简易水温控制系统方案
一个简易水温控制系统的设计———控制算法设计摘要在工农业生产和日常生活中，对温度的检测与控制始终有着非常重要的实际意义和广泛的实际应用。
为了加深计算机控制理论的理解，故设计一个温度控制系统，该系统主要由温度信号采集与转换模块、主机控制模块、温度控制模块、液晶显示模块四部分组成，控制算法为PID算法。
系统可实现稳态误差小于1℃，最大超调小于1℃，并且调节时间较短，恒定效果好。
温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。
温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度围才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。
本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一个基于数字传感器DS18B20和单片机STC89C52的简单温度控制系统，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。
该系统可通过液晶显示器LCD1602显示数据或字符，通过按键设定参数；通过DS18B20测温，实现电热杯水温控制；通过PL2303下载端口，实现单机和上位机的通讯。
实验表明该系统能够实现对温度的控制，具有一定的控制精度。
该系统测温电路简单、连接方便，可用于简单温度控制的场合。
关键词：单片机；温度传感器；液晶显示器；PID算法In industrial and agricultural production and daily life, the testing and control of temperature has always had very important practical significance and extensive practical application. In order to deepen the understanding of the computer control theory, the design of a temperature control system, the system is mainly composed of temperature signal acquisition and conversion module, host control module, temperature control module, liquid crystal display module four parts, the control algorithm for PID algorithm. System can realize the steady state error is less than 1 ℃, the maximum overshoot less than 1 ℃, and the adjustment time is shorter, constant effect is good. Lagged temperature control system of the object, its response to the step signal will delay some time, produce adverse effect to the automatic control, so effective for accurate temperature measurement and control is an important indicator in the industrial control system. Temperature is an important physical quantities, it is also one of the main process parameters in industrial production process, many properties of objects and features are related to temperature, a lot of important process can only be effective in a certain temperature range, thus, accurate measurement and reliable control of temperature, in the industrial production and scientific research has the very vital significance. This paper expounds the concept of process control system, introduced a digital sensor DS18B20 and single chip microcomputer based STC89C52 simple temperature control system, electric kettle for controlled object, and through the experiment the method to establish the mathematical model of temperature control system, using PID algorithm to the design of the system, to achieve the better control. Through DS18B20, the temperature control of the electric heat cup is achieved. Through the