水温自动控制系统教学内容
鱼缸温度控制系统教材课程
温度采集
• DS18B20工作流程
复位信号
ROM功能命令
主机读写操作
器件功能命令
主机读写操作
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• 发命令要求进行温度采集
– ow_reset(); – write_byte(0xcc); – write_byte(0x44);
• 读取温度
– ow_reset(); – write_byte(0xcc); – write_byte(0xbe); – temp_lsb=read_byte(); – temp_msb=read_byte();
YES
NO
温度是否仍超 过范围？
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程序代码设计
• 系统初始化 • 采集温度 • 数据处理 • 温度显示 • 温度判断 • 打开/关闭加热电路 • 打开/关闭LED指示
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系统初始化
• 需要进行初始化的设备
– CH452数码管驱动器 – DS18B20温度传感器 – LEDED控制
• 根据前面的判断，分两种情况进行控制
– 在温度范围内
• led_addr = LED_ADDR; • *led_addr = 0xff; • led_addr = ADDR; • *led_addr = 0x80;
– 超出温度范围
• led_addr = LED_ADDR; • *led_addr = 0x7f; • led_addr = ADDR; • *led_addr = 0x00;
50
系统结构框图设计
数码管显示
CH452
LED指示
MCU
加热电路
鱼缸
温度传感器 DS18B20
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程序流程分析
• 程序流程图
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水温自动控制系统的设计
目录一、课程设计背景〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃3二、课程设计要求及分析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃4三、电路原理框图及说明〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃4四、电路原理图〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃5五、程序及解析〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃6六、课程设计总结和感言〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃14七、参考文献〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 14 一、课程设计背景温度控制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，那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统的精确度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。
二、课程设计要求及分析要求及分析:本课题要求利用单片机对水温进行自动控制，细分为以下几点具体的要求：（1）要有一个加热系统，能对水进行加热，并有一个可控的开关；（2）要有一个反馈系统，能把实际水温反馈回来用于系统的控制；（3）要有一个以单片机为核心的控制系统，能够通过比较设定值和反馈值的大小控制加热系统的工作，并可以对温度进行设定。
水温报警系统课程设计
水温报警系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解水温报警系统的基本工作原理，掌握相关电子元件的功能和使用方法。
2. 学生能描述传感器在检测水温变化中的作用，并解释其工作原理。
3. 学生掌握如何读取传感器数据，并通过程序进行逻辑判断，实现报警功能。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计并搭建一个简单的水温报警系统。
2. 学生能够编写程序，实现对水温的实时监控和报警功能。
3. 学生能够通过实际操作，培养动手能力、团队协作能力和问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习水温报警系统，认识到科技在生活中的应用，增强对科学技术的兴趣。
2. 学生在团队协作中，学会互相尊重、沟通与协作，培养良好的合作意识。
3. 学生能够关注环境问题，认识到节能减排的重要性，树立环保意识。
本课程针对初中年级学生，结合电子技术、传感器原理和编程知识，以实用性为导向，帮助学生掌握水温报警系统的设计与制作。
课程注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力、创新思维和团队协作能力。
通过本课程的学习，学生能够将所学知识应用于实际生活中，解决实际问题，提高对科学技术的认识和兴趣。
1. 电子元件基础知识：介绍常用电子元件（如电阻、电容、二极管、三极管等）的功能、符号和参数。
- 教材章节：第二章“常用电子元件”2. 传感器原理与应用：讲解温度传感器的工作原理、特性及应用场景。
- 教材章节：第四章“传感器及其应用”3. 编程基础：介绍Arduino编程基础，包括变量、数据类型、控制结构等。
- 教材章节：第六章“Arduino编程基础”4. 水温报警系统设计与制作：结合所学知识，设计并搭建一个简单的水温报警系统。
- 教材章节：第八章“综合项目设计与实践”5. 实践操作：分组进行水温报警系统的搭建和调试，实现报警功能。
- 教材章节：第八章“综合项目设计与实践”教学内容安排和进度：第一课时：电子元件基础知识学习，认识常用电子元件。
plc水温控制课程设计
