水温自动控制系统
基于at89c51单片机的水温控制系统的设计文献综述
基于at89c51单片机的水温控制系统的设计文献综述基于AT89C51单片机的水温控制系统的设计文献综述一、引言水温控制系统在工业、家电、农业等领域有着广泛的应用。
随着科技的发展，单片机作为微控制器在控制系统中的应用越来越广泛。
AT89C51单片机作为一种常用的单片机，具有性能稳定、价格低廉等优点，被广泛应用于水温控制系统的设计中。
本文将对基于AT89C51单片机的水温控制系统的设计进行文献综述。
二、AT89C51单片机简介AT89C51是一种常用的8位单片机，由美国ATMEL公司生产。
它具有4K字节的Flash 存储器、128字节的RAM、32位I/O端口、两个16位定时器/计数器、一个5向量两级中断结构、一个全双工串行通信口等功能。
AT89C51单片机适用于各种控制领域，如温度、湿度、压力等。
三、水温控制系统设计水温控制系统主要由温度传感器、单片机控制器、执行器等组成。
传感器负责采集水温信息，并将信息传递给单片机控制器。
单片机控制器根据设定的温度值与实际水温的差值，通过执行器调节加热元件的工作状态，从而实现水温的自动控制。
在基于AT89C51单片机的水温控制系统中，常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶等。
执行器则可以选择继电器、可控硅等设备，用于控制加热元件的工作状态。
为了实现精确的温度控制，可以采用模糊控制、PID控制等控制算法。
四、AT89C51单片机在水温控制系统中的应用AT89C51单片机在水温控制系统中主要负责温度信号的采集、处理和控制输出。
通过编程实现温度信号的采集和转换，并根据设定值与实际水温的差值，通过执行器调节加热元件的工作状态，从而实现水温的自动控制。
此外，AT89C51单片机还可以实现报警、显示等功能，提高系统的智能化程度。
五、总结与展望基于AT89C51单片机的水温控制系统具有结构简单、成本低廉、易于实现等优点，被广泛应用于各个领域的温度控制中。
随着科技的发展，人们对水温控制系统的精度和智能化程度的要求越来越高。
基于单片机的水温水位控制系统设计
四、结论
基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有结构简单、成本低、可靠性 高等优点。通过实时监测和控制水箱的水位和水温，可以满足不同用户的需求。 此外，通过优化系统的硬件设计和软件设计，可以进一步提高系统的性能和可靠 性。这种系统不仅可以应用于家庭用水领域，也可以应用于工业生产中的液体控 制，具有广泛的应用前景。
1、抗干扰设计
由于环境因素和设备本身的影响，系统可能会受到干扰。因此，需要在硬件 设计和软件设计中加入抗干扰措施，如滤波电路、软件去抖动等。
2、节能设计
为了降低系统的功耗，可以在软件设计中加入休眠模式和唤醒模式。当系统 不需要工作时，可以进入休眠模式，降低功耗。当有数据需要处理时，系统被唤 醒，进入工作状态。
2、软件设计
系统的软件设计主要实现以下功能：数据的采集、处理、显示和控制。首先， 单片机通过水位传感器和水温传感器采集当前的水位和水温数据。然后，单片机 对采集到的数据进行处理，判断水位和水温是否正常。如果异常，则启动相应的 执行机构进行调节。最后，单片机将处理后的数据通过显示模块进行显示。
三、系统优化
六、结论
本次演示设计了一种基于单片机的水温水位控制系统，实现了温度和水位的 自动检测、调节和控制。该系统具有成本低、可靠性高、易于实现等优点，同时 支持远程控制和节能模式等功能。在家庭、工业和科学研究中具有广泛的应用前 景。
参考自动化技术的普及，智能化设备在日常生活和工业生产中 的应用越来越广泛。其中，基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统具有重要 应用价值。这种系统可以实现对水箱水位和水温的实时监测和控制，以适应不同 的应用需求。
系统软件采用C语言编写，主要包括以下几个部分：数据采集、数据处理、 控制输出和远程通信。
1、数据采集：通过I/O端口读取DS18B20和超声波水位传感器的数据。
水温控制系统设计
c.电路外围电路所用元件参数计算
电路的设计以选定的热敏电阻系数入手，然后计算出所需要的电压增益，以ＭＦ58系列热敏电阻为例说明计算方法。
经查，在 时，电阻值为 的热敏电阻分段如表3-1：
单位：
０
29.394
5
23.319
10
18.659
15
15.052
20
12.229
25
10.000
30
8.225
35
6.802
40
5.654
45
4.721
50
3.958
55
3.330
从上表知，在常温（ ）时，热敏电阻的阻值为10Ｋ 。
由设计要求，当环境温度为下降至20 ，系统要加热；当温度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ升为50 时，停止加热，故查表3-1得：
由图3-2，由运放 组成的放大器为同相比例运算
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。