PL2303 download port, the communication between the single machine and the above machine is achieved. The experiment shows that the system can control the temperature, and has certain control accuracy. The system is simple and easy to connect, which can be used for simple temperature control.Key words: single chip microcomputer;the temperature sensor;Liquid crystal display;PID algorithm目录一﹑设计任务与要求 (4)1.基本要求 (4)二﹑方案论证 (4)三﹑系统设计 (5)1.硬件设计 (5)2.软件设计 (10)（1）算法 (10)（2）控制系统模型分析 (11)仿真结果图 (12)四、实验结果 (12)五、结论 (13)六、心得体会 (13)附录 (14)参考文献 (24)一﹑设计任务与要求1.基本要求1L水由1kW的电路加热，要求水温可以在一定围由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持在设定的温度。
2.主要性能指标(1).温度设定围：10℃~100℃，最小分辨率为1℃。
(2).控制精度：温度控制的稳态误差<0.2℃.(3).能够实时显示当前水温(4).具有通信能力，可通过RS-232串口输出当前温度值至上位机。
(5).采用适当的控制方法，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。
二﹑方案论证由于水温控制系统的控制对象具有热储存能力大，惯性也较大的特点，水在容器的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以将被控对象归于具有纯滞后的一阶惯性环节。
该系统可以采用以下几种控制方案：1.输出开关量控制对于惯性较大的过程可简单地采用输出开关量控制的方法。
这种方法通过比较给定值与被控参数来控制输出的状态：通过控制加热回路的晶闸管的导通或关断来控制加热时间，控制过程简单易行，但容易引起反馈回路产生振荡。
因此这种控制方案一般在大惯性系统对控制精度和动态特性要求不高的情况下采用。
2.PID控制设计PID控制算法(常规PID﹑微分先行PID﹑中间反馈PID等)，对给定值与被控参数的偏差进行PID运算，输出控制量来控制加热回路。
三﹑系统设计1.硬件设计图3-1 水温控制系统结构图⑵系统硬件总体设计框图图3-2 水温控制系统硬件总体设计框图⑶单元电路设计①单片机最小系统②温度传感器信号调理及A/D转换电路③键盘接口电路④LCD1602液晶显示电路⑤驱动电路⑥串口通信电路图3-3 水温控制系统主程序流程图3-4 水温控制系统运行子程序流程图2.软件设计 （1）算法一个受控系统的被控过程一般是一个衰减振荡的过渡过程，该过程可用曲线描述如下：Y开始系统初始化是否有键入?输入键值，程序跳转到相应子程序选择控制算法子程序设定温度子程序运行子程序通信子程序N图3-5 衰减振荡曲线PID 控制系统原理框图如下图所示：图3-6 PID 控制系统原理框图系统由PID 控制器和被控对象组成。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差：e(t)=r(t)-c(t)将偏差的比例（P ）、积分（I ）和微分（D ）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID 控制器。
PID 控制算法设计其控制规律表达式为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tDI P dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( （3-1）由上式可得PID 控制器的传递函数为：s T K s T K K s D D P I P P ++=1)( （3-2）其中，Kp 为比例增益，Ti 为积分时间，Td 为微分时间。
（2）控制系统模型分析建立微分方程:M*C*dT/dt=W0*k(t)-β*M*C*(T(s)-T0) 将上式经拉普拉斯变换得：在假设室温为0℃的条件下，将上式经拉普拉斯变换推导出被控对象（即水温）的数学模型为：G(s)=T(s)/K(s)= W0/MC*s+-β*MC= W0/MC/s/β+1 （3-3） 各项参数为： W0——900（瓦） M-------1.5(kg)C--------4200(J/kg*C) β-------0.001所以，G(s)=0.14/1000s+1 PID 控制器的传递函数为：采用试凑法进行参数整定，控制器的参数按先比例、再积分、后微分的顺序进行，步骤如下：令PID调节器的Ti=∞,Td=0，使其成为纯比例调节器。
智能仪器设计一个水温控制系统
设计一个水温控制系统一：设计要求一升水由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。
二：主要性能指标 温度设定范围：40～90℃，最小区分度为1℃；控制精度：温度控制的静态误差≤1℃；用十进制数码显示实际水温；三：总体论证控制方法选择水温控制系统的控制对象具有热储存能力大，惯性也较大的特点，水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节；比例积分加微分控制(PID 控制)微分的作用使控制器的输出与偏差变化的速度成比例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果；在比例基础上加入微分作用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消除余差；PID 控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。
