單片機水溫控制系統設計論文
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1溫度控制系統概述
工業生產中對于溫度控制的需求是十分嚴格的，大量的鍋爐、加熱爐以及家用電器，如熱水器、電水壺等對于溫度控制都有需求。如果溫度控制不精準，小則出現浪費資源的現象發生，大則可以引發重大事故。因此，精準的溫度控制是十分必要的，那么溫度控制系統應運而生。自動溫度控制系統需要準確的控制溫度，及時的做出后續操作。基于單片機的自動溫度控制系統以其外型小巧、功能強大的優勢近些年被廣泛應用于動溫度控制系統當中。
2.1系統設計
基于AT89C51單片機的水溫控制系統采用了當前應用廣泛的AT89C51單片機，以AT89C51單片機做為核心部件，以匯編語言對其進行編程控制其它輔助系統，用PID算法來控制PWD波的產生，進而實現系統溫度的控制。
2.2硬件設計
基于單片機水溫控制系統硬件主要由單片機基本系統、溫度傳感器、電爐、繼電器、顯示電路、報警電路、鍵盤等組成。
（1）單片機基本系統。單片機基本系統采用了AT89C51芯片，它由基本供電電路、時鐘電路和復位電路組成。鍵盤、顯示電路、報警電路將信號輸入到單片機基本系統當中，單片機基本系統根據溫度傳感器采集到的數據，進行數據分析與處理，得到相應的控制信號，由控制信號驅動繼電器工作，從而達到控制電爐工作的結果，最終達到控制溫度的目標。
（2）溫度傳感器。溫度傳感器的作用是對水溫進行溫度的檢測，并實時將數據傳送至單片機基本系統，以供其進行數據分析。
（3）繼電器。繼電器的作用是控制電爐工作，它通過接收單片機基本系統的控制信號，實現對于電爐的控制。
（4）電爐。電爐是用來實現對水加熱的功能，由繼電器根據控制信號對其進行控制。
（5）鍵盤。本設計采用61板自帶按鍵，不需要另外連接硬件即可使用。
（6）顯示電路。由六個八段數據管以及數碼管的驅動電路組成，前三段用于顯示控制溫度，后三段用于顯示實際測量溫度。
（7）報警電路。報警系統是出于電爐的安全考慮進行設計的。溫度傳感器獲得數據傳遞給單片機基本系統，單片機基本系統分析數據后，當水溫過高或過低，即達到預設最大值與最小值時，單片機驅動報警電路，實現報警功能。以上各組件與單片機芯片引腳連接方式為：溫度傳感器輸入端連接到P3.1口，按鍵接在P3.1、P3.2、P3.3，分別控制設定溫度的十位、個位和小數位，單片機的輸出控制信號由P3.5輸出；實際水溫顯示的字型碼是由P0口送出，十位、個位和小數位分別由P1.0、P1.1、P1.2選通；設定溫度顯示的字型碼是由P2口送出，十位、個位和小數位分別由P1.3、P1.4、P1.5選通。
2.3軟件設計
（1）主程序設計：系統采用匯編語言進行編程，由主程序進行控制。即由主程序調用子程序。其功能主要對傳感器采集的數據送入單片機中特定單元，然后一方面進行在LED顯示，另一部分與設定值進行比較，通過PID算法得到控制量并經由單片機輸出去控制電動調節閥進行水溫調節。
（2）子程序設計：主要由顯示子程序、鍵盤中斷子程序、進制轉換子程序、溫控子程序、報警子程序等組成。顯示子程序用于顯示實際溫度和設定溫度；鍵盤中斷子程序用于對系統進行設定控制；進制轉換子程序用于把采集的溫度信號換算為對應的溫度值；溫控子程序把采集的實際溫度與設定溫度值比較，調用PID算法，輸出控制信號；報警子程序用于控制非法輸入溫度值。3.4溫度控制系統的數學模型溫度控制系統可采用采用比例積分調節器來校正，按照一定采樣周期采集r(k)和F(k),其偏差值為e(k)=r(k)-F(k)（1）根據偏差值來計算輸出u(k)，其對應差分方程為：u(k)=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)（2）其中：a0=Kp(1+T/T1)a1=Kpe（k）=（rk）-F（k）
3結語
此款基于AT89C51單片機的水溫控制系統其設計精簡、實用、穩定性高、控制精度高、安全性高，既可以實現大工業生產中的水溫控制，又可以實現家用電器的水溫控制，有著成本低，性能高的優勢。
作者：唐利軍 單位：長春廣播電視大學