温度显示模块的任务是将环境温度（20℃~50℃）在数码管上显示出来，其方法时将热敏电阻随温度的变化值转换成相应的电压值，然后通过三位半LED专用A/D转换显示芯卡ICL7107及共阳极数码管组成的译码显示电路将环境温度显示出来（显示温度范围：20℃—50℃）
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。
电热水壶的自动控制系统原理
电热水壶的自动控制系统原理今天来聊聊电热水壶的自动控制系统原理。
你们有没有发现啊，电热水壶特别方便，水烧开了就自己断电了，不会一直烧下去造成危险什么的。
我就特别好奇，它是怎么知道水烧开了的呢？这就涉及到它的自动控制系统原理啦。
打个比方吧，电热水壶的自动控制系统就像是一个特别细心的小管家。
这个小管家主要是靠着两样东西来工作的，一个是热传感器，另一个就是电路控制器。
热传感器就像一个体温计，用来测量水温。
大部分电热水壶的热传感器是一种热敏电阻，这东西对温度可敏感了，温度变了，它自身的电阻值就跟着变。
咱们都知道水烧开是100℃（这里是在标准大气压下哦，这个小知识点要注意），当水温不断升高接近100℃的时候，热敏电阻的电阻值就会发生很大的变化。
这就要说到电路控制器了，电路控制器像个聪明的大脑。
当热传感器（热敏电阻）的电阻值变化到一定程度的时候，就好像是向电路控制器发送了一个信号：“老大，水快烧开啦！”然后电路控制器这个大脑就做出反应，切断电源，水就不会再加热啦。
我一开始也不明白这个热敏电阻是怎么跟电路控制器配合得这么默契的呢。
后来学习了电学相关的知识才晓得，在电路里面，电阻、电流和电压之间是有着非常紧密的关系的。
热敏电阻一变化，整个电路的电流电压都会改变，电路控制器设计的时候就设定好了在特定的电流电压下执行断电操作，就这么实现了自动控制。
说到这里，你可能会问，那这个自动控制系统有没有出故障的时候呢？其实是有的。
比如说热传感器老化了，就像体温计不准了，那它测量的温度就可能有偏差，有可能水没烧开就断电了，或者是水烧开了还不断电，这就有些危险了。
市面上大部分的电热水壶有一些保护措施，像有的水壶有蒸汽感应式自动断电，要是热传感器不太好使了，蒸汽的压力达到一定值也能触发断电。
这就像是给小管家配了个小助手一样。
有意思的是，这个原理不仅仅用在电热水壶上，我们生活中的很多电器设备，像电饭煲啊，它也是通过类似的原理知道饭煮熟了就停止加热；还有恒温的电熨斗，能控制温度保持不变，都是用到了温度传感器和控制系统的原理呢。
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。
基于单片机的水温控制系统性能分析与改进
基于单片机的水温控制系统性能分析与改进水温控制系统是一种常见的自动化控制系统，它主要用于控制水温在一定范围内进行调节。
本文将对基于单片机的水温控制系统的性能进行分析，并提出改进措施。
一、水温控制系统的性能分析1. 系统稳定性：水温控制系统的稳定性是指系统在不受外界干扰的情况下，能够保持水温在设定的目标温度附近波动较小。
稳定性是评价系统性能的重要指标，直接影响到系统的可靠性和精度。
2. 响应速度：水温控制系统的响应速度是指系统从接收到温度控制信号到实际水温达到设定温度的时间。
响应速度快的系统可以更快地调节水温，提高系统的控制精度和效率。
3. 控制精度：水温控制系统的控制精度是指系统达到设定目标温度的能力。
控制精度越高，系统对温度的控制越准确。
4. 抗干扰能力：水温控制系统在工作过程中可能会受到环境干扰或外部干扰的影响，如温度突然变化、电磁干扰等。
抗干扰能力较强的系统能够在干扰发生后快速恢复正常工作状态。
5. 能耗：水温控制系统在实际使用中需要消耗一定的能量。
合理降低系统的能耗，提高能源利用效率，具有重要的经济和环境意义。
二、改进措施1. 优化控制算法：通过改进控制算法，如PID控制算法，可以提高系统的稳定性和控制精度。
可以采用实时监测温度信号并与设定温度进行比较，通过反馈调整控制器的输出信号，实现对水温的精确控制。
2. 采用更精准的传感器：传感器是水温控制系统的关键组成部分，准确的温度传感器可以提供更精确的温度测量值，提高系统的控制精度。
可以考虑采用高精度的温度传感器，如PT100电阻式温度传感器。
3. 优化控制回路结构：通过合理设计控制回路结构，减小回路中潜在的干扰源和误差源，提高系统的稳定性和抗干扰能力。
可以采用差分放大器、滤波器等措施来减少信号干扰。
4. 使用高效的加热元件：加热元件是水温控制系统的核心部分，选用高效的加热元件可以提高系统的响应速度和控制精度。
比如采用电热棒或者电热管作为加热元件，可以快速将电能转化为热能，提高加热速度。
基于单片机的温度控制系统设计
基于51单片机的水温自动控制系统沈统摘要：在现代化的工业生产中，温度是常用的测量机被控参数。
本水温控制系统采用AT89C51为核心控制器件，实现对水温在30℃到96℃的自动控制。
由精密摄氏温度传感器LM35D构成前置信号采集和调理电路，过零检测双向可控硅输出光电耦合器MOC3041构成后向控制电路，由74LS164和LED数码管构成两位静态显示用于显示实时温度值。
