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基于PLC的热水箱恒温控制系统温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。
在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。
例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。
温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。
可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。
它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。
第一章绪论1.1 引言可编程序控制器(Programmable Controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的工业装置。
现代PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统。
在工农业生产中，常用闭环控制方式控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量，PID控制是常见的一种控制方式。
由于其不需要求出控制系统的数学模型，算法简单、鲁棒性好、可靠性高，在使用模拟量控制器的模拟控制系统和使用计算机(包括PLC)的数字控制系统中得到了广泛的应用。
本文针对恒温水箱温控系统的要求，以PLC为温度控制系统的核心，利用PID控制算法实现水箱的恒温控制。
1.2选题的背景温度是是工业上常见的被控参数之一，特别在冶金、化工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于热水器等一些热处理设备中。
摘要本温度设计采用现常见的89C51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。
单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。
系统包括单片机模块、温度检测模块、水位检测模块和驱动电路设计四个部分。
文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。
关键词： DS18B20数字温度传感器 89C51 水温水位目录一．概述 (3)1.1课题研究的目的及意义 (3)1.2技术指标 (3)二．总体设计方案 (3)三．详细设计方案 (4)1.1温度检测系统 (4)1.2水位检测系统 (6)四．元件说明 (6)1.1 工作原理 (6)1.2单片机的选择 (7)1.3温度传感器 (9)1.4水位传感器 (12)1.5 显示元件 (13)五．硬件模块设计 (15)1.1单片机模块设计 (15)1.2温度检测模块 (16)1.3水位检测模块 (17)1.4 控制模块 (19)1.5 驱动电路设计 (20)六．软件设计 (20)1.2 温度检测系统 (21)1.3 水位检测系统 (22)1.4 DS18B20主程序 (25)七．结论 (25)八．参考文献 (25)附录 (26)单片机与显示器件连接图 (27)系统软件源代码 (27)一．概述1.1课题研究的目的及意义目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便登问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能。
即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。
鉴于此，我以89C51单片机为检测控制核心，采用LED12864显示温度和时间，设计了一种太阳能热水器微控制器，不仅实现了时间、温度和水位参数的实时显示，而且具有时间设定、温度设定、水位设定与控制功能，停电后再来电时也不用重新设定。
1.2技术指标设计并制作一个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控制。
水温控制系统摘要：该水温控制系统采用单片机进行温度实时采集与控制。
温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供，DS18B20在-10～+85°C范围内, 固有测温分辨率为0.5 ℃。
水温实时控制采用继电器控制电热丝和风扇进行升温、降温控制。
系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。
关键字： AT89C51 DS18B20 水温控制Abstract: This water temperature control system uses the Single Chip Microcomputer to carry on temperature real-time gathering and controling. DS18B20, digitized temperature sensor, provides the temperature signal by "a main line". In -10～+85℃the scope, DS18B20’s inherent measuring accuracy is 0.5 ℃. The water temperature real-time control system uses the electricity nichrome wire carring on temperature increiseament and operates the electric fan to realize the temperature decrease control. The system has the higher measuring accuracy and the control precision, it also can complete the elevation of temperature and the temperature decrease control.Key Words:AT89C51 DS18B20 Water temperature control目录1. 系统方案选择和论证 (2)1.1 题目要求 (2)1.1.1 基本要求 (2)1.1.2 发挥部分 (2)1.1.3 说明 (2)1.2 系统基本方案 (2)1.2.1 各模块电路的方案选择及论证 (2)1.2.2 系统各模块的最终方案 (5)2. 硬件设计与实现 (6)2.1系统硬件模块关系 (6)2.2 主要单元电路的设计 (6)2.2.1 温度采集部分设计 (6)2.2.2 加热控制部分 (8)2.2.3 键盘、显示、控制器部分 (8)3. 系统软件设计 (10)3.1 读取DS18B20温度模块子程序 (10)3.2 数据处理子程序 (10)3.3 键盘扫描子程序 (12)3.4 主程序流程图 (13)4. 系统测试 (14)4.1 静态温度测试 (14)4.2动态温控测量 (14)4.3结果分析 (14)附录1：产品使用说明 (15)附录2：元件清单 (15)附录3：系统硬件原理图 (16)附录4：软件程序清单 (17)参考文献 (26)1.系统方案选择和论证1.1题目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，容器为搪瓷器皿。