计算机是一种采样控制，只能根据采样时刻的偏差计算控制量，不能像模拟控制一样连续输出控制量，不能连续控制，因此控制算法里必须加入离散化处理后的积分环节和微分环节。
本系统中，PID 控制器的输入时实测温度和期望值的偏差，输出是PWM 波的脉宽。
由于温度具有热惯性的特点，以及避免出现超调现象，所以加入比例环节，而且比例系数不能太大，同时为了配合时间，可以当温差大于10时不进行PIDty运算，当温差进入10度范围内时，开启定时器进行PID控制。
PID控制流程图：方案选择结合本例题设计任务与要求，由于水温系统的传递函数事先难以精确获得，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求；但从以上对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用：一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案；另一方面，采用PID的控制方式可以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。
系统组成就控制器本身而言，控制电路可以采用经典控制理论和常规模拟控制系统实现，也可以采用以单片机为核心的智能电子系统实现水温的自动控制；单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑电路中往往是难以实现或无法实现的；所以本例将采用以单片机为核心的直接数字控制系统。
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。
水温控制报警系统
水温控制报警系统摘要：本系统采用温度传感器ＲMF51-583、LM324放大器和报警系统为核心进行设计，实现浴室水温控制，并当水温达到预警温度进行报警。
本系统由温度传感器RMF51-583进行水温监测，通过调节电阻可以调节水温控制范围。
并且能进行水温范围测量，显示其大致温度。
当水温不超出预警温度时加热，超出预警温度时报警，从而达到浴室水温控制要求。
具体方案设计：1 、设计任务和要求：设计任务：设计一个浴室水温控制报警系统。
该系统能够将水温控制在一个合适的范围内，可以通过手动实现对水温范围的改变，并且超出某一温度值时自动报警。
设计要求：1）要求系统能够通过对两根电阻丝实现对水温的控制。
假设水温范围是T1~T2(T!<T2),T为实际温度,当T1<T2时,两根电阻丝都通电加热;当T1<T<T2时,仅一根电阻丝通电加热;当T>T2时,两根电阻丝都不通电,并且报警。
2）要求系统能大致显示水温温度。
3）要求电路在T1、T2温度点不能出现跳闸现象，即电阻丝不能进行短时间内反复在通电和不通电的状态之间转换。
4）要求电路能够显示出电阻丝的通电与否。
5）要求能够手动调节水温控制的范围。
6）要求画出系统框图与设计电路图，并写出详细的设计过程。
2 、系统组成框图水温控制电路的总体框图如图（1）所示，它是由水温监测电路、水温范围测量电路、电阻丝开关电路、工作指示电路、水温显示电路、报警电路和电源电路七部分构成的。
水温监测电路水温范围测量电路电阻丝开关电路工作指示电路水温显示电路报警电路电源电路水温监测电路的功能是利用温度传感器的特性监测水温的变化，同时将温度信号转化为电信号。
水温范围测量电路的功能是利用比较器的原理实现水温范围的确定，同时利用迟滞比较器特性避免跳闸现象。
电阻丝开关电路的功能是利用发光二极管将电阻丝通电与否显示出来。
水温显示电路是利用电流表改装的表头显示水温监测到的温度。
报警电路是当水温达到一定程度时报警。
过程控制—水温控制系统设计
系统框图
电源电路
温度传感器我们组讨论后决定使用 AD590。因为其：测量范围广，灵敏 度好，电路搭建方便，使用操作简单， 可行性很强。另外，AD590的成本适 中，不过需要我们自己做好防水的封 装。
温度采集及同相比例放大电路
运算放大器LM358构成一个电压跟随器，使得输 出电压稳定 且不受后面电路的影响。 此外电 阻应选用不随温度改变的特殊电阻。
每个部分的细节大 概就这些，现在把 它整体的倒一遍。
设计有的问题
• 降温采用风扇觉得不怎么靠谱。 • 装水的容器导热还是不导热？矛盾ing • 继电器开关控制一路是加热一路是电扇散 热。就算是常温不变也会由于自身原因不 断的加热散热，极其费电且电路不稳定。 • 加热/散热的速度控制问题。
• 由于水温系统的传递函数事先难以精确获得， 因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对 控制品质的要求。但一般来说PID是最好的，其 特点是：微分的作用使控制器的输出与偏差变 化的速度成正比例。在比例基础上加上微分作 用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消 除余差。另一方面，无论采用上述哪一种控制 方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件 作相应改变即可实现不同的控制方案。
欢 迎 拍 砖
门限可调比较器
本 每 就通一 会过圈精若 大单对密要 大片应多求 提机温圈给 高来度电定 。给的位温 改器度 值 ，较 更变并准 方值通确 便。过， ， 实 但 验 这当确可 样然定选 成用 用 R5
DAΒιβλιοθήκη 10K加热控制电路
• 对加热设备和冷却设备的通断控 制，我们使用的是简单易行的继 电器控制电路，通过三极管将前 面比较出来的信号放大，驱动继 电器工作，控制加热回路还是散 热回路的通断，从而使电器设备 正常工作 。
