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智能水温控制系统设计DS18B20 作为感温元件, 占用单片机引脚少, 因而可以利用空余引脚通过软件模拟本文从硬软件两个方面介绍了基于AT89S52单片机温度自动检测系统的设计。
系统硬件由控制电路、温度采集电路、键盘和LED显示电路组成。
软件设计从设计思路、软件系统框图出发，先介绍整体的思路后，再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。
最终通过DS18B20采集温度并显示出来，由此对周围环境的温度进行有效检测与报警。
基本上满足了温度检测与报警的要求，具有超调量小，采样值与设定值基本一致，操作简单等优点。
本设计创新点在于采用数字式温度传感器和温度显示。
目录摘要.................................................... 错误!未定义书签。
目录. (3)1 绪论 (5)1.1 系统背景 (5)1.2 温度控制系统设计的意义 (5)1.3 温度控制系统完成的功能 (6)2 系统方案设计 (6)2.1对于单片机的型号有如下两个方案： (6)2.2 温度采集模块 (7)2.3控制系统方案 (7)3 硬件电路设计 (8)3.1系统总体设计 (8)3.2 各部分硬件电路设计 (9)3.2.1、时钟电路设计 (9)3.2.2系统复位电路 (10)3.2.3报警与控制电路设计 (10)3.2.4 LCD显示电路设计 (11)3.2.5温度检测电路设计 (12)3.2.6按键电路设计 (13)3.27 继电器控制系统 (13)4 软件设计 (15)4.1 主程序方案 (15)4.2 各个模块子程序设计 (16)4.2.1温度采集程序 (16)4.2.2 LCD显示程序流程图 (22)5 系统调试 (27)5.1测试环境及工具 (27)5.2测试方法 (27)5.3测试结果分析 (27)结论 (28)附录一：系统原理图 (31)附录二: 程序代码 (33)1 绪论1.1 系统背景温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。
摘要随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。
在这些众多的先进测量控制技术中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。
因此，如何将单片微处理器应用到船舶自动控制领域，成为目前轮机自动化的焦点课题之一，为越来越多的科研机构所重视。
PID水温控制调节方法出现时间较早，已被大部分现代船舶所淘汰。
因此本文针对传统的柴油机中央冷却系统水温PID控制系统算法较为复杂，不能准确、快速、灵敏、稳定的调节柴油机冷却水的温度，提出了基于89C51单片机的智能冷却水调节系统的控制方案和具体方法。
在建立柴油机中央冷却系统高温淡水（缸套冷却水）冷却回路的动态热力模型基础上，将柴油机功率模糊信号引入到了高温冷却水温度控制系统中。
通过调节三通阀的开度，从而可以达到降低冷却水温度的动态偏差，快速而准确的调节冷却水温度的目的。
比较得出基于功率信号模糊预调节与水温Smith+PID调节的智能控制方法，明显优于常规PID控制方法。
在实际应用中实现了对船舶柴油机冷却水的智能精确控制，减少了油耗，延长了发动机的使用寿命。
关键词：智能控制；89C51单片机；精度高；速度快1AbstractWith the rapid development of computer technology, measuring instruments and control technology, the application of advanced measurement and control technology, equipment and methods were applied in the modern field of automatic control. Due to the improving performance and decreasing price of single-chip microprocessor, its cost performance became outstanding beyond the numerous advanced measurements and control