一。设计题目4
二。设计要求4
三题目分析5
四。整体构思5
五。具体实现6
六。各部分定性说明以及定量计算6
七。设计心得体会15
八。参考文献15
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。
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。
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。数字控制方法远远优于模拟控制方法。
目前，实现水温的高精度控制常采用数字控制方法，可用的控制算法有开关控制、经典pid控制、模糊控制等。为了追求控制系统具有最小的稳态误差、最好的动态过程，即具有最小的超调量和最短的稳定时间，人们一直在不断研究各种控制方法的应用。
水温控制系统介绍。
单片机水温控制系统，是用来控制电炉温度，让它的温度始终保持在某一个范围内的恒温值，为此对温度的控制我们可采用很多种方法，以往的水温控制系统都采用开关式控制方式，使用的是模拟式调节仪表，我们可通过一位式模拟控制方案，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现。但是存在着不足之处：
系统所得结果的精度不高而且调节动作频率、系统静差大，不稳定。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用液晶显示，不能用键盘设定。单片机温控系统多种多样，针对不同的被控对象可以设计出不同的硬件电路。
为了实现高精度的温度控制，我们采用了以at89c51为控制核心的单片机控制系统，温度实时控制采用的是多次测量取不同的pwm值来触发可控硅从而调节加热丝的有效功率。并用液晶显示水的实际温度，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、打印，键盘设定，远程控制，报警等功能，大大提高系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。并且为了保证系统稳定运行，在软硬件方面都采取了一定的措施。
主程序主要处理系统初始化、扫描键盘、采样温度值和对采样数值进行数字滤波等工作。系统灵敏度高和抗干能力强，具备较高的测量和控制精度。
该控制系统主要是针对控制水杯中的温度而设计的，它具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，所以具有一定的应用前景。它也不仅可应用于科研水中的温度检测与控制，也可应用于实际孵蛋房、豆芽菜房等生产工作间恒温控制的场合。
一设计题目。
水温监测及控制系统。
二，设计要求。
一) 总的指导思想；对本次的课程设计，原则上老师只给出大致的设计要求，在设计思路上不限定和约束同学们的思维，所以同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行，效果良好。
二) 题目具体要求；要求设计制作一个可以测量和控制温度的水温控制器，测量和控制温度范围；室温~60摄氏度，控制精度1摄氏度。
三) 方案任务及要求；（1）设计有双臂电桥和差动输入集成运放组成的桥式放大电路。（2）将（1）和比较起器两部分电路根据相应特性和原理组合起来组成温度监测电路（3）学会系统测量和测试，并加入控制电路。
三题目分析。
针对水温监测及控制系统的大致思路为；由热敏电阻来测室温的变化，将温度信号转变为电信号，再由差分放大电路放大电压信号输送给比较器 ，从而再输送给主控制系统，由主控制系统判断是加热还是降温。
四整体构思。
五，具体实现和六各部分计算及说明。
一）单双臂两用直流电桥的详细介绍。
单又臂两用直流电桥。
双臂两用直流电桥主要技术性能：单登电桥线路、内附指零仪和电池盒，用来测量其范围内的直流电阻，便于携带，使用方便。
单双臂两用直流电桥性能：
1、 测量范围：1-9.999mω
2、 准确度：0.2%
3、 内附指零仪：电流常数<6*10-7a/mm
阻尼时间：<4s
4、 电源：4.5v(2号干电池3节)
5、 外型尺寸：225*175*115(mm)
6、 质量：2kg
二）差分放大电路。
差分放大电路。
a)射极偏置差放 (b)电流源偏置差放
差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。
因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
（a） 电阻re是t1和t2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中旨入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的仰制。电阻re常用等效内阻极大的恒流源i0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-vee用来补偿射极电阻re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+vcc，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻，rl为外接负载电阻。
编辑本段基本状态。
差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vi1、vi2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。此时，外输入信号称为差模输入信号，以vid表示，且有：
当外信号加到两输入端子与地之间，使vi1、vi2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vic表示，且 :
当输入信号使vi1、vi2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vid和共模信号vic两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。
(1)对差模输入信号的放大作用
当差模信号vid输入(共模信号vic=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即vi1=－vi2=vid/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压vod1、vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vod1－vod2=2vod1=vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。
要注意的是：差放公共射极的动态电阻rem对差模信号不起(负反馈)作用。
(2)对共模输入信号的抑制作用
当共模信号vic输入(差模信号vid=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即vi1=vi2=vic,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压voc1、voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压vo=voc1－voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。
此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。
三）比较器。
滞回电压比较器
滞回比较器又称施密特触发器，迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。838电子。
滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
ur是某一固定电压，改变ur值能改变阈值及回差大小。
以图 4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性
图4 滞回比较器及其传输特性
(a)反相输入；(b)同相输入
1，正向过程
正向过程的阈值为
形成电压传输特性的abcd段
2，负向过程
负向过程的阈值为。
形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。
利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值
两个阈值的差值δuth=uth1–uth2称为回差。
由上分析可知，改变r2值可改变回差大小，调整ur可改变uth1和uth2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。
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