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基于单片机的水温控制系统设计摘要：水温控制系统在工业、农业、生活等各个领域广泛应用。
随着技术的发展，单片机控制技术正在越来越多的应用到水温控制领域中。
本文通过对水温控制系统原理的分析，进行了设计和制作，并通过实验结果验证了本设计的可行性和稳定性。
关键词：单片机控制技术；水温控制系统；可行性；稳定性1. 引言水温控制系统在现代社会中应用广泛，水温控制技术的发展和进步为现代社会的科技进步做出了巨大的贡献。
单片机技术作为一种广泛应用的控制技术，可以实现多种不同的控制操作，因此被广泛应用到水温控制系统中。
本文将针对单片机水温控制系统进行分析设计，并进行实验验证。
2. 水温控制系统原理分析水温控制系统的基本结构由传感器、控制器以及执行机构等组成。
其中，传感器负责温度数据的采集，控制器负责处理和分析数据，并控制执行机构实现温度控制。
单片机水温控制系统的实现原理基于以下几个步骤：1）传感器采集温度数据并将数据转换为数字信号。
2）单片机控制器通过间接方式获取传感器采集的温度数字信号，并将其传输到外围设备中。
3）控制器将传输的信息根据其程序所设定的算法进行计算，得到温度数据，从而调整执行机构的作用。
4）执行机构实现接收计算出的数据并通过温度调节装置将温控装置的工作状态调节到所设定的工作状态，最终实现水温控制。
3. 单片机水温控制系统设计根据以上原理设计单片机水温控制系统，具体实现过程如下：1）传感器：选用DS18B20数字温度传感器，将其与单片机进行连接；2）控制器：选用AT89S52单片机，作为水温控制器，通过程序将传感器所采集到的数字信号转化为温度信息，并与设定温度进行比较和判断，控制继电器开关；3）执行机构：选用继电器作为执行机构，通过继电器的开关控制加热器的加热状态，调节水温。
4. 实验验证将设计好的单片机水温控制系统进行实验，实验过程中将设定温度为30℃，获得的实验结果显示在图1中。
图1 实验结果实验结果表明，本设计的单片机水温控制系统能够在设定温度为30℃时以及系统正常工作的情况下，实现对水温的有效控制。
前言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。
本次设计为一个基于单片机的饮水机的温度控制系统，该系统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饮水机水箱水温度数，可以通过键盘或开关选择制冷或加热，可以人为设置水的温度的上下限，如加热，当温度在设定的范围内时正常工作，当低于水温下限时控制加热器加热；如制冷，当温度高于水温上限时控制压缩机制冷，温度检测范围0~95℃，精度±1℃，当温度超过设定值时具有示警功能。
第1章电路设计1.1 单片机最小系统设计单片机最小系统如图1.0所示，由主控器AT89C51、时钟电路和复位电路三部分组成。
单片机AT89C51作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。
图1.0 单片机最小系统1.1.1 单片机选择AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
其管脚图如图1.1所示。
基于单片机的水温控制系统设计引言在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。
利用 AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。
单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED 显示器上。
该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
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）用十进制数码管显示水的实际温度。
（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≤0.2℃。
系统主要硬件电路设计单片机控制系统原理框图温度采样电路选用传感器AD590。
其测量范围在-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℃。
此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。
系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。
信号采集电路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。
100Ω电阻与0.01uF 电容组成双向可控硅保护电路。
部分控制电路系统主程序设计主程序流程图。
关于单片机水温控制系统设计的论文关于单片机水温控制系统设计的论文1温度控制系统概述工业生产中对于温度控制的需求是十分严格的，大量的锅炉、加热炉以及家用电器，如热水器、电水壶等对于温度控制都有需求。
如果温度控制不精准，小则出现浪费资源的现象发生，大则可以引发重大事故。
因此，精准的温度控制是十分必要的，那么温度控制系统应运而生。
自动温度控制系统需要准确的控制温度，及时的做出后续操作。