technologies. Therefore, one of the focuses of the current turbine automation topics is to apply the single-chip microprocessor into ship automatic control, which has been paid attention to by more and more research institutions.PID temperature control adjustment method, which has the problems of complexity and can not accurately, rapidly, sensitively and stably control the diesel’s cooling system, had been eliminated by most modern ships. Therefore, this essay will focus on the the problems of the PID control system algorithm of the central cooling system water temperature in conventional diesel engines, and propose a control scheme and approach which is based on the 89C51 micro-controller smart cooling water conditioning system. The solution is to introduce the engine power fuzzy signal into a high-temperature cooling water temperature control system by establishing a dynamic model of the central engine cooling system temperature fresh water ( jacket cooling water ) cooling circuit on the basis of thermodynamic model. By adjusting the opening degree of the three-way valve to achieve the aim of reducing the dynamic deviation of water temperature and quickly and accurately adjusting the cooling water temperature. It can be significantly better than the conventional PID control methods system simulation studies which gains fuzzy intelligent control power signal pre-conditioning and water -based Smith + PID regulator. In practical applications, not only precise control of intelligent engine cooling water vessel is achieved, but also the fuel consumption is reduced and the life of the engine is extended.KEY WORDS:intelligent controls,89C51 microcomputer, high precision, high speed2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (5)第2章船用柴油机中央冷却系统 (10)2.1船用柴油机中央冷却系统工作过程 (10)2.2系统的构成 (10)2.2.1 系统结构图 (11)2.2.2 系统各组成部分功能说明 (11)2.3 系统的性能指标 (13)2.3.1 系统的主要技术功能 (13)2.3.2 系统的性能特点 (14)第3章系统硬件组成 (15)3.1 系统硬件组成结构图 (15)3.2 系统各部分结构 (16)3.2.1 测温电路 (16)3.2.2 A/D转换电路 (17)3.2.3 键盘与显示电路: (18)3.2.4 串行通讯模块: (19)3.2.5 声光报警电路: (19)3.2.6 主控单元(MCC): (20)第4章系统软件介绍 (22)4.1 温度控制系统算法 (22)4.1.1 系统的整体控制 (22)4.1.2 算法介绍 (23)4.2 计算机软件及功能 (28)4.3 单片机的软件设计 (30)34.3.1 主程序: (31)4.3.2 T.0中断服务子程序 (32)4.3.3 串行口中断服务程序 (33)第5章系统可靠性研究 (34)5.1 系统硬件的可靠性设计 (34)5.2 系统软件的可靠性设计 (36)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)4第1章绪论1.1课题提出背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。
智能家居养老解决方案智能洗浴系统帮助老年人实现自主洗浴智能家居养老解决方案——智能洗浴系统帮助老年人实现自主洗浴随着人口老龄化趋势的加剧，老年人养老问题成为了社会关注的焦点。
传统的养老方式已经无法满足老年人多样化的需求，因此智能家居养老解决方案逐渐崭露头角，而其中的智能洗浴系统则成为老年人自主洗浴的优秀选择。
本文将探讨智能洗浴系统在养老解决方案中的作用和优势。
一、智能洗浴系统的功能智能洗浴系统是一种基于人工智能技术的洗浴设备，通过智能感应、自动控制等技术手段，为老年人提供便捷、安全的洗浴服务。
智能洗浴系统的主要功能包括：1. 温度控制：智能洗浴系统可根据用户需求自动调节水温，确保老年人洗浴时的舒适度。
2. 水位控制：系统能够智能检测老年人的身高，并根据身高自动调节水位，确保老年人在洗浴时能够保持稳定的水位。
3. 防滑设计：智能洗浴系统的地板、手扶杆等部位采用防滑材质，有效防止老年人在洗浴中发生滑倒。
4. 安全警报：系统配备安全警报装置，当老年人遇到紧急情况时，可以通过按钮或语音指令向家属发送求助信号。
二、智能洗浴系统的优势智能洗浴系统在养老解决方案中具有许多优势，主要体现在以下几个方面：1. 实现自主洗浴：随着年龄增长，老年人的身体机能逐渐衰退，许多老人在洗浴过程中需要他人协助。
智能洗浴系统的出现，使得老年人可以自主享受洗浴的乐趣，提升生活质量。
2. 减少人力投入：传统的养老方式通常需要专业护理人员为老年人洗浴，但是人力资源有限且昂贵。
采用智能洗浴系统可以极大地减少人力投入，减轻护理人员的工作负担。
3. 提高洗浴安全性：智能洗浴系统具备一系列安全设计，为老年人提供安全保障。
例如，系统可以自动检测水温，避免老年人因不慎烫伤；同时，防滑设计和安全警报装置也大大降低了老年人在洗浴中的意外风险。
4. 节约能源资源：智能洗浴系统采用高效率的能源利用技术，通过自动控制水温和水位，有效节约了能源资源的消耗。
三、智能洗浴系统的前景智能洗浴系统作为智能家居养老解决方案中的重要组成部分，拥有广阔的市场前景。
智能温控热水壶使用说明书尊敬的用户：感谢您购买我们的智能温控热水壶。
为了您更好地使用该产品，请您仔细阅读以下使用说明书，并按照说明进行操作。
一、产品概述智能温控热水壶采用先进的智能温控技术，具备精准的温度控制和多项安全保护功能。
产品外观精美，结构紧凑，易于操作，是您煮水、泡茶、制作婴儿奶粉等多种需求的理想选择。
二、产品特点1. 智能温控：热水壶内置的温度传感器能够实时监测水温，并通过智能芯片精确调控，保证水温在用户设定的范围内稳定保持。
2. 多档温度调节：根据不同饮品的需求，热水壶提供了多种温度档位可供选择，如烧开水、保温、沏茶等，满足您的不同喜好和需求。
3. 快速加热：高功率加热器设计，能够迅速将水加热至设定温度，同时节省您的时间。
4. 安全保护：具备防干烧和自动断水功能，当水壶水量过低或水温异常时，会自动断电，避免事故发生，确保您的使用安全。
5. 静音设计：采用高效减噪技术，加热过程中噪音低于30分贝，保证您的用水过程安静舒适。
三、使用方法1. 准备工作：a. 将热水壶放置在平稳的台面上，确保插头插入稳固。
b. 接通电源并确认电源指示灯亮起。
2. 加水操作：a. 打开热水壶顶部的盖子。
b. 使用带刻度的水壶或直接用水杯向水壶内注水，注意不要超过最大水位线。
c. 关闭壶盖并确保盖子牢固。
3. 开机操作：a. 按下电源开关，热水壶即开始预热。
b. 按下温度调节按钮，选择所需的温度档位。