简易水温控制系统
简易水温控制系统 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-一个简易水温控制系统的设计———控制算法设计摘要在工农业生产和日常生活中，对温度的检测与控制始终有着非常重要的实际意义和广泛的实际应用。
为了加深计算机控制理论的理解，故设计一个温度控制系统，该系统主要由温度信号采集与转换模块、主机控制模块、温度控制模块、液晶显示模块四部分组成，控制算法为PID算法。
系统可实现稳态误差小于1℃，最大超调小于1℃，并且调节时间较短，恒定效果好。
温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。
温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。
本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一个基于数字传感器DS18B20和单片机STC89C52的简单温度控制系统，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。
该系统可通过液晶显示器LCD1602显示数据或字符，通过按键设定参数；通过DS18B20测温，实现电热杯水温控制；通过PL2303下载端口，实现单机和上位机的通讯。
实验表明该系统能够实现对温度的控制，具有一定的控制精度。
该系统测温电路简单、连接方便，可用于简单温度控制的场合。
关键词：单片机；温度传感器；液晶显示器；PID算法AbstractIn industrial and agricultural production and daily life, the testing and control of temperature has always had very important practical significance and extensive practical application. In order to deepen the understanding of the computer control theory, the design of a temperature control system, the system is mainly composed of temperature signal acquisition and conversion module, host control module, temperature control module, liquid crystal display module four parts, the control algorithm for PID algorithm. System can realize the steady state error is less than 1 ℃, the maximum overshoot less than 1 ℃, and the adjustment time is shorter, constant effect is good. Lagged temperature control system of the object, its response to the step signal will delay some time, produce adverse effect to the automatic control, so effective for accurate temperature measurement and control is an important indicator in the industrial control system. Temperature is an importantphysical quantities, it is also one of the main process parameters in industrial production process, many properties of objects and features are related to temperature, a lot of important process can only be effective in a certain temperature range, thus, accurate measurement and reliable control of temperature, in the industrial production and scientific research has the very vital significance. This paper expounds the concept of process control system, introduced a digital sensor DS18B20 and single chip microcomputer based STC89C52 simple temperature control system, electric kettle for controlled object, and through the experiment the method to establish the mathematical model of temperature control system, using PID algorithm to the design of the system, to achieve the better control. Through DS18B20, the temperature control of the electric heat