基于单片机的自动温度控制系统以其外型小巧、功能强大的优势近些年被广泛应用于动温度控制系统当中。
2基于AT89C51单片机的水温控制系统设计2.1系统设计基于AT89C51单片机的水温控制系统采用了当前应用广泛的AT89C51单片机，以AT89C51单片机做为核心部件，以汇编语言对其进行编程控制其它辅助系统，用PID算法来控制PWD波的产生，进而实现系统温度的控制。
2.2硬件设计基于单片机水温控制系统硬件主要由单片机基本系统、温度传感器、电炉、继电器、显示电路、报警电路、键盘等组成。
（1）单片机基本系统。
单片机基本系统采用了AT89C51芯片，它由基本供电电路、时钟电路和复位电路组成。
键盘、显示电路、报警电路将信号输入到单片机基本系统当中，单片机基本系统根据温度传感器采集到的数据，进行数据分析与处理，得到相应的`控制信号，由控制信号驱动继电器工作，从而达到控制电炉工作的结果，最终达到控制温度的目标。
（2）温度传感器。
温度传感器的作用是对水温进行温度的检测，并实时将数据传送至单片机基本系统，以供其进行数据分析。
（3）继电器。
继电器的作用是控制电炉工作，它通过接收单片机基本系统的控制信号，实现对于电炉的控制。
（4）电炉。
电炉是用来实现对水加热的功能，由继电器根据控制信号对其进行控制。
（5）键盘。
本设计采用61板自带按键，不需要另外连接硬件即可使用。
（6）显示电路。
由六个八段数据管以及数码管的驱动电路组成，前三段用于显示控制温度，后三段用于显示实际测量温度。
基于单片机的水温控制器设计引言水温控制在很多领域中都具有重要的应用价值，例如温室、鱼缸、热水器等。
基于单片机的水温控制器能够自动调控水温，提高水温的稳定性和准确性。
本文将介绍如何设计一个基于单片机的水温控制器，以实现对水温的精确控制。
一、硬件设计1.单片机选择选择一个合适的单片机对于设计一个稳定可靠的水温控制器至关重要。
常用的单片机有STC89C52、AT89C52等。
在选择时应考虑单片机的性能、功耗、接口等因素。
2.温度传感器温度传感器用于检测水温，常用的有NTC热敏电阻和DS18B20数字温度传感器。
NTC热敏电阻价格便宜，但精度较低，DS18B20精度高，但价格相对较贵。
3.加热装置加热装置用于根据温度控制器的输出信号进行加热或制冷。
可以选择加热丝、加热管或半导体制冷片等。
4.驱动电路驱动电路用于将单片机的输出信号转换为合适的电流或电压，驱动加热装置。
可以选择晶体管或继电器等。
5.显示模块可以选择液晶显示屏或LED数码管等显示水温的数值。
二、软件设计1.初始化设置首先，对单片机进行初始化设置，包括引脚配置、定时器设置等。
然后，设置温度传感器和加热装置的引脚。
最后，设置温度范围，以便根据实际需求进行调整。
2.温度检测使用温度传感器检测水温，并将读取到的温度值转换为数字形式，以便进行比较和控制。
可以使用ADC（模拟-数字转换）模块转换模拟信号为数字信号。
3.控制算法本设计中可以采用PID控制算法进行水温控制。
PID（Proportional-Integral-Derivative）控制算法根据设定值和反馈值之间的差异来计算控制信号。
可以根据需求进行参数调整，以获得更好的控制效果。
4.显示和报警使用显示模块显示当前水温的数值，并在温度超出设定值时触发报警功能。
报警可以采用声音、灯光等形式。
5.控制输出根据PID算法计算出的控制信号，控制驱动电路，驱动加热装置或制冷装置，以实现水温的调节。
总结基于单片机的水温控制器能够实现对水温的精确控制。
基于单片机的水温控制系统第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。
前言温度是表征物体冷热程度的物理量。
在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。
因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。
单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。
将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。
现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。
但随之而来的是巨额的成本。
在很多的小型系统中，处理机的成本占了系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。
随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。
现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。
1绪论1.1研究的目的和意义温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。
工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。
这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。
