现代控制理论大作业 智能控温饮水机(DOC)

饮水机智能温度控制系统作者：龚丹丹史文丽来源：《无线互联科技》2013年第05期摘要：现在的水温控制系统多采用模拟温度传感器、A/D转换器及单片机组成的传输系统。

这种系统安装复杂，成本也高不说，它的反复加热系统对我们的饮水质量也大打折扣，本文针对AT89C51单片机为控制核心，采用典型大惯性的PID闭环控制装置，自动控温，使其保持温度恒定。

关键词：AT89C51单片机；温度控制；DS18B20基于单片机的饮水机温度控制系统设计，是通过温度传感器和单片机对饮水机的智能控制，以解决传统控制水温对电力资源和水资源的浪费，同时又使饮用水达到饮用的标准。

温度过高或者是过低，都会使水资源失去应有的作用，也丧失了很多营养物质，从而同时造成了电力资源和水资源的巨大浪费，特别是在当前的全球能源极度匮乏，而国家倡导节约水资源的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，才能把身边的水电资源更好的利用起来，这同样也是对自己的负责。

1 项目背景随着人们对饮水机的需求变高的同时，我们自然而然的对饮水质量问题就产生了更多的关注，而现在的饮水设备大多都没有自动控温系统，有的只是自动加热，但是水的矿物质等营养成分在反复加热的过程中就大大的流失了，基于这个问题，本文给出了合理的软件设计来解决。

基于单片机饮水机的温度智能控制系统，可以智能的实时检测饮水机水箱的水温，当水温低于设定的温度时，饮水机将加热水箱中的水，当高于设定的时候，饮水机将对水箱中的水停止加温。

这样既节约了能源又为人们的使用提供了便捷。

2 设计部分⑴系统方案设计。

本论文设计了一种以AT89C51单片机为核心部件，采用DS18B20的高精度数据采集系统，这个系统的最大有点在于可以实时检测饮水机水箱的水温，并且可以通过数码管显示（也即3位LED数码管）饮水机水箱水温度数，而且可以预防二次加热。

系统的电路设计主要由以下几部分组成：①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器；④加热控制部分采用继电器电路；⑤时钟电路；⑥复位电路；⑦按键输入这部分就不用说了，这个是必不可少的。

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：总体论证水温控制系统总体框图图3-1 单片机控制系统原理框图该水温控制系统主要由AT89C51单片机控制系统、前向通道（温度采样转换电路）、后向通道（温度控制电路）、键盘显示电路等四部分组成，其总体设计框图如上图所示。

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ty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PID 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。

智能饮水机控制系统设计
智能饮水机控制系统设计包括硬件和软件两个方面。

硬件设计：
1. 传感器选择：选择适合饮水机的温度传感器、水位传感器和压力传感器等传感器，并将其与控制器进行连接。

2. 控制器选择：选择适合饮水机的微控制器单元（MCU），
如Arduino或Raspberry Pi，用于控制饮水机的功能。

3. 执行器选择：选择适合饮水机的执行器，如电磁阀用于控制水的出水和停水，同时可以使用液晶显示器（LCD）用于显示当前温度和水位等信息。

4. 电源设计：为饮水机设计合适的电源系统，包括电源适配器或者电池。

软件设计：
1. 系统架构设计：根据需求和硬件设计，设计系统的软件架构，包括数据采集和控制模块。

2. 数据采集：编写代码获取传感器数据，例如温度、水位和压力等信息，并将其转换为可用的数据格式。

3. 控制模块：根据用户设置或环境要求，编写代码控制执行器，实现饮水机的功能，例如启动和停止水流、调整温度等。

4. 用户界面设计：设计适合饮水机的用户界面，可以使用液晶显示器和按钮等硬件元件，或者通过手机APP等软件实现用
户与饮水机的交互。

总结：
智能饮水机控制系统设计需要考虑硬件和软件两个方面，硬件
需要选择合适的传感器、控制器和执行器，并设计合适的电源系统；软件方面需要设计系统架构、数据采集和控制模块，并设计用户界面实现用户与饮水机的交互。