水温自动控制系统水温自动控制系统摘要：本文介绍了以AT89C51单片机为核心的水温自动控制系统。
介绍了AT89C51单片机水温控制的硬件电路的设计及软件的编写、调试整个过程。
介绍了本水温控制系统的组成结构，着重介绍了系统中单片机AT89C51的显示控制电路以及受控升温电路的硬件组成。
本文采用分块的模式，对整个系统的硬件设计进行分析，分别给出了系统的总体框图、温度检测电路、显示单元的电路，并对相应电路进行相关的阐述。
调试结果表明以上提到的功能都可以实现。
关键词：水温控制；单片机；显示控制；远程控制1 引言随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展, 现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，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,如何对水温进行控制成为焦点课题之一,为越来越多的科研机构所重视。
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下，为了保证生产过程正常安全的进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度和节约能源，及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节。
由于本设计是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率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，以满足检测、控制应用类型的功能要求。
另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制提供了可能，例如实现自动切断电源，语音提示，自动加热，远程控制等。
1.1 温度控制的现状目前市场上经销的温度控制系统大多是采用模拟电路及继电器控制，存在电路繁琐,可调节性差，受温度影响大，响应速度慢，有噪音等缺点，针对这些缺点我们对它进行了再次设计。
实现满足题目要求的水温自动控制系统需要解决以下两个方面的问题：一是高精度的水温测量电路及其数据处理的实现，另一个是控制方法及其控制电路实现的研究。
课 程 设 计（报告）任 务 书
题 目 水温控制系统
任务与要求
以AD590为传感器，制作能对温度变化敏感的电路。学会查询
文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。
开始日期 2012 年 2 月 23 日 完成日期 2012 年 2 月 26 日
水温控制系统
摘要：
本文主要运用了模拟电子技术基础中的电压跟随器，减法器，同相比例放大
器，电压比较器，相关知识实行对水温的控制。本设计实现了温度的测量和对水温
的控制，具有较好的可行性和实用性。信号通过AD590温度传感器输入转化为电信
号，经过电压跟随器、减法器和放大器放大后与设定的电压值比较，输出正电压或
负电压来实现电路的通断，间接控制继电器和蜂鸣器的工作，实现温度控制。
关键词：
AD590温度传感器，电压跟随器，减法器，放大器，比较器。
Abstract:
This paper mainly used for simulating electronics voltage follower，
subtractor，proportion of amplifiers, voltage comparator, related knowledge of relays.
The design and implementation of a temperature measurement and control of temperature,
good feasibility and practicality. By AD590 temperature sensor signal input into electrical
signals in the amplifier amplification, and set the voltage output voltage, negative or
positive to realize the circuit, indirect control relay, realize temperature control.
Keywords: AD590 temperature sensor, voltage follower, subtractor, proportion of
amplifiers, voltage comparator
1 引言
温度是工业上常见的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品加工、
机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于加热炉、热处理炉、反应炉等。在
日常生活中，也经常用到电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等需要进行温度检
测与控制的家用电器。因此本小组想通过自身所学知识设计具有控制方便、简单、
灵活等优点的水温控制系统。
2 总体结构
2.1 总体设计流程
2.2总电路图
仿真电路图
3 基本原理
3.1 AD590
AD590是电流输出型温度传感器。AD590是AD公司利用PN结构正向电流与
温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。（热敏器件）AD590是美国模拟
减 法 器 比
较
器
数
据
采
集
电压跟随器
图2.1模拟控制方案框图
