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基于单片机的水温控制系统设计

目录

第1节引言……………3

1.1水温控制系统概述……………3

1.2本设计任务和主要内容………………

第2节系统设计原理与方案论证……5

2.1总体框图………5

2.2总体方案论证…………………5

2.3各部分电路方案论证…………6

第3节硬件电路设计与计算……………8

3.1温度采样和转换电路…………8

3.2温度控制电路…………………9

3.3单片机控制部分………………10

3.4键盘及数字显示部分…………10

第4节实验测试………12

4.1循环显示“HELLO888”………12

4.2键盘及数字显示结合…………13

4.3温度设定和传送电路…………15

4.4PWM电压输出电路……………20

第5节课程设计总结……………………23

5.1此次水温控制系统设计过程中遇到的问题及其解决方法…23

5.2设计体会及对该设计的建议…………………23

参考文献………………19

基于单片机的水温控制系统设计

第1节引言

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AT89C51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MRAC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。

1.1水温控制系统概述

温度控制是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，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数

据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系

统能够有很高的精确度（起码是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。

1.2本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