智能饮水机控制系统设计毕业论文目录摘要 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题研究的背景 (2)1.2 市场饮水机现状 (2)1.3 课题研究的目的和背景 (3)1.4 本课题主要研究的内容 (3)1.5 本章小结 (4)第二章单片机功能简介 (5)2.1 概念 (5)2.2 单片机的产生及发展 (6)2.3 单片机的分类 (7)2.4 单片机的引脚介绍 (8)2.5 单片机攻击技术 (8)2.6 单片机的应用 (10)2.7 本章小结 (11)第3章智能饮水机的硬件结构设计 (12)3.1 智能饮水机的总体设计 (12)3.2 主控系统 (12)3.3 输入控制 (13)3.4 显示部分 (14)3.5 温度控制部分 (16)3.6 其他功能部分 (18)3.7 本章小结 (18)第4章智能饮水机的软件设计 (19)4.1 系统分配方式 (19)4.2 主程序设计 (19)4.3 温度检测程序设计 (24)4.4 显示程序设计 (25)4.5 中断程序服务 (26)4.6 其他相关程序 (27)4.7 本章小结 (27)第5章调试及性能分析 (28)5.1 硬件调试 (28)5.2 软件调试 (28)5.3 性能分析 (28)5.4 本章小结 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (31)附录1 (33)附录2 (34)附录3 (35)摘要目前,大多数家庭使用的饮水机只有一些基本的功能(加热、恒温)。

然而，随着人们物质生活的不断提高，对饮水机的性能要求也不断提高。

为了满足人们对饮水机的性能要求，本课题研究智能饮水机，它主要功能是100%沸腾，以65°为恒温底线95°为恒温上线之间的任意整数为恒温值。

定时关机、过热保护防干功能等。

本课题的控制核心采用单片机，单片机内集成了中央处理器（CPU）、存储器、输入和输出接口、振荡电路、计数器等电路的一块集成电路，而且具有体积小、功能强、成本低、功耗小等优点。

机械工程学院毕业设计（论文）题目：基于单片机饮水机智能控制系统专业：机电技术教育班级： 113姓名：学号：指导教师：日期： 2015年6 月目录1前言 (3)1.1课题来源与背景 (3)1.1.1课题来源 (3)1.1.2课题背景 (3)1.2课题的研究意义 (3)2系统总体的设计 (4)2.1 硬件总体的设计 (4)2.1.1单片机最小系统设计 (4)2.1.2温度采集电路设计 (9)2.1.3 A/D转换电路设计 (10)2.1.4 LED显示电路设计 (12)2.1.5键盘电路设计 (14)2.1.6报警电路设计 (16)2.1.7 继电器控制电路设计 (17)2.2软件总体的设计 (17)2.2.1主程序流程图 (18)2.2.2各个模块的流程图 (19)2.2.3键盘扫描处理流程 (21)2.2.4 报警处理流程 (21)3系统调试 (22)3.1硬件电路检查 (23)3.1.1 温度采集电路检查 (23)3.1.2 A/D转换电路检查 (23)3.1.3 显示电路检查 (23)3.1.4 键盘电路检查 (23)3.1.5 报警电路检查 (23)3.2 软件调试 (24)3.3 软硬联调 (24)4总结与展望 (25)参考文献 (26)附录1系统设计程序（系统源代码） (28)附录2系统总体电路图 (35)基于单片机饮水机智能控制系统摘要：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。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

本次设计的主要目的在于，设计出一个全新的智能控制系统，该系统具有温度检测、温度控制、温度报警、液面报警等功能。

关键词：单片机AT89S52、DS18B20、LED数码管显示1前言1.1课题来源与背景1.1.1课题来源在日常生活中和工业生产过程，温度控制都起着巨大的作用，温度过高或温度过低都会使水的资源失去它本该有的作用，因而使水资源严重的浪费。

本科生毕业论文（设计）题目智能饮水机控制系统的设计与实现姓名xx 学号2012417008院系信息科学与工程学院专业计算机科学与技术指导教师xx 职称副教授2016 年5 月20 日xx师范大学教务处制目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)1 引言 (2)1.1 研究的背景 (2)1.2 研究的目的和意义 (2)1.3 饮水机的主要功能 (3)2 智能饮水机的硬件结构 (3)2.1 智能饮水机的总体设计 (3)2.2 ATmega169的主要性能 (4)2.3 测温电路的设计 (4)2.3.1 DS18B20的主要性能 (4)2.3.2 DS18B20供电方式 (5)2.4 水位检测电路 (5)3 智能饮水机的软件结构 (5)3.1 系统分配方式 (5)3.2 主程序的设计 (6)3.3 温度检测模块设计 (7)4 调试及性能分析 (7)4.1 对水位检测模块的仿真实现 (8)4.2 加热模块电路仿真 (8)4.3 对状态模块的仿真实现 (9)4.4 性能分析 (9)5 结论 (9)致谢 (10)参考文献 (10)智能饮水机控制系统的设计与实现计算机科学与技术学生 xx指导教师 xx摘要：由于传统饮水机结构，功能简单，不能满足用户对饮水的更高需求。

结合单机片和电子技术理论，设计了一款智能饮水机，此饮水机可根据用户输入信息，显示当前实时温度，用户可以自己设定几种温度模式，根据要求匹配出不同的温度，从而达到不同用户的饮水需求。

