水温控制系统样本

大学实验报告课程名称过程装备控制技术及应用系专业 1 班姓名实验名称水温控制系统实验（实验三）实验日期2013.7.7 指导老师一、实验目的(1)了解水温定值控制系统的结构与组成。

(2)掌握水温定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

(3)掌握临界比例度法整定调节器参数。

(4)研究调节器三参数的变化对系统静、动态性能的影响。

(5)了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对水温定值控制的作用。

二、实验设备实验对象、电源控制台、研华模块、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。

三、实验原理被控量为水的温度，实验要求系统的温度稳定在给定值。

将温度传感器检测到温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制加热时间，以达到控制被控温度的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统调节器应为PI或PID控制。

四、实验内容与步骤（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化。

作广义过程的阶跃响应曲线，并由此确定被控过程的数学模型。

（2）采用临界比例度法整定调节器参数。

在闭环情况下进行，设T I=∞，T D=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图1所示。

根据临界比例度δk 和振荡周期TS，按表2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值（3）分别适量改变调节仪的P、I、D参数，重复步骤，用计算机记录不同参数时闭环系统的干扰阶跃响应曲线。

以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成系统不稳定。

加入干扰后，被测温度便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，温度稳定至新的设定值，记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，温度的响应过程曲线将如图1所示。

图1 温控系统的阶跃响应曲线（4）分别用P、PD、PID三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

积分时间对过渡过程的影响五、数据记录及结果分析由于系统环境基本相同（室温26℃），广义过程的特性参数确定同实验一，此实验不再重复测量。

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。

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。

水温控制系统设计报告专业班级：09电子信息工程3班学号：0901********姓名：王孟雄水温控制系统一.主要性能指标：本系统一种以SPCE061A单片机为控制核心、以PID算法控制以及PID 参数整定相结合的控制方法来实现的水温控制系统。

温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量，其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。

该系统为一实验系统，系统设计任务：设计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调整，以保持设定的温度基本不变。

系统设计具体要求：⑴温度设定范围为40～90℃。

⑵环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。

⑶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。

⑷用十进制数码管显示水的实际温度。

⑸在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。

二.方案论证和比较：1．方案（1）方案一采用二位式模拟控制方案，利用上下限比较电路，提高精度。

这种方法是模拟控制方式，因此不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用数码显示和键盘设定。

（框图见C-1）（图C-1）2）方案二采用热敏电阻作传感器，以A T89C52单片机为核心进行整个系统的管理、协调。

该方案有A/D转换、测量和控制等部分。

比第一种方案有设计灵活、精度高等优点。

但该方案采用A/D转换器，在线路设计上数据线多，不易实现数摸隔离，且成本高。

（框图见C-2）（框图见C-2）（3）方案三此方按采用AT89C52单片机，并利用温度传感器DS18B20。

它具有精度高﹑可靠性好和能直接将模拟被测量转换成数字量输出，因此不需要加A/D转换，电路更加简单。

加上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。

一、前言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。

本设计任务和主要内容：设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为 1 升净水，容器为搪瓷或塑料器皿。

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。

本设计主要内容如下：（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）用1602液晶显示水的实际温度。

（4）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。

（5）温度控制的静态误差≤0.5℃。

二、系统方案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。

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。

此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。

比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。

2、键盘显示部分控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。

方案一：采用可编程控制器8279与数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。

北京联合大学水温控制系统设计重点：水温控制系统的基本设计方法难点：系统技术指标的实现要求：设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1L净水，水温在一定范围内由人工设定，并在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的水温基本不变。

○1具备系统自检功能○2温度设定范围为C90~40，最小区分度为C 1，标定温度小于等于C 1；○3环境温度降低时，温度控制的静态误差小于等于C 1；○4用十进制数码显示水的实际温度；○5当调节5分钟无效时，声光报警；⑦当设定温度突变时，由C40提高到C60，减少系统的调节时间和超调量；⑧当设定温度突变时，由C40提高到C60，自动打印水温随时间变化曲线。

系统框图：89C52单片机数码显示管温度控制器电炉电风扇报警器温度传感器采样电路：温度传感器是整个控制系统获取被控对象特征的重要部件，它的特性直接影响系统的精度，数字式温度传感器DSl8820是最新的“一线器件”．它具有体积小、适用电压宽、经济，实用、线性度很好，精度较高、且其本身已经进行了校正，使用时不需再进行调整等特点，本系统采用DSl8820作为温度传感器，采集的数据直接送到单片机中．现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性．适合于恶劣环境的现场温度测量．控制器：控制器采用AT89C52单片机，数据的采集、温度显示、温度设定．并完成超温报警功能．主频选用12MHZ的晶振控制电路如图数码管显示电路：按键电路中，当人工设定温度后自动返回，显示当前的实际温度．显示功能是由3个数码管来完成，它们显示的数据分别代表个位、十位和小数点后一位．所显示的数据由单片机以并行位选方式直接以BCD码送给数码管．显示电路如图:温度控制电路：此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成。

MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。

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。

水温控制系统摘要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,本设计基于stm32单片机控制的水温智能控制系统, 介绍了系统在硬件和软件方面的设计思想,以stm32单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现的水温控制系统。

建立了用户操作界面,构成微型监控系统,使水温变化情况可以进行动态的显示，并能在一定的范围内由人工设定。

关键词：stm32 智能控制DS18B20温度传感器PID算法AbstractThe water temperature control applies widely in the industry and the daily life, the classification are many, the different water temperature control system's control method is also different, this design the water temperature intelligent control system which controls based on the stm32 monolithic integrated circuit, introduced the system in the hardware and the software aspect's design concept, take the stm32 monolithic integrated circuit as a core, has used temperature sensor DS18B20, the water temperature control system which by the PID algorithm control as well as the PID parameter installation, unifies the control method which realizes. Has established the user operation contact surface, the constitution miniature supervisory system, enables the water temperature change situation to be possible to carry on the dynamic demonstration, and can by establish artificially in certain scope.Keyword: stm32 Intelligent control DS18B20 temperature sensor PID algorithm1任务及要求1.1任务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。