i I
P
I i e T T
K n u 0
)()( 称为积分项
[])1()()(--=n e n e T
T K n u D
P
D 称为微分项
2 总体方案原理的理论分析
2。
1系统模块分为：DS18B20模块，数码管显示模块，继电器模块,独立键盘输入模块和声光报警模块，DS18B20可以被编程,所以箭头是双向的，CPU （89C51）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通89C51来处理数据。
数据处理后的结果就显示到数码管上.
2。
2系统模块总关系图
3 电路与程序设计
1．蜂鸣器模块
2.数码管显示模块
下图是数码管显示模块的图
3.89C51单片机最小系统模块
89C51单片机最小系统模块如下，P0口接10K的上拉电阻以便与显示模块
通讯。
4.键盘和DS18B20模块
键盘和DS18B20模块如下，DS18B20模块对水温进行采样，并与单片机通讯来实现对水温的控制。
5。
继电器模块
5测试方案与测试结果
5.1 测试方案如下:
用继电器模块来控制300W“热得快"来对1升水进行加热，用独立按键设定需加热温度值，观察数码管所显示的稳定时的水温值和环境温度降低时温度控制的静态误差。
多次调试并和设定PID参数来完善该系统。
5.2 测试结果如下：
经过多次测试，得到如下数据
6结束语
首先，通过本次应用系统设计，在很大程度上提高了我们的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解写一篇应用系统的步骤和格式，有过这样的一次制作经历，相信在接下来的日子我们能在已有的基础上做得更好.。