cup is achieved. Through the PL2303 download port, the communication between the single machine and the above machine is achieved. The experiment shows that the system can control the temperature, and has certain control accuracy. The system is simple and easy to connect, which can be used for simple temperature control.Key words: single chip microcomputer;the temperature sensor;Liquid crystal display;PID algorithm目录一﹑设计任务与要求1.基本要求1L水由1kW的电路加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持在设定的温度。
液氨的水温控制系统设计的控制方案
液氨的水温控制系统设计的控制方案一、研究目的和背景液氨是一种常用的制冷剂，广泛应用于工业生产中。
在液氨制冷系统中，水温控制是非常重要的一环。
本文旨在研究液氨的水温控制系统设计方案，以确保液氨制冷系统的正常运行。
二、液氨水温控制系统的基本原理液氨水温控制系统主要由温度传感器、控制器和执行器三部分组成。
其中，温度传感器用于检测水温变化，将检测到的信号传输给控制器；控制器根据接收到的信号进行判断，并发出指令；执行器则根据指令对水流进行调节。
三、设计方案1. 温度传感器选择为了保证精度和可靠性，建议选用铂电阻温度计作为温度传感器。
铂电阻温度计具有响应速度快、抗干扰能力强等优点，在工业生产中得到广泛应用。
2. 控制器选择在选择控制器时，需要考虑其稳定性和可靠性。
建议选用PID控制器，该类型控制器具有响应速度快、控制精度高等优点。
同时，PID控制器的自整定功能可以根据实际情况进行调整，使其更加适合不同的工业生产环境。
3. 执行器选择执行器的选择需要考虑其调节范围和响应速度。
建议选用电动调节阀门作为执行器，该类型阀门具有调节范围广、响应速度快等优点，可以满足液氨水温控制系统的要求。
4. 控制策略设计液氨水温控制系统的控制策略需要根据实际情况进行设计。
一般来说，可以采用比例-积分-微分（PID）控制策略。
其中，比例系数用于调节系统响应速度；积分系数用于消除系统稳态误差；微分系数用于消除系统过冲现象。
5. 系统参数设置在实际运行中，需要根据实际情况对液氨水温控制系统的参数进行设置。
具体来说，需要设置比例系数、积分系数和微分系数，并根据实时监测数据进行动态调整。
四、结论本文提出了液氨水温控制系统设计方案，并详细介绍了温度传感器、控制器和执行器的选择原则，以及控制策略和系统参数设置。
这些内容可以为液氨制冷系统的正常运行提供有力保障。
基于单片机技术的水温控制系统设计
基于单片机技术的水温控制系统设计水温控制系统是一种常见的自动化控制系统，它可以根据水温的变化自动调节水温，保持水温在设定的范围内。
基于单片机技术的水温控制系统设计，可以实现更加精准的控制和更加智能化的操作。
一、系统设计方案基于单片机技术的水温控制系统设计，主要包括以下几个方面：1.硬件设计：包括传感器、单片机、继电器、显示屏等硬件设备的选型和连接。
2.软件设计：包括单片机程序的编写和调试，实现温度采集、控制算法、显示等功能。
3.控制算法设计：根据实际需求，设计合适的控制算法，实现精准的温度控制。
二、系统实现流程基于单片机技术的水温控制系统实现流程如下：1.硬件连接：将传感器、单片机、继电器、显示屏等硬件设备按照设计方案连接好。
2.程序编写：根据硬件连接情况，编写单片机程序，实现温度采集、控制算法、显示等功能。
3.调试测试：将系统连接到实际的水温控制设备上，进行调试测试，检查系统是否正常工作。
4.系统优化：根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的稳定性和精度。
5.系统应用：将系统应用到实际的水温控制场景中，实现自动化控制和智能化操作。
三、系统优势基于单片机技术的水温控制系统具有以下优势：1.精准控制：采用先进的控制算法，实现精准的温度控制，避免了传统控制方式的误差和不稳定性。
2.智能化操作：通过显示屏和按键等人机交互界面，实现智能化操作，方便用户使用和管理。
3.可靠性高：采用高品质的硬件设备和优化的软件程序，保证系统的可靠性和稳定性。
4.节能环保：通过精准的温度控制，实现节能环保的目的，降低能源消耗和环境污染。
四、应用场景基于单片机技术的水温控制系统广泛应用于以下场景：1.家庭水温控制：可以实现家庭水温的自动化控制，提高生活质量和舒适度。
2.工业水温控制：可以实现工业生产中的水温控制，提高生产效率和产品质量。
3.农业水温控制：可以实现农业生产中的水温控制，提高农作物的生长效率和产量。
总之，基于单片机技术的水温控制系统设计，可以实现更加精准的控制和更加智能化的操作，具有广泛的应用前景和市场需求。
毕业设计水温控制系统
水温控制系统1 方案设计与论证分析题目本文要求设计制作一个水温控制系统，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，以保持设定温度基本不变。
静态控制精度为0.2摄氏度。
并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、温度曲线打印、语音播报温度等功能。
题目对控制温度要求较高，对调节时间和超调量也有要求，因而必须要用释放的控制算法，另外，还需要显示水温和打印水温变化曲线等。
1.1 总体方案设计经过题目的分析，根据题目要求，现提出以下三种设计方案。