4. 加热过程：a. 热水壶开始加热后，LED显示屏会显示当前水温。
b. 当水温达到设定温度后，热水壶会自动切换到保温状态，并以较低功率维持水温。
5. 断电自动保护：a. 当水壶水量过低或水壶内温度异常时，热水壶会自动断电，同时指示灯熄灭。
b. 此时，请勿继续使用热水壶，等待其自动冷却后再进行操作。
6. 使用完毕：a. 在使用完成后，务必拔掉电源插头，以确保安全。
b. 先关闭电源开关，等待热水壶冷却后，再打开盖子清理。
智能热水器温度调节说明在现代家庭中，智能热水器因其便捷、高效和智能化的特点，成为了许多人生活中的必备电器。
然而，要充分发挥智能热水器的优势，正确地调节温度是至关重要的。
本文将为您详细介绍智能热水器温度调节的方法和注意事项，帮助您获得舒适的热水体验。
一、智能热水器的工作原理智能热水器通常采用电加热或燃气加热的方式来加热水。
电加热式热水器通过内置的加热元件将电能转化为热能，从而加热水箱中的水；燃气加热式热水器则利用燃气燃烧产生的热量来加热水。
无论是哪种类型的智能热水器，其温度调节的原理都是通过控制加热元件的工作时间或燃气的供应量，来达到调节水温的目的。
二、温度调节的方式1、控制面板调节大多数智能热水器都配备了一个控制面板，上面有温度调节按钮或旋钮。
您可以通过按动按钮或旋转旋钮来设置所需的水温。
一般来说，控制面板上会有数字显示当前设定的温度，您可以根据自己的需求逐步调整。
2、手机 APP 调节随着智能家居技术的发展，许多智能热水器支持通过手机 APP 进行远程控制和温度调节。
您只需在手机上下载相应的 APP，连接到热水器，就可以随时随地调整水温，非常方便。
3、语音控制调节部分高端智能热水器还具备语音控制功能。
您只需说出“将水温调到 XX 度”等指令，热水器就能自动完成温度调节。
三、温度调节的步骤1、了解热水器的温度范围在调节温度之前，首先要了解您所使用的智能热水器的温度调节范围。
通常，电加热式热水器的温度范围在 30℃至 75℃之间，燃气加热式热水器的温度范围在 35℃至 60℃之间。
但不同品牌和型号的热水器可能会有所差异，所以请参考产品说明书。
2、确定所需的水温根据您的使用需求确定合适的水温。
例如，洗澡时一般建议水温在40℃至 45℃之间；洗手、洗脸时，水温可以稍低，在 30℃至 35℃之间；洗碗、洗衣服时，水温可以在 50℃至 60℃之间。
3、进行温度调节（1）如果是通过控制面板调节，先按下“温度调节”按钮，然后通过“＋”和“”按钮或旋钮来增加或降低温度，直到达到您所需的温度，最后按下“确认”或“保存”按钮。
智能水控制系统智能水控制系统是一种通过技术手段实现对水资源的智能化管理和控制的系统。
它利用先进的传感器、控制器和通信技术，实时监测和控制水资源的使用、供应和排放，以实现对水资源的高效利用和保护。
本文将从系统的原理、功能、优势和应用等方面，详细介绍智能水控制系统。
一、原理智能水控制系统基于物联网和人工智能技术，通过传感器采集环境中的水资源相关数据，如水位、水质、水温等。
这些数据经过处理分析，并与预设的指标进行比较，系统可以智能地判断当前水资源的状况，并进行相应的控制。
系统可以实现对水资源的自动化监测、调控和管理，提高水资源的利用效率和管理水平。
二、功能1. 实时监测：智能水控制系统可以实时监测水资源的各项指标，包括水位、水质、水温等，通过数据的采集和传输，及时掌握水资源的动态情况。
2. 远程控制：通过互联网连接，智能水控制系统可以实现远程控制，用户可以通过手机或电脑等终端设备，随时随地对系统进行监测和控制。
3. 智能预警：系统可以根据设定的阈值进行智能预警，一旦水资源出现异常情况，系统会及时发出警报，并采取相应的措施，确保水资源的安全和可持续利用。
4. 数据分析：系统可以对采集到的数据进行分析和处理，生成相关的统计图表和报告，为水资源管理者提供决策依据和参考。
三、优势1. 节约水资源：智能水控制系统可以实时监测和控制水资源的使用，避免浪费和滥用，最大程度地提高水资源利用效率。
2. 提升管理水平：智能水控制系统可以实现自动化管理和控制，解放人力，提高管理效率和水平。
3. 精确预测：通过对历史数据和实时数据的分析，系统可以提供精确的水资源预测，为相关部门和用户提供决策支持。
4. 降低运营成本：智能水控制系统的运行和维护成本相对较低，可以降低水资源管理的运营成本。
四、应用智能水控制系统可以广泛应用于城市供水、农田灌溉、污水处理、工业生产等领域。
在城市供水方面，系统可以实现对水压、水质、用水量等的监测和控制，提高城市供水的稳定性和可靠性。