而且还能自行设定加热到达预设温度时有警报提示，不但节约能源，而且杜绝了安全隐患。

通过使用ATmega169和DS18B20可更好的控制水温,水位和水量，应用前景更为突出。

关键词：智能饮水机单机片温度控制警报Design and Realization of Intelligent Water Control SystemStudent majoring in Computer Science and Technology xxTutor xxxAbstract: Due to the traditional water structures just have simple functions, and can not meet higher demand for drinking water. We designed a smart dispenser combined with single-chip and electronics theory .This water dispenser can be based on user input, displaying the current temperature in real time, users can set several temperature modes depending on the requirements of temperature, so as to meet the drinking water needs of different users. It can also set their own heat when it reaches the present temperature alert. It can not only conserve energy, but also avoid the security risk. ATmega169 and DS18B20 can control the water temperature, water level better, and applications stand out even more.Key words:intelligent drinking machine,single chip, temperature control,alarm.1 引言世界在发展，时代在进步，人们的生活水平也在不断提高，于是人们对健康越来越重视，对引用的水质越来越在乎。

本技术公开了智能家电技术领域的一种智能饮水机的控制方法及系统，包括智能饮水机、无线视频监控装置、三组人体感应开关和水位报警器，所述无线视频监控装置固定在智能饮水机顶部一角，水位报警器串联第三电子开关，且水位报警器和第三电子开关与市电构成电通路，进行水位报警和消除警报，调节电子式定时开关，三组人体感应开关并联后串联电子式定时开关，当人走向智能饮水机时，使其在正常工作时间或休息时间内间隔启停，同时利用第一电子开关、加热模块和恒温控制模块与市电串联，可以快速接通加热，该装置可远程控制启动加热，同时根据气温设定加热间歇时段，防止反复加热，节能环保。

技术要求1.一种智能饮水机的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：根据气温设置电子式定时开关启动和关闭时段，同时安装三组人体感应开关和无线视频监控装置；第二步：智能饮水机通过电子开关控制无线视频监控装置和接通智能饮水机加热电路；第三步：远程终端通过无线视频监控装置接收智能饮水机的水量信息和自动控制启停。

2.根据权利要求1所述的智能饮水机的控制方法，其特征在于：所述电子开关包括第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关，且通过UART串口与开关驱动电路连接，所述开关驱动电路通过UART串口与WIFI模块连接，所述WIFI模块信号连接远程终端。

3.根据权利要求2所述的智能饮水机的控制方法，其特征在于：所述远程终端包括手机或平板电脑。

4.一种智能饮水机的控制系统，其特征在于：包括智能饮水机(1)、无线视频监控装置(2)、三组人体感应开关(3)和水位报警器(4)，所述无线视频监控装置(2)固定在智能饮水机(1)顶部一角，三组所述人体感应开关(3)分别固定在智能饮水机(1)的前表面和左右侧壁上部，所述水位报警器(4)贯穿固定在智能饮水机(1)的加热箱内壁下部，所述智能饮水机(1)内设置有加热模块(100)和恒温控制模块(101)，所述加热模块(100)与恒温控制模块(101)之间串联有第一电子开关(600)，三组所述人体感应开关(3)并联后串联电子式定时开关(5)，所述人体感应开关(3)和电子式定时开关(5)串联在加热模块(100)和恒温控制模块(101)之间，所述加热模块(100)和恒温控制模块(101)之间串联市电，所述无线视频监控装置(2)串联第二电子开关(601)，且无线视频监控装置(2)和第二电子开关(601)与市电构成电通路，所述水位报警器(4)串联第三电子开关(602)，且水位报警器(4)和第三电子开关(602)与市电构成电通路。

毕业设计题目水温控制饮水机的设计与制作（软件）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

智能饮水机的控制方法及系统与相关技术摘要：智能饮水机的出现，使得我们可以在任何地方轻松享受到新鲜、安全、符合卫生质量标准的水料。

智能饮水机的控制系统和相关技术，可
以使用户便捷地与机器交互，实现自动化的水料输出，实现热水的实时加热，为用户提供温度可调、合适的饮用水温。

在本文中，我们研究了智能
饮水机的控制系统及其相关技术，包括水料供应系统、加热系统、温度控
制系统、负载调节系统以及用户交互界面等。

最后，通过介绍各种智能饮
水机系统控制策略，使其可以满足用户对饮用水温度的不同要求。

关键词：智能饮水机；控制系统；技术。

本科毕业论文（设计）智能饮水机控制系统的设计中工 信商 2014-JX16- 系 （部） 信息工程系 专 业测控技术与仪器 学 号 学生姓名 王珂 指导教师 刘秀敏 提交日期 年 月 日摘要现代生活中，饮水机已经成为了必不可少的日常电器。