plc水温控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和工作流程；2. 学生能够掌握水温控制系统的组成及各部分功能；3. 学生能够运用PLC编程实现对水温的精确控制。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识设计简单的水温控制程序；2. 学生能够使用相关工具和仪器进行水温控制系统的调试与优化；3. 学生能够分析并解决实际水温控制过程中出现的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术的兴趣，提高学习积极性；2. 学生通过团队协作完成课程任务，培养合作精神和沟通能力；3. 学生认识到水温控制在实际生活中的重要性，增强环保意识。
课程性质：本课程属于应用实践性课程，结合理论知识与实际操作，培养学生的动手能力和实际应用能力。
学生特点：学生为具有一定电子、电气基础知识的初中生，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手操作。
教学要求：教师需引导学生将所学理论知识应用于实际操作中，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力，将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- PLC基本原理与结构；- 水温控制系统的组成，包括传感器、执行器、控制器等；- PLC编程基础，如逻辑运算、梯形图编程等；- 水温控制算法，如PID控制原理。
2. 实践操作：- 水温控制系统的搭建，包括电路连接、设备调试等；- PLC编程软件的使用，编写并下载水温控制程序；- 水温控制系统的测试与优化，如调整参数、改进控制效果等。
3. 教学大纲：- 第一课时：PLC基本原理与结构介绍，水温控制系统的概念；- 第二课时：水温控制系统的组成，各部分功能及相互关系；- 第三课时：PLC编程基础，编写简单的水温控制程序；- 第四课时：水温控制算法，PID控制原理及其应用；- 第五课时：实践操作，水温控制系统的搭建与调试；- 第六课时：总结与评价，分析课程实施过程中的优点与不足。
教材章节关联：本教学内容与教材中关于PLC应用、水温控制系统设计等相关章节紧密关联，结合教材内容，确保学生所学知识的科学性和系统性。
水温控制系统方案讲解课件
展示联调过程中的实时 数据和曲线，包括温度 、流量、压力等参数的 变化情况。
数据对比
将联调数据与理论计算 值或历史数据进行对比 ，分析偏差原因和影响 因素。
数据分析
采用统计和分析方法对 联调数据进行处理，提 取关键指标和规律，为 系统优化提供依据。
06
项目总结与未来展望
本次项目成果回顾以及经验教训分享
03
硬件平台搭建与测试验证
关键硬件组件选型及原因阐述
传感器
选择DS18B20温度传感器，其测量范围广、精度高，适用于本系 统。
控制器
选用STM32F103C8T6微控制器，具有丰富的外设接口和强大的数 据处理能力，满足系统需求。
执行器
采用继电器模块控制加热棒和散热风扇，实现水温的调节。
电路原理图设计及PCB制作流程
处理等。
实现方法
利用编程语言和开发工具，将设 计好的算法转化为可执行的程序
代码。
系统稳定性、精度和效率评估指标
稳定性评估指标
选用合适的稳定性评估指标，如系统阻尼比、相 位裕量等，对系统稳定性进行评估。
精度评估指标
采用误差绝对值、误差百分比等指标，对系统控 制精度进行评估。
效率评估指标
考虑系统调节时间、能耗等因素，选用合适的效 率评估指标，对系统效率进行评估。
传感器测试
使用万用表检测DS18B20温度传感器输出信号是否准确，确保温 度采集无误。
控制器程序烧录与调试
将编写好的控制程序烧录到STM32F103C8T6微控制器中，通过串 口通信进行调试，确保程序运行正常。
执行器测试
分别测试继电器模块控制加热棒和散热风扇的功能是否正常，确保 水温调节有效。
水温自动控制系统实验报告课案【范本模板】
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。
模块三 水温自动控制系统(过零)
项目三水温自动控制系统第一节系统分析1.1水温控制系统概述温度控制无论在工业生产过程中，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。
以单片机为核心的水温自动控制系统，可以实时采集现场温度数据，并和目标温度进行比较，根据两者之差采用PID 等控制算法调整是电热丝的功率实现水温的精确控制，从而提高生产效率，改善人民的生活水平。
1.2设计任务和主要内容1.基本要求一升水由1kW的电炉加热，要求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。
2.主要性能指标①温度设定范围：40~90o C，最小区分度为1o C。
②控制精度：温度控制的静态误差1o C≤。
③用十进制数码显示实际水温。
3.扩展功能①具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。
②采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。
≤。
③温度控制的静态误差0.2o C第二节系统设计温度测控系统结构框图如图3. 1所示，设计中被控对象为 lL净水，采用 lkW 电炉进行加热。
本设计主要以单片机为控制核心，利用 PID控制算法进行水温度的恒温控制。
AC220V 图3.1 系统结构图单片机系统由电源模块、温度测量模块、功率调节模块、人机接口模块和单片机核心模块五个部分组成，电源模块为系统提供±12V、+5V直流工作电源；温度测量模块完成对水的温度测量；功率调节模块实现对水的加热控制；人机接口模块实现温度值的设定、显示、单片机和PC之间的通信等功能。
下面分别讲述各模块的具体设计思想和应用功能。
模块一、电源模块电源模块选用标准的开关电源模块，其中±12V直流电源的输出电流为1A，+5V直流电源的输出电流为500mA。
plc水温控制课程设计
plc水温控制课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习PLC水温控制相关知识，让学生掌握PLC的基本原理、编程方法和应用技巧。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解PLC的基本构成和工作原理；（2）熟悉PLC编程语言和指令系统；（3）掌握PLC在水温控制系统中的应用。