《智能化水温控制系统_水温控制系统》摘要：摘要．任以及要基容如下（）环境温降低温控制静态误差≤℃，程控制可分模拟控制系统、微机程控制系统以及数控制系统，B工作模式下并且显示实际水温按下加键可以显示用户设定温摘要．任以及要基容如下（）环境温降低温控制静态误差≤℃发挥要（）温控制静态误差≤0℃二．方案设计及其论证温传感器键盘显示3核心以上分析只要合理设计电路以及正确编写程序以上几模块以及程序调节下能协调工作共完成水温控制从而达到任要各模块要调节下合理有序工作那么系统必须采用合理高效控制系统这就要涉及到程控制程控制指对生产程某或某些物理参数进行动控制程控制可分模拟控制系统、微机程控制系统以及数控制系统模拟控制系统被控量值由传感器或变送器检测这值与给定值进行比较得到偏差模拟调节器依定控制规律使操作变量变化以使偏差趋近零其输出通执行器作用程微机程控制系统以微型计算机作控制器控制规律实现是通软件完成改变控制规律只要改变相应程序即可(rglgrl)系统是计算机用程控制型种系统微型计算机通程输入通道对或多物理量进行检测并根据确定控制规律(算法)进行计算通输出通道直接控制执行机构使各被控量达到预定要由计算机策直接作用程故称直接数控制模拟控制规律离散化积分项四．系统设计方案着智能化以及按照题目要将系统设计有以下两工作模式测定水温以及显示水温；B设定水温并保温；其默认工作状态即开机工作状态工作容实测量水温并数码管上显示B设定温并保温由用户设定定温系统动工作加热到设定温声光报警声光报警装置可独立开关如不切断电或切换模式系统将动竟然保温模式其温设定有键盘控制不管那种工作模式旦复位键按下将回到默认工作模式B工作模式下并且显示实际水温按下加键可以显示用户设定温根据以上分析总结如下电路设计（）895系统测温电路是使用8b0数式温传感器它无其他外加电路直接输出数量可直接与单片机通信取测温数据电路十分简单它能够达到05℃固有分辨率使用取温暂存寄存器方法还能达到0℃以上精8B0温传感器只有三根外引线单线数据传输总线端口Q外供电线V共用地线G外部供电方式(V接+5V且数据传输总线接7k上拉电阻其接口电路如图5所示功率电路主要是继电器模块包括三极管以及电阻组成控制部分与进行通信管导通控制着继电器常闭触接通与否继电器常闭触连接着外部加热电路其继电器电感部分连接着二极管起着引流保护管作用其电路如下图6图6功率电路（）声光报警电路该部分创新部分采用红外接收装置接受红外遥控器信这样就可以通无线方式进行信息传递通遥控器可以设定温切换工作模式等工作原理红外遥控器产生红外信红外接收头接收到红外信其部电路把信送到放器和限幅器限幅器把脉冲幅控制定水平而不论红外发射器和接收器距离远近交流信进入带通滤波器带通滤波器可以通30kz到60kz波通调电路和积分电路进入比较器比较器输出高低电平还原出发射端信波形终将数信传输到做出相应反应其电路如下图7图7红外接收装置五．软件设计说明系统是采用询方式显示和控制温其加入了红外以及键盘等其他控制器件语句总流程图如下图7（）工作序主函数如下#lgrk_;六．测试结分析（）温设定围30～95℃（0~90围）区分达到00℃（℃）以上标定温值也合设计要（3）用数码管显示水实际温和设定温值显示很稳定（5）当温稳定温控制静态误差≤05℃（7）多次测试和改进该系统各方面参数都达到和超设计参数完成了既定目标[] 李桢、赵宏权《调节概念及基原理》[]《科技信息（科学教研）》079期。
智能烧水开关操作方法智能烧水开关是一种集成了多种功能的智能设备，通过智能技术和远程控制实现快速、安全、方便的烧水过程。
下面将详细介绍智能烧水开关的操作方法。
首先，智能烧水开关一般由一个主控面板和一套传感器组成。
在操作之前，我们需要确保设备已经被正确安装并接上电源。
接下来，我们就可以开始了解如何使用智能烧水开关。
1. 开机与关机：智能烧水开关的开关按钮一般位于主控面板的顶部或底部，上面标有“开/关”字样。
按下开关按钮，设备将开始运行，主控面板上的指示灯将亮起，表示设备已经开机。
在使用完毕后，再次按下开关按钮，设备将停止工作，并关闭主控面板上的指示灯。
2. 温度设置：智能烧水开关通常具备可调节的水温功能。
在设备开启的状态下，我们可以通过主控面板上的按钮或旋钮来调节水温。
具体的设置方式可能因设备品牌和型号而有所不同，但通常在主控面板的一侧会标有相应的温度调节区域，可以通过按钮或旋钮选择所需的水温。
调节完毕后，设备会自动将水加热至设定温度，并保持在这个温度上。
3. 远程控制：智能烧水开关通常内置了蓝牙或Wi-Fi等无线通信模块，通过手机APP或远程遥控器等设备，可以实现对烧水开关的远程控制。