关键词：89C51单片机；LM35D温度传感器；ADC0809；MOC3041光电藕耦合器；水温自动控制0 引言在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。
而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。
本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。
本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。
1 设计任务、要求和技术指标1.1任务设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。
1.2要求（1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。
（2）当液位低于某一值时，停止加热。
（3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。
（4）无竞争-冒险，无抖动。
1.3技术指标（1）温度显示误差不超过1℃。
（2）温度显示范围为0℃—99℃。
（3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。
（4）检测信号为电压信号。
2 方案分析与论证2.1主控系统分析与论证根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。
其引脚图如图1所示。
2.2显示系统分析与论证显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。
在显示驱动电路中拟订了两种设计方案：方案一：采用静态显示的方案采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。
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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。
本论文设计就是主要采用AT89C51单片机芯片来实现温度采集、信号处理、温度设置、温度显示与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与按键实现温度的显示与温度的设置功能;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。
外围系统主要就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就是否稳定,就是否启动加热装置。
加热部分就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
单片机最小系统就是由单片机芯片AT89C51为核心,由电源部分、复位电路与晶振电路组成(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与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。
热电偶的优点就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与74LS248分别驱动同一块四位共阴LED的位选与数选,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,就是加入了报警,如果我们所设计的系统就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单片机判断就是否进行加热还就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,首先程序先判断就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,并对实际温度与设定温度进行比较,判断就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,同时判断就是否启动加热功能,就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就是否按下,否则片选闪烁并进入位选检测状态;就是则片选位闪烁并使累加器加1,判断就是否为4(片选总位数)若就是返回重新检测判断片选键就是否按下,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并检测判断位选键就是否按下,否则子程序返回;就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,并对实际温度与设定温度进行比较,判断实际温度就是否小于设定值？就是则进行下限报警并启动外围加热电路;否则判断实际温度就是否大于设定值？就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。