方案一（框图如图1）图1 一位式模拟控制方案框图此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。
其特点是电路简单，易于实现，但是系统所地结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。
系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，难以用数码管显示，难以用键盘设定。
方案2 （框图如图2）此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。
这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使精度做得较高，而且仍难以用数码管显示与键盘设定。
图2 二位式模拟控制方案框图方案3 （框图如图3）图3 单片机控制方案框图此方案采用单片机系统来实现。
单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。
单片机系统可用数码管显示水温的实际值，能用键盘输入设定值，并可实现打印功能。
本方案可选用SPCE061A单片机（内部含有KB的EEPROM），不需要外扩展存储器可使系统整体结构更为简单。
方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也比较麻烦，而方案三是采用单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到核心的控制系统，尤其对温度控制，它可达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可方便实现数码显示、打印、键盘设定、报警系统所测结果精度大大提高，故经过对三种方案的比较论证，本设计采用方案三，利用单片机安一定的控制算法对采集的温度数据进行处理，得到控制量，以次控制电炉的功率，从而实现对水温的控制。
水温控制系统
设计报告 1. 设计原理水温控制系统以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机作为控制核心，采用开关控制和ＰＩＤ控制算法相结合，通过控制单位时间内加热时间所占的比例（即控制波形占空比）来控制水的加热速度，实现对１Ｌ水的全量程（１０℃――７０℃）内的升温、降温功能的自动控制。
根据设计要求系统可划分为控制模块、温度测量模块、水温调节模块、键盘输入模块、显示电路模块等。
系统原理图如图所示ＳＴＣ８９Ｃ５２首先写命令给ＤＳ１８Ｂ２０开始转换数据，将转换后的温度数据送入８９Ｃ５２进行处理，处理后在液晶屏上实时显示。
并将实际测量温度值与键盘设定值进行比较，根据比较结果进行温度调节，当温差比较大时采用开关量调节，既全速加热和制冷，当温差小时采用ＰＩＤ算法进行调节，最终达到温度的稳定控制。
其中，加热采用内置（水中）电加热器实现，热量直接与水传递，加热效果好，控温方便；降温采用半导体制冷片实现。
其体积小，安装简单，易于控制，价格便宜，可短时间内反复启动，但其制冷速率不高，所以设计中配套散热风扇以达到快速降温的目的。
２．温度控制算法实际温度控制系统，常采用开关控制或数字ＰＩＤ控制方式。
开关控制的特点是可以使系统以最快的素的向平衡点靠近，但在实际应用却很容易造成系统在平衡点附近震荡，精度不高；而数字ＰＩＤ控制具有稳态误差小特点，实用性广泛的特点，但误差较大时，系统容易出现积分饱和，从而份致系统出现很大的超调量，甚至出现失控现象。
因此，本设计将开关控制，放积分饱和、防参数突变积分饱和等方法溶入ＰＩＤ控制算法组成复式数字ＰＩＤ控制方法，集各种控制策略的优点，既改善了常规控制的动态过程又保持了常规控制的稳态特性。
2.1控制算法的确定温度控制过程为 : 当水温温差大时，采用开关控制方式迅速减小温差，以缩短调节时间；当温差小于某一值后采用PID 控制方式，以使系统快速稳定并保持系统无静态误差。
在这种控制方法中， PID 控制在较小温差时开始进入，这样可有效避免数字积分器的饱和。
水温控制系统设计
1、减小正向阳极电压至一个数值一下，或加反向阳极电压。
2、增加负载回路中的电阻。
在这里我们主要使用的是晶闸管的开关作用。
方案二：继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
在整流电路中，晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压，因而控制了输出电压的大小。
晶闸管导通的条件是阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流IL以上。导通后的晶闸管管压降很小。
1.2
1.2.1
（1）控制器模块
根据题目要求，控制器主要用于采集水的温度及控制水温在一定范围内变化。对于在数码处显示水位的具体温度值。对于控制器选择有两种方案。
方案一：采用FPGA作为系统的控制器，FPGA可以实现各种各样的复杂逻辑电路功能，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可以以用EDA软件仿真，调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出的方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。由于测模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制水温作出相应的数字显示，有本设计要求的数据处理速度不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分的体现，并且由于集成度较高，使其成本偏低，同时由于芯片的引脚太多，实物硬件电路板不限复杂，并加重了电路设计和实际的焊接的工作。