在使用远程控制前，我们需要先确保手机或遥控器与设备已经连接上同一个无线网络，并且注册并登录相关的账号。
使用手机APP控制时，我们需要下载并安装相应的APP，并完成设备添加和绑定的操作。
在绑定成功后，我们就可以使用手机上的APP来对烧水开关进行远程控制，包括开关、调节温度等功能。
使用遥控器控制时，我们需要将遥控器与烧水开关进行配对。
具体的配对方式可能因设备品牌和型号而有所不同，但通常是在设备的设置菜单中进行。
配对成功后，我们就可以使用遥控器来对烧水开关进行远程控制。
4. 定时功能：智能烧水开关通常也具备定时功能，可以根据用户的需求在设定的时间进行烧水操作。
在主控面板上或手机APP中，一般都会有定时功能的设置选项。
用户可以设置具体的时间和水温，设备会在设定的时间内自动开始加热水。
水温自动平衡速度在日常生活中，我们经常会遇到需要用到水的场景，比如洗澡、做饭、洗衣等等。
而对于这些需要用到水的场景来说，水温的控制就显得尤为重要。
如果水温过高或过低，都会给我们带来不便和不舒适的感受。
因此，水温的自动平衡速度就成为一个需要关注的问题。
我们来了解一下水温自动平衡的原理。
水温自动平衡是通过智能控制系统实现的。
这个系统会根据水温的变化情况，自动调节水温，使其保持在一个合适的范围内。
当水温过高时，系统会自动减少热水的供应量，以降低水温；当水温过低时，系统会自动增加热水的供应量，以提高水温。
通过这种方式，系统可以实现水温的自动平衡。
那么，水温自动平衡的速度又是如何确定的呢？水温自动平衡的速度取决于系统的响应时间和调节方式。
系统的响应时间越短，水温的自动平衡速度就越快。
而调节方式则根据实际情况来确定，可以是逐渐调节、渐变调节或者突变调节等等。
不同的调节方式会影响水温自动平衡的速度。
在实际应用中，水温自动平衡的速度需要根据具体情况来进行调整。
比如在洗澡的场景中，我们希望水温能够尽快达到设定的温度，这就要求系统的响应时间要尽可能短，以提高水温自动平衡的速度。
而在做饭的场景中，我们则更加注重水温的稳定性，这就要求系统的调节方式要更加平缓，以保持水温的稳定。
除了响应时间和调节方式，水温自动平衡的速度还受到一些其他因素的影响。
比如水的流量、水的温差以及系统的稳定性等等。
水的流量越大，温差越大，系统的稳定性越低，水温自动平衡的速度就会越慢。
因此，在设计和选择水温自动平衡系统时，需要综合考虑这些因素，以实现一个合理的水温自动平衡速度。
总结一下，水温自动平衡速度是通过智能控制系统实现的。
它取决于系统的响应时间、调节方式以及其他一些因素。
在实际应用中，需要根据具体情况来进行调整，以达到一个合理的水温自动平衡速度。
通过合理的设计和选择，我们可以实现一个快速、稳定的水温自动平衡系统，为我们的生活带来更多的便利和舒适。
课程设计题目名称智能水温控制课程名称智能仪器设计学生姓名学号专业电子信息科学与技术指导教师2016年 6 月 16 日目录第一章绪论 (3)第二章系统组成及其工作原理 (4)2.1系统的基本要求 (4)2.2系统的功能分析 (4)2.3 系统的设计思路 (5)第三章硬件电路的设计 (6)3.1 前向通道 (6)3.2单片机基本系统 (8)3.3 后向通道 (9)3.4显示模块 (10)第四章软件设计 (11)4.1总体设计方案 (12)第五章制作与调试 (13)5.1 硬件电路的布线与焊接 (13)5.2 硬件调试 (13)5.2.1单片机基本系统调试 (13)5.2.2前向通道调试 (13)5.2.3后向通道调试 (13)5.3程序调试 (14)5.3.1转换程序仿真 (14)5.3.2输出程序仿真 (14)5.3.3 显示程序仿真 (16)第六章结论 (18)第一章绪论温度控制，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，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，就必须要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准。
自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。
在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表。
目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。