2.技能目标：（1）能够使用PLC进行简单的逻辑控制；（2）能够阅读和分析PLC程序；（3）能够独立完成PLC水温控制系统的编程和调试。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对PLC技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、积极向上的学习态度；（3）培养学生团队协作和解决问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.PLC基本原理：介绍PLC的定义、构成、工作原理和编程语言。
2.PLC编程方法：讲解PLC编程的基本方法，包括逻辑控制、定时、计数、中断等。
3.PLC在水温控制系统中的应用：介绍PLC在水温控制中的应用案例，分析控制原理和编程方法。
4.实践操作：安排实验室实践环节，让学生亲自动手操作PLC设备，完成水温控制系统的编程和调试。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：讲解PLC基本原理、编程方法和应用案例。
2.案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解PLC在水温控制系统中的应用。
3.实验法：安排实验室实践环节，让学生动手操作PLC设备，提高实际操作能力。
4.讨论法：学生进行小组讨论，培养团队协作和解决问题的能力。
四、教学资源为了保证教学效果，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的PLC教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果。
4.实验设备：配置PLC实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式相结合的方法。
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水温自动控制系统
水温自动控制系统
通过模块方案的比较与论证，最终确定的系统组成方框图如图1所示。
本论文设计是主要采用AT89C51单片机芯片来实现温度采集、信号处理、温度设置、温度显示和继电器输出控制等功能的主要核心芯片。
利用数字温度计来检测水温；采用A/D转换芯片ADC0809来实现对温度计采集到信号进行模数转换处理；采用四位共阴LED和按键实现温度的显示和温度的设置功能；采用继电器来实现间接控制外围设备。
图1系统组成方框图
1、部分外围系统的设计思路
本文通过方案比较与论证，最终确定的外围系统组成方框图如图2所示。
外围系统主要是利用数字温度计来检测水温，并把数据传送给单片机处理判断水温是否稳定，是否启动加热装置。
加热部分是由单片机控制继电器的输出部分，并由继电器间接控制加热装置的启停。
图2 外围系统组成方框图
2、硬件电路设计
2.1单片机最小系统的设计
单片机最小系统是由单片机芯片AT89C51为核心，由电源部分、复位电路和晶振电路组成（如图3所示）。
图3 单片机最小系统
3、温度检测电路的设计与论证
采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成（热电偶的构成如图5），热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。
通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。
数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行
A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
4、显示功能电路的设计与论证
采用74LS138和74LS248分别驱动同一块四位共阴LED的位选和数选，这不仅节省了I/O地址端口，也节省了单片机的内部空间容量，同时不容易产生干扰（显示电路如图6所示）。
5、温度报警提示功能电路的设计与论证
本设计的发挥部分，是加入了报警，如果我们所设计的系统是监控某一设备的水温，当水的温度超过我们所设定的温度值时，系统会产生报警。
报警时由单片机产生一定频率的脉冲，由P0.0引脚输出，P0.0外接一只NPN的三极管来驱动扬声器发出声音，以便操作员来维护，从而达到报警的目的。
此方案能完成声光提示功能，给人以提示的可懂性比较差，但在一定程度上能满足要求，而且易于实现，成本也不高（报警提示电路如图7所示）。
6、外围电路控制设计
本部分设计根据温度传感器检测到的水温信号通过处理后，由AT89C51单片机判断是否进行加热还是降温或者稳定不变。
模式一：对于单相加热装置，若要加热则采用AT89C51的输出引脚端接
5V中间继电器的线圈，由单片机产生的相对应的脉冲信号来接通5V中间继电器的线圈，同时使中间继电器的常开触点闭合，接通外围电路220V电压并控制外围单相加热装置工作（如图8所示）。
图8 单相加热装置电路图
模式二：对于三相加热装置，若要加热则采用AT89C51的输出引脚端接
5V中间继电器的线圈，由单片机产生的相对应的脉冲信号来接通5V中间继电器的线圈，再由中继电器的常开触点去控制主接触器的线圈，接通外围电路380V电压并控制外围三相加热装置工作（如图9所示）。
图9 三相加热装置电路图
7、控制主程序设计
控制程序启动后程序进入5S的倒计时状态，并开启四位数码显示工作；5S 倒计时结束后程序开始运行，首先程序先判断是否运行温度设置程序，否则运行正常的温度检测、上下限报警及外围电路控制程序。
即由温度传感器
DS18B20检测水温，再通过单片机对检测信号进行处理，并对实际温度和设定温度进行比较，判断是否达到上下限报警要求，把结果传送至显示部分并调用显示子程序显示，同时判断是否启动加热功能，是则控制继电器输出控制外围设备执行相应的工作；否则系统进入恒温控制状态。
完成后进入下一个扫描周期。
图11 单片机主程序流程图
8、温度设置程序设计
程序进入温度设置状态后,程序会检测判断片选键是否按下，否则片选闪烁并进入位选检测状态；是则片选位闪烁并使累加器加1，判断是否为4（片选总位数）若是返回重新检测判断片选键是否按下，若否把累加器的值赋值给片选存储器，同时进入位选检测状态。
程序进入位选状态后，等待10S并检测判断位选键是否按下，否则子程序返回；是则进入位选状态并使累回器加1，再对累加器的数据进入十进制调整，同时赋值给设定值存储器及显示存储器，结束子程序并返回。
9、上下限报警程序设计
程序运行后，温度传感器DS18B20检测水温，通过单片机对检测信号进行处理，并对实际温度和设定温度进行比较，判断实际温度是否小于设定值？是则进行下限报警并启动外围加热电路；否则判断实际温度是否大于设定值？是则进行上限报警并降温，同时子程序返回；否则进行恒温控制，同时子程序返回。
图13 上下限报警子程序流程图。