单片机具有和普通计算机类似的强大数据处理能力，结合PID，程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益[9]。
基于单片机的水温控制系统设计学生：指导教师：内容摘要：说起温度控制系统，大家并不陌生了，在我们生活中许许多多的家用电器都可以涉及到温度的控制，像存储美食的电冰箱，为我们带来凉爽的空调都会用到温度控制系统，为我们带来热气腾腾开水的饮水机等等。
而本文介绍了水温控制系统的基本原理，本系统可以用于饮水机等电路，整个系统的核心就是AT89C51单片机，它是这个系统的主控制单元，对于水温控制当然温度控制系统也是必不可少的，这个系统则应用了DS18B20为温度传感器的温度控制系统，采集温度后利用数码管显示当前温度，并通过继电器对其加热等。
总而言之水温控制系统在生活中的大量应用为我们带来了方便，提高了我们的生活质量。
关键词：水温控制系统单片机 AT89C51 DS18B20 继电器Design for microcomputer temperature control system Abstract:Speaking of temperature control system, everybody is not strange, in our life, many household appliances can be involved in temperature control, like food storage refrigerator, bring us cool air conditioning, the temperature control system is used for us a steaming hot water drinking machine, and so on. Water temperature control system are introduced in this paper, the basic principle of this system can be used for water dispensers circuit, such as the core of the whole system is AT89C51 single chip microcomputer, it is the main control unit to the system, the water temperature control temperature control system is also indispensable, of course, the application system, the temperature control system of temperature sensor DS18B20, after collecting temperature using digital tube display the current temperature, and through the relay on the heating, etc. Overall water temperature control system in the life of a large number of applications for our brought convenient, improve the quality of our life.Keywords:water temperature control system of single chip microcomputer AT89C51 DS18B20 relay.目录前言 (1)1 水温控制器背景 (1)2 方案比较 (1)2.1 控制电路的方案比较 (1)2.2 温度采集模块 (2)2.3 显示模块 (2)2.4 温度控制模块 (2)3 硬件电路 (3)3.1 硬件框图 (3)3.2 功能介绍 (3)3.2.1 控制电路模块 (3)3.2.2 温度采集模块功能 (6)3.2.3 温度控制模块功能 (7)3.2.4 显示模块功能 (8)4 软件设计 (10)4.1 主程序流程图 (10)4.2 温度采集程序 (11)4.2.1 温度转换 (12)4.3 按键处理 (13)4.4 显示模块 (13)5 调试说明 (15)5.1 温度采集误差 (15)5.2 水温控制测试 (16)5.3 温度突变测试 (17)6 结束语 (18)附录 (19)参考文献 (21)基于单片机的水温控制系统设计前言电饭煲，电冰箱,电空调在我们生活中随处可见，为我们的生活带来了极大的方便,这一切的功劳都归属于水温控制系统的诞生。
随着科技不断进步，如今的水温控制系统越来越精确，质量越来越高，效率也越来越好。
然而水温控制系统不仅仅应用在一些日常的家电中，还在工业上普遍应用。
例如冶金，电力生产等对温度都有极其高的要求，工业冶炼都是在高温环境下操作的，在如此恶劣的环境下，控制温度是对员工安全的负责，是对产品质量的指标，是对成品数量的标准，可见水温控制的重要性，不仅提高了产品质量，还相应节约了人力劳动。
在现在工业发达的领域，自动化控制应用越来越广泛，大大节约了人力物力资源，由于单片机的广泛应用和发展，使水温控制系统越来越精确，越来越方便，越来越与我们的生活息息相关，人们也越来越放心使用。
1 水温控制器背景人们对生活质量的要求越来越高，现在电子技术的不断发展推动了水温控制的不断进步，即能满足人类现在的需要。
