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基于51单片机的水温自动控制系统的设计

学生：汪凡，信息工程学院

指导教师：朱嵘涛，信息工程学院

一、题目来源

题目来源于生产/社会实际。

二、研究背景及其意义目的

随着社会主义现代化的发展，在科学技术突飞猛进的今天，人工智能起到不可忽视的

作用。尤其是各种智能化的仪器、仪表在农、工业的广泛应用给社会带来了极大的便利。

文章就是一个利用温度来实现简单智能控制的例子。它完成了从温度的采集、转换、显示

以及控制的一系列任务。由于篇幅关系，文章并未深入探讨温度的具体实例。例如根据温

度来控制热水器、电风扇等与温度有关的设备，提供了一个通过温度来控制设备的基本思

想和原理。

测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，

温度控制系统已应用到生活的各个方面，但是温度控制一直是一个未开发的领域，是与人

们息息相关的一个问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前

景和实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一。物理、化学、生物等学科都离

不开温度，在工业生产等许多领域，温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。各行

各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品

中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度

控制器应用越来越广泛，各种试用于不同场和的温度控制器应运而生。

目前市场上经销的温度控制系统大多是采用模拟电路及继电器控制，存在电路繁琐,可

调节性差，受温度影响大，响应速度慢，有噪音等缺点，针对这些缺点我们对它进行了再

次设计。实现满足题目要求的水温自动控制系统需要解决以下两个方面的问题：一是高精

度的水温测量电路及其数据处理的实现，另一个是控制方法及其控制电路实现的研究。数

字控制方法远远优于模拟控制方法。目前，实现水温的高精度控制常采用数字控制方法，

可用的控制算法有开关控制、经典PID控制、模糊控制等。为了追求控制系统具有最小的

稳态误差、最好的动态过程，即具有最小的超调量和最短的稳定时间，人们一直在不断研

究各种控制方法的应用。

单片机水温控制系统，是用来控制电炉温度，让它的温度始终保持在某一个范围内的

恒温值，为此对温度的控制我们可采用很多种方法，以往的水温控制系统都采用开关式控

制方式，使用的是模拟式调节仪表，我们可通过一位式模拟控制方案，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。

但是存在着不足之处：系统所得结果的精度不高而且调节动作频率、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，不能用液晶显示，不能用键盘设定。

单片机温控系统多种多样，针对不同的被控对象可以设计出不同的硬件电路。为了实

现高精度的温度控制，我们采用了以AT89C51为控制核心的单片机控制系统，温度实时

控制采用的是多次测量取不同的PWM值来触发可控硅从而调节加热丝的有效功率。并用

液晶显示水的实际温度，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

可实现显示、打印，键盘设定，远程控制，报警等功能，大大提高系统的智能化，也使得

系统所测结果精度大大提高。并且为了保证系统稳定运行,在软硬件方面都采取了一定的措

施。主程序主要处理系统初始化、扫描键盘、采样温度值和对采样数值进行数字滤波等工

作。系统灵敏度高和抗干能力强，具备较高的测量和控制精度。该控制系统主要是针对控

制水杯中的温度而设计的，它具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特

点，所以具有一定的应用前景。它也不仅可应用于科研水中的温度检测与控制，也可应用

于实际孵蛋房、豆芽菜房等生产工作间恒温控制的场合。

三、阅读的主要参考文献及资料名称

[1]严洁.单片机原理及其接口技术.机械工业出版社，2010，65-105

[2]范红刚.51单片机自学笔记.北京航空航天大学出版社，2009

[3]高云.基于MSP430的温室多路数据采集系统.农机化研究，2009，No.8

[4]常铁原，王欣，陈文军.多路数据采集系统的设计.电子技术应用，2008，No.11

[5]叶红海，李丽敏.基于单片机的多路