器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：
1）流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，
即：mA/K式中： —流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T—热力学温度，
单位为K。
2）AD590的测温范围为-55℃～+150℃。
3）AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流
变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，
因而器件反接也不会被损坏。
AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流其
规格如下：
1）温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。
2）可量测范围-55℃至150℃。
3）供应电压范围+4V至30V。
AD590的接脚图及零件符号如下图所示：（右图中R取10K，方便计算）
AD590的输出电流值说明如下：
其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA
输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。
Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为2.98V(10K×298μA)。
量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。而在我们的具体实验中，我
们的Vo将会再做处理，而不是直接输出，目的是为了更方便人观察。
电路分析：
AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度),因此量测的电压V为
(273+T)μA ×10K= (2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不
分流出来,我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。
3.2 UA741
由于经过AD590和电压跟随器之后，输出电压为(2.73+T/100)V。不易于观
察温度的变化而引起的输出电压的变化。在此我们引入UA741，目的是将
(2.73+T/100)V转为（T/10）V。
UA741是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成
电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。 这些类型还具有广泛的共同模式，
差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。
UA741的外形及引脚如图：
说明：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，
6为输出，7接电源 8空脚
我们将输出电压接到引脚3，引脚2接一滑动变阻器，调节其阻值，使其电
压刚好为2.73V，再根据减法器的原理，可在引脚6处得到输出电压为（T/10）
V。计算过程如下：
U2=(2.73+T/100)
根据虚短可得：
U2*R3/(R3+R2)=(2.73-U)*R4/(R4+R1)
因为 R4/R1=R3/R2=100K/10K=10
所以 U=(U2-2.73)*10=(T/10)V。
3.3 LM311
在具体的实验过程中，我们难以实现对温度的控制，只能做到加热和降温。
而为了实现这个功能，我们必须要把输出信号（模拟信号）转换为数字信号-----
引入电压比较器LM311。
在电路中电压比较器是将待测电压与基准电压进行比较，当待测电压高于基
准电压比较器输出高（低）电平，当待测电压低于基准电压比较器输出低（高）
电平。电压比较器就是通过设置不同的基准电压，完成检测不同的待测电压。
LM311电压比较器设计运行在更宽的电源电压：从标准的±15V运算放大
器到单5V电源用于逻辑集成电路。其输出兼容RTL,DTL和TTL以MOS
电路。此外，他们可以驱动继电器，开关电压高达50V，电流高达50mA。
LM311的主要特性如下：
采用SOIC 封装方式。 比较器类型:通用
响应时间:200ns 电源电流:5.1mA
针脚数:8 工作温度范围:0°C to +70°C
比较器数目:1 电源电压 最大:36V
电源电压 最小:5V 输入偏移电压 最大:7.5mV
LM311规格图如下：
如上图，实验中引脚8接电源电压6V，引脚7接地，引脚3的电压为3V
（此为比较电压）。在室温下，我们测得引脚2的电压为1.72V，即小于3V，
得到输出端引脚7的电压约为0，用电热棒靠近AD590片刻，输出电压跳
变到高电平6V。达到实验效果。
4 结果检测
总体电路实物图
5 结束语
由于缺少单片机的控制，本小组的实验只完成了传感输入部分，并不能实现
完整的水温控制，然而本小组的电路设计相信可以达到实用电路的要求，只要加
上单片机，便可以组成实用的水温控制系统。
总结：经过三天的讨论，我们按照原理要求设计出了初步的原理电路，并且进行
了软件的仿真，最后完成了理论设计部分。期间，虽然我们有许多意见相矛盾，
但是最终都顺利的得到解决的方法。这让我们明白了合作的重要性，如果仅仅靠
一个人进行，相信将会大大延长设计的时间，拖慢完成的进度。理论指导实践，
有了理论方向，剩下的就是进行元件的焊接了。由于缺乏经验，焊接过程遇到了
许多困难，既要注意正反两面的引脚方向相反，又要注意锡的用量不能太多也不
能太少，连接两个元件是用导线还是直接用锡，蛮多东西要衡量的。相信实际应
用上更要考虑材料的节省如何达到最优，元件的位置如何设计能使焊点减少。在
焊接完成后的测试中，我们发现并不是焊接完了电路就一定会正常工作，也有焊
接错误的情况存在，万用表就是一个检测错误非常好的工具。当然，在实验中我
们本着坚持独立自主完成的原则，只有当实在想不出问题出在什么地方，才去请
教老师指导。由于老师的细心指导，我们克服了重重困难，成功地设计了这个课
程设计。经过本次课程设计实验，我们巩固了许多理论知识，得到了动手能力的
提高，吸取了许多宝贵经验。
参考文献
1. 任希才. 传感器及其应用电路. 电子工业出版社
2. 张志利. 蔡伟. 基于AD590的温度测控装置研究[J].自动化与仪器仪表.
3. 王瑞福. 单片微机测控系统设计大全[M].北京航天大学出版社.
4. 百度文库. http://wenku.baidu.com/