而以往的饮水机只有单加热或者制冷功能，功能强大一些的饮水机可以实现对水温的控制，但是这类饮水机的市场价格相对较高。

所以本文设计了一款价格相对低廉但是功能强大的智能饮水机系统，利用单片机不仅能够实现对水温的控制，同时利用液晶屏幕显示温度，拥有良好的人机信息交换界面，用户可以利用按键选择不同的模式，比如：沏茶，冲咖啡等。

本设计也为各种突发情况制定了应对措施，比如在水箱缺水的情况下，用户无法使用加热功能，系统也会通过声光报警，提醒用户以保证用户及其系统的安全性。

对于设计而言，在保证用户使用安全的情况下，尽可能为用户的使用提供方便是本设计的要求。

本设计的智能化水平较高，完全可以根据用户的需求实现自动化操作。

关键字：智能饮水机，单片机，控制Design the control system of intelligent water dispenserAbstractAt present,dispenser the past dispensers only ,the betters can realize temperature control.But this kind of dispenser market price is relativity a relatively inexpensive but powerful intelligent dispenser ing MCU not only can realize temperature control,but also can use liquid crystal display the temperature.Having a good man-machine interface,user can choose different patterns though keys.like:make tea,make coffee,and so on.This design also measures for various emergency situations.For example, in the water shortage situation, users can not use the , the system will through sound and light alarm to remind theuser.Ensure the safety of the user and the system.For the design, to ensure user safety, As far as possible for the user easy to use is the requirement of the design.The intelligent level of the design is realize automatic operation according to the needs of user.Keywords:intelligent water dispenser MUC control目录1 引言 (1)2 系统功能设计 (2)3 系统硬件设计 (2)3.1 51单片机最小系统 (2)3.2 电源设计 (3)3.3 温度检测部分 (3)3.4 按键部分 (4)3.5 继电器控制部分 (4)3.5.1 泵机控制 (5)3.5.2 电磁阀控制 (5)3.5.3 加热电阻控制 (6)3.5.4 高频臭氧发生器控制 (6)3.6 显示电路 (7)3.7 液位检测 (8)3.8 报警电路 (8)3.9 红外控制电路 (9)4 系统软件设计 (9)4.1 主程序设计 (9)4.2 温度子程设计 (10)4.3 按键子程序设计 (12)4.4 继电器控制子程序设计 (13)4.5 显示子程序设计 (14)5 调试与制作 (16)5.1 硬件制作与调试 (16)5.2 软件调试 (17)6 结论 (17)参考文献 (18)致谢 (18)附件 (19)1 引言人类社会发展迅速，人们对生活水平的要求也是越来越高，在先下的社会中越来越多的家用、办公、工业电器都实现了自动化，智能化。

1前言随着电子技术的发展，各种电子设计产品逐步渗透到生活的各个角落。

21世纪，微电子将有更为迅猛的发展，微电子产品在国民经济发展中占有越来越重要的地位。

可以想象，当今世界，脱离了电子产品将是一个黑暗与枯燥的世界。

运用电子设计理论，充分结合生活实际，我们设计了该智能饮水机控制系统。

饮水机存在于现代每个家庭生活中，但是目前大部分的饮水机功能仅限于烧水功能，对现代人来说，功能还是不完善或者说存在一定的缺陷，比如对水温没有显示装置，对加热次数没有合理控制等，这些都与对健康水质的追求相矛盾。

为了解决以上问题，我们结合所学电子设计理论知识，设计了本套智能饮水机控制系统。

该系统结合了电子线路设计、数字电子技术、Protel仿真设计软件等相关知识，考虑现实需要来完成的。

主要实现的功能为对饮水机加热后的水温测量及其3位半的数字显示和对饮用水加热次数进行自动控制的功能。

功能一可以通过热敏电阻，经过一些电路变换（电桥电路），感应出特定电压信号，经过A/D转换电路变成相应的温度，直接3位半显示器来实现显示；也可以通过集成温度传感器比如AD590，将感应电流接入特定的A/D转换电路，最后译码实现温度数显功能。

功能二的实现为利用饮水机加热信号灯会的亮灭状态，我们想利用这个特点和一个光敏器件结合，这样就可以产生脉冲信号，输入到计数器，根据设定的数值，让相应的计数器管脚作为输出，再利用输出的这个脉冲切断主电路（用到特定的继电器）；也可以利用饮水机内部加热电路的断开状态来通过脉冲感应出加热次数，再利用脉冲实现控制。

本设计综合功能一和功能二，采用AD590及光敏器件的设计方案实现电路。

经测试仿真，该套设计系统整体性能良好，基本实现各功能，使得普通饮水机更加智能化、更加人性化，但也存在一定控制灵敏度和抗干扰缺陷。

可以预见，智能饮水机将来的发展前景很宽广，可以添加些更多的新功能，新技术，比如可以加入无线和网络控制装置，实现各家电的联网控制等。