电子信息工程系智能电子专业09 级毕业论文（设计）题目: 智能化水温控制系统设计姓名段彬学号*************指导教师（签名）1长沙师范学校2012届毕业论文长沙师范学校毕业论文（设计）开题报告登记表3长沙师范学校毕业论文（设计）内容摘要长沙师范学校2012届毕业论文沙师范学校毕业论文（设计）教师指导记录表（此页由指导教师填写）论文（设计）题目学生签名：教师签名：5长沙师范学校毕业论文（设计）写作过程考核表（此页由学生填写）学生姓名段彬论文题目智能水温控制系统的设计长沙师范学校2012届毕业论文长沙师范学校毕业论文（设计）评审登记表说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90分（含90分）以上记为优秀,80分（含80分）以上为良好，70分（含70分）以上记为中等，60分（含60分）以上记为及格，60分以下记为不及格。
7长沙师范学校毕业论文（设计）答辩记录表长沙师范学校2012届毕业论文摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。
采用单片机AT89C51 作为温度监控核心部件，结合AD590 传感器完成对水温的采样，通过数字滤波技术消除系统的干扰还原当前的温度值，并且对采集到的温度值进行比例积分微分运算处理，实现了一种水温监控系统的设计。
测试结果表明，该系统具有良好的温控能力。
首先采用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。
关键词：AT89C51；水温控制；单片机；比例积分微分控制；模数9ABSTRACTIn recent years along with science and technology develop fast, the application of single flat machine is moving towards thorough continuously, at the same time drive traditional control detection day the benefit of new moon update.A water temperature monitor system is designed, which is based on MCU AT89C51, samples water temperature by using AD590 sensor, eliminate interference via digital filter technology and processes the temperature data via proportional-integral-derivative controller (PID controller). The testing results indicate that the system is of excellent ability in temperature control.First PID algorithm used to control the PWM wave generated, thereby control the electric furnace heated to a temperature control. Then in the model reference MRAC adaptive algorithm based on the use of the MCU adaptive control, make up the traditional PID control structure in specific situations, the lack of decline, design a set of practical temperature monitoring system to make it in different Time constant can be achieved under the technical indicators. It is also effective in reducing the output relay switching times, often applied to environmental parameters of small changes in water temperature control system.Keywords: AT89C51 ；Water temperature control；MCU；PID algorithm；A/D长沙师范学校2012届毕业论文目录摘要 (2)绪论 (12)一、总体设计 (13)1.1 电路实现的功能及特点 (13)1.2 原理方框图及说明 (13)1.3总体方案论证 (14)二、硬件设计 (14)2.1电源模块 (14)2.2主机控制部分论证 (15)2.3温度采集模块论证 (15)2.4后向温度控制模块论证 (16)2.5键盘显示模块论证 (16)三、软件设计 (17)3.1 主程序设计 (17)3.2 温度设定、传送和显示子程序 (28)3.3 PWM电压输出子程序 (31)3.4 PID计算子程序 (33)四、设计总结 (41)参考文献 (42)致谢 (43)11附录 (44)绪论自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，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，在各行业广泛应用。
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，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且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。
现在，我国在温度等控制仪表业与国外还有着一定的差距。
随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。
本文主要介绍单片机温度控制系统的设计过程，其中涉及系统结构设计、元器件的选取、程序的调试和系统参数的整定。
在系统构建时选取了AT89c51芯片作为该控制系统的核心，温度信号由新型的可编程温度传感器（DS18B20）提供。
通过软件实现对水温的控制，使用继电器作执行部件。
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,具有较好的快速性与较小的超调。
该系统为一实验系统，要求系统有控制能力，实现对主要可变参数的实时监控。
使用软件编程既减少了系统设计的工作量，又提高了系统开发的速度，使用软件还可以提高所设计系统的稳定性，避免了因个人设计经验不足而产生过多的系统缺陷。
长沙师范学校2012届毕业论文一、总体设计1.1 电路实现的功能及特点一个水温控制系统，对象为一升净水，加热器为1KW的电炉。
设计拟达到的主要要求：1）水温由人工设定，范围：40—90℃，最小区分度为1℃，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变；2）控制精度：温度控制的静态误差小于1℃；3）用十进制数码显示实际水温；4）能打印实测水温值。
该系统的特点是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。
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。
具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备，再打印输出。
1.2 原理方框图及说明采用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，打印接口电路等组成，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，显示于数码管上。
与上位机进行通信，打印实测水温。
原理方框图如图1-1所示图1-1水温控制原理方框图131.3总体方案论证依据课题要求,提出三种方案（1）方案一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，决定加热或不回热。
系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码显示，不能用键盘设定。
（2）方案二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控制精度做得较高，而且仍不能用数码显示和键盘设定（3）方案三此方案采用89C51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看法和逻辑控制。
可实现数码显示和键盘设定等多种功能，系统电路框图如图2-1所示：图2-1系统电路框图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，控制方案的修改也较麻烦。
而方案三是采用以89C51为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，它可达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可实现显示、键盘设定等多种功能，又易于扩展，大大提高了系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。
故选择方案三。
二、硬件设计2.1电源模块在本设计中，用于控制和运算的单片机以及数码管显示器都需要在+5V直流电压下才能工作，运算放大电路需要在±12V直流电压下工作。
因此，这里需要一个能输出+5V和±12V的直流电压源。
电压源的选择也有两个方案。
长沙师范学校2012届毕业论文方案一：直接用干电池供电。
此方法不用焊接电路，简单方便，但是由于它提供的4.5V的电压，电压不够，提供12V电压时需要8节干电池连接，而且供电不稳定，带负载能力不强。