目前水温的控制系统一般采用以微处理器为核心的计算机控制技术，代替了从前落后的控制器，从而提高了自动化能力，并且精确度也越来越高。
由于单片机的问世，自动化控制将单片机的功能发挥到淋漓尽致，单片机也成为了大多电子产品中必不可少的核心元件，而对于本课题的水温控制系统也涉及到了单片机的应用，在当代生活水温控制系统应用越来越广泛，说明了水温控制系统在我们生活中的地位，并且适合各种场合的智能水温控制器也随之诞生。
本课题就是在STC89C52单片机上的水温控制系统。
2 方案比较2.1 控制电路的方案比较方案一：采用FPGA作为系统控制器。
FPGA具有高速运行，编程简单的优势，但是本系统只是一个简单普通的水温测试系统，高速运行对本系统来说与不是高速运行的控制系统相比不会产生太大优势，所以不需要高速运行这个特点，并且FPGA成本高，引脚多，十分麻烦，对于本系统利用不到其优势且由于引脚多会给其带来额外麻烦，所以排除它。
方案二：采用STC89C52RC单片机作为控制器。
本单片机是在一块芯片中集成了数据存储器ROM，中央处理器，定时器，计数器和程序存储器RAM,32位IO口，可通过编程实现逻辑，运算等控制，且其具有体积小，功耗低，成本低的优势，而且此单片机引脚较少，对于本系统是最佳的选择。
不仅可以实现自动化控制水温的功能，又可以降低成本又是十分简便的方式。
综上所述选择方案二。
2.2温度采集模块方案一：采用热敏电阻器采集温度，尽管其灵敏度较高，工作范围也挺广泛，但是其阻值与温度关系非线性严重，调试较复杂，固不采用。
方案二：采用热电偶采集温度，尽管其精确度较高，稳定性好，但是其灵敏度低，成本较高，对污染特别敏感，调试困难,固也不采用。
方案三：采用DS18B20温度传感器采集温度，可直接与本系统控制电路单片机通信，读取测温数据。
且线路简单，耗用资源少，灵敏度高，测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625 ℃，而且较其它温度采集模块，我们已对DS18B20有了初步的接触，在我们使用时会更加等心应手，减少不必要的麻烦，最主要是DS18B20能满足本系统所有要求。
综上所述选择方案三。
2.3显示模块方案一：采用LED八段数码管。
使用该方案时就要用到三个LED分别显示温度的十位、个位和小数位，在制作时就使其复杂麻烦。
尽管数码管低消耗，但是其引脚不规则，在辨别和确认引脚时也较为麻烦，还有一点就是温度是可以变化的，是随着时间会改变的，固该系统是动态显示，为满足这点要求LED八段数码管在使用时要外加驱动电路，就更为复杂。
方案二：采用液晶显示屏。
液晶显示屏不但具有数码管显示的特点，但是较LED八段数码管而言，它的引脚就较其简单，而且抗干扰能力强，编程也相对简单容易，使本系统在制作时更为简单，且满足我们的所有需求。
综上所述选择方案二。
2.4 温度控制模块方案一：采用可控硅来控制加热器有效功率。
采用本方案需通过控制其导通角来掌握电流大小，尽管可控硅开端速度快且无涌流，但该方案电路复杂，还需增加其他光耦器件，使电路更显复杂，并且成本高，功耗大，所以不使用该方案。
方案二：采用PWM控制固态继电器来达到控制电流大小的目的，从而控制加热温度降低温度，继电器可以很容易地实现通过较高的电压和电流，并且较方案一电路简单，不用外加光耦器件，且成本低，对整体系统无干扰，响应快，能满足该系统要求。
综上所述选择方案二。
3 硬件电路3.1 硬件框图该总系统主要以STC89C52为核心模块来控制整个系统，还有温度采集模块，显示模块，温度控制模块，键盘输入等共同协调而成，该系统可以简单的控制水温，并加热水温使其达到预设状态，该系统最常见的实例就是饮水机。
饮水机是设置水温达到几乎100摄氏度，当打开电源自动开始加热到预设温度，当达到预设温度时保温，保持预设温度，当温度未达到时，又继续自动加热，以此循环。
水温控制器的硬件框图如3.1-1所示。
图3.1-1 硬件框图3.2 功能介绍3.2.1 控制电路模块本系统控制电路模块是采用单片机STC89C52，它属于51系列单片机，具有51系列单片机的特点，51系列单片机又被叫做位处理器，因为其有一优点就是从内的硬件到软件都有一套按位操作的系统，由此显而易见51系列单片机处理方式是按位处理，单片机还具有高集成度，体积小的特点，它是将各功能部件集成在一块小芯片上，具有逻辑运算，置位，清零等功能，最主要是其控制能力强,而本系统用到的STC89C52单片机是一个8位单片机，，它的外部晶振为12MHz，一个指令周期为1μS，它还有32个IO口，而单片机的IO口逻辑操作及位处理能力很强，适用于使用控制功能系统。
单片机STC89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。
系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。
单片机不但引脚少，而且功能强大，本系统主要应用了STC89C52具有控制能力强，及内部又8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器，使我们采集温度后可以直接将数据传输到单片机，并可以记录储存到此时的数据，并且它的控制能力可以协调控制各模块之间自动运行，且编写程序控制较其它而言相对简单，再者单片机引脚少，使电路不至于麻烦，为操作者带来很大的便利。