温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛但从国内生产的温度控制器来讲总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。
目前我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般的温度系统控制而难于控制滞后复杂时变的温度系统控制，即是说适应于较高控制场合的智能化自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。
本系统主要采用实验法与文献研究法来进行设计，首先确定系统总体及关键部分的设计思路，接着进行系统软、硬件的设计，然后根据设计方案制造出实物，最后结合软件的调试，进行实物硬件的测试。
设计过程中采用MCS51单片机作为该控制系统的核心，主要包括传感器温度采集、单片机控制、数码管数字显示等部分，具有一定的特色。
第二章系统组成及其工作原理2.1系统的基本要求本文系统设计的是一升水由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。
其中主要的系统功能指标如下：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；能打印实测水温值。
2.2系统的功能分析该系统采用一片80C51为控制器,前向通道为温度采集,D/A转换,后向通道为温度控制通道,并由LED构成显示通道。
首先温度传感器将温度的变化转换成对应的电信号的变化,即将温度转换成电压并进行放大,然后进行A/D转换，此转换将模拟电压转化成为二进制数字电压信号,传送到80C51芯片，通过程序实现与设定的温度范围比较判断，根据比较结果进行温度控制,以保持恒定的水温,同时用数码管将实测温度显示出来。
本设计控制电路执行部件由一个发光二极管来进行模拟显示，系统设定温度为40ºC～90ºC（可根据实际需要设定）。
当温度低于40ºC或高于90ºC，发光二极管发亮代表控制电路开始工作。
2.3 系统的设计思路本系统的基本思想是根据设计思路编程，设定所需要的温度范围，利用硬件电路将温度转换成数字信号，传送给单片机，由单片机进行实测温度与设定温度的比较，将比较结果传送到控制电路，控制电路根据收到的信号决定是否工作,以保持恒定的温度。
由于温度范围写入单片机内部，并且由软件来决定控制电路工作与否，在一定程度上可以大大减少误差，在操作上也比较方便。
本设计是一个典型的检测、控制型应用系统，要求系统完成从水温检测、信号处理、输入运算到输出控制和显示以实现水温控制的全过程，因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足控制应用类型的功能需要。
另外，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，而这些功能也在常规数字逻辑电路中往往是难以实现或无法完成的。
根据系统总体方案，系统由单片机基本系统、前向通道、后向通道和人机对话通道等4个主要的功能模块组成，总体框图如图2.1所示。
图2.1 系统的总图框图键盘显示第三章硬件电路的设计3.1 前向通道前向通道是信息采集的通道,主要包括传感器检测、信号放大、A/D转换等电路。
由于水温变化是一个相对缓慢的过程,因此前向通道中没有使用采样保持电路。
按设计要求,水温控制静态误差≤1ºC,水温设定范围为40ºC～90ºC,而对水温的检测范围应适当大于此范围,设为35ºC～99ºC,则系统控制的总误差应不大于1/(99-35)×100%=1.56%,分配到前向通道的信号采集总误差应不大于系统总误差的1/2,即精度应为0.78%,可以采用8位A/D转换器实现。
前向通道的电路图如图3.1所示：图3.1 前向通道电路水温经温度传感器AD590和信号放大器OP-07产生0-5V的模拟电压信号送入ADC0804的输入端，ADC0804将模拟量转换为数字量，通过系统总线送入单片机进行运算处理，前向通道设计包含以下几个方面：(1)传感器的选择：温度传感器的种类较多。
热电偶的灵敏度较低；热敏电阻由于非线性而影响其精度；铂电阻温度传感器由于成本高，在一般小系统中很少使用；AD590是美国Analog Devices公司生产的二端式集成温度—电流传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等一系列优点；它的测温范围为－50～＋150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5～10V之间，稳定度为1%时，误差只有±0.01℃，完全适用于本例对水温测量的要求；AD590是温度—电流传感器，对于提高系统抗干扰能力也有很大帮助，因此本例选用AD590作为温度传感器。
需要注意的是，在使用AD590一类的传感器时，为了避免器件与被测液体的直接接触，应将传感器装入保护套管中，或将器件用聚四氟乙烯﹑硬质乙烯树脂等材料密封，以避免被测液体对传感器的腐蚀和对测量精度产生影响(2)信号转换和放大电路图3.1中三端稳压器AD581提供10V标准电压，它与运算放大器和电阻R1、VR1、R2、VR2组成信号转换与放大电路，将35ºC～99ºC温度转换为0～5V的电压信号并进行放大。
由于水温变化相对缓慢,因此信号转换与放大电路对运算放大器的带宽没有要求。
另一方面,AD590在35ºC和99ºC时输出电流分别为308.2uA和372.2uA, 而运算放大器的输入失调电流及其零点漂移相对较小，可忽略不记。
因此可采用通用型的运算放大器OP－07。
其中R1、VR1，R2、VR2阻值可按下式计算：R1+VR1=10V/308.2μA=32.4kΩ，取R1=30kΩ，VR1=5kΩ；R2+VR2=5V/(368.2－308.2)μA=83.3kΩ，取R2=81kΩ，VR2=5kΩ。
(3)A/D转换器模—数转换器（简称A/D转换器，ADC）用来将模拟量转换成数字量。
n位模—数转换器输出n位二进制数，它正比于加在输入端的模拟电压。
实现模数转换的方法有很多，常用的有并联型ADC，逐次积分型ADC和双积分ADC等。
并联型ADC的速度最快，但成本过高，且精度不宜做高；双积分型ADC精度高，抗干扰能力强，但速度太慢，适合转换缓慢变化的信号；逐次逼近型ADC有较高的转换精度，工作速度中等，成本低等优点，因此获得广泛的应用。
在本设计中，由于前向通道总误差为0.78%，系统对信号采集的速度要求也不高，故选用价格低廉的8位逐次逼近型A/D转换器ADC0804，该转换器转换速度为1OOus,转换精度为0.39%，对应误差为0.234ºC。
ADC0804的信号连接如图2.1所示。
其中：CLK－R和CLK－IN两端外接一个电阻，一个电容，即可产生A/D转换所需要的时钟信号；片选由8051的P2.0控制；A/D转换器的INTR与80C51的P1.0相连，单片机以查询方式获取A/D转换器转换完毕的信息。
3.2单片机基本系统单片机基本系统如图3.2所示，这个系统是整个控制系统的核心,它完成整个系统的信息处理及协调控制功能。
将读入温度的转换数值与设定的温度数值进行比较判断，根据结果输出不同的控制信号，同时将实测温度值转化为十进制数显示出来。
由于系统对控制速度,精度及功能要求都无特别之处,因此可以选用目前广泛使用的MCS-51系列单片机80C51。
图3.2 单片机最小系统本设计以单片机基本系统以MCS-51系列单片机80C51为核心。
80C51是8位（数据线是8位）单片机，片内有256BRAM及4KBEPROM。
中央处理器单元实现运算和控制功能。
内部数据存储器共256个单元，访问它们的地址是00H~FFH，其中用户使用前128个单元（00H~7FH），后128个单元被特殊功能寄存器占用。
内部的2个16位定时/计数器用作定时或计数。
并可用定时或计数的结果实现控制功能。
80C51有4个8位并行口（P0、P1、P2、P3），用以实现地址输出及数据输入/输出。
片内还有一个时钟振荡器，外部只需接入石英晶体即可振荡。
80C51采用40引脚双列直插式封装（DIP）方式。
3.3 后向通道后向通道如图3.3所示，本电路是实现控制信号输出的通道。
根据系统总误差要求,后向通道的控制精度也应控制在0.78%之内。
本设计中后向通道由一个发光二极管模拟显示。
当温度低于或高于被测范围时，发光二极管发光；当温度在被测范围内时，二极管熄灭。
对本设计而言当被测温度在40ºC～90ºC之间时发光二极管是暗的，当被测温度大于90ºC或者小于40ºC是发光二极管是亮的。
图3.3 后向通道电路图为了实现水温的PID控制，功率放大电路的输出不能是一个简单的开关量，输入电炉的加热功率必须连续可调；改变输入电炉的电压平均值就可改变电炉的输入功率，而较简单的调压方法有相位控制调压和通断控制调压法；采用通断控制调压法不仅使输出通道省去了D/A转换器和可控硅移相触发电路，大大简化了系统硬件，而且可控硅工作在过零触发状态，提高了设备的功率因数，也减轻了对电网的干扰。
