哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）
厂、学校等场所的温度检测设施，由人工设定温度，有很好的实用价值，控制系统不仅可用于控制水温，还可应用到对温度有一定要求的其它领域。也为今后水温控制技术的发展探索了一条行之有效的道路,具有广阔的发展空间。
水温控制在生产中及生活中都发挥着重要的作用，如一些现代化车间里，生产特殊要求产品加工需要在一定的温度下才能进行，水产养殖中，也要对水的温度进行严格的控制，才能确保达到最好的效果，在家居生活中，我们同样离不开水温的控制，如电热水器，自动饮水机等，都要用到水温控制系统。实现水温控制的方法有很多种方法，如单片机控制，PLC控制，模糊控制等，而其中用单片机实现的水温控制系统，具有可靠性高，价格低廉，简单易实现等众多优点。
1.3 设计任务及要求
一、设计任务
设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，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。
二、设计要求
1.可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.1℃。 2.可以测量并显示水的实际温度。温度测量误差在±0.5℃内。 3.水温控制系统应具有全量程（10℃—70℃）内的升降温功能。
4.在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度±15℃内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差≤±4℃，系统达到稳态的时间≤15min（最少两个波动周期）。
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本章小结
本章主要是对课题的总体介绍，介绍了课题背景，课题的目的和意义，课题设计任务及技术指标。
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第2章 方案论证
2.1 系统总体方案的选择
方案一：
此方案是采用传统的二位模拟控制（如图2-1），选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用数码显示和键盘设定。
图2-1 模拟电路
信号采集 信号放大 下限比较 温度预置 上限比较 信号处理 电器 载 继负方案二：
此方案采用了AT89C52单片机为核心（如图2-2），采用温度传感器DS18B20进行温度采集，用继电器控制加热和制冷，使其达到电路简单、可靠的目的。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。
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键盘输入 液晶显示 单 片 机 加热 继电器 温度传感器 电 源 制冷
图2-2温度控制系统框图
方案一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。而方案二是采用以AT89S52为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，可以达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可以实现显示、键盘设定，报警等功能。大大提高系统的智能化，也使得系统所测结果的精度大大提高了。所以本次设计的总体方案采用方案二。
2.2各模块电路的方案选择及论证
根据题目要求系统模块分可以划分为：温度测量模块，显示模块，加热模块，控制模块。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。
2.2.1 控制器模块论证
根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理，控制电热棒和制冷片使控制对象满足设计要求、控制显示电路对温度值实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定等。对控制器的选择有以下三种方案：
方案一：
采用运放等模拟电路搭建一个控制器，用模拟方式实现PID控制，对于
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纯粹的水温控制，这是足够的。但是附加显示、温度设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样，使用逻辑电路也可实现控制功能，但总体的电路设计和制作比较烦琐 方案二：
采用FPGA实现控制功能。使用FPGA时，电路设计比较简单，通过相应的编程设计，可以很容易地实现控制和显示、键盘等功能，是一种可选的方案。但与单片机相比，价格较高，显然大材小用。
方案三：
采用单片机最小系统同时完成控制、显示、键盘等功能，软件编程灵活、自由度大，电路设计和制作比较简单，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，是一种非常好的方案。
从以上三种方案，很容易看出采用方案三，电路的设计制作比较简单，功能强大，成本低，故采用了方案三。
2.2.2 加热装置有效功率控制模块论证
根据题目，可以使用加热棒进行加热，使用制冷片降温，当水温超过设定温度时关闭加热棒开启制冷片，当需要加热时开启加热棒关闭制冷片。由于加热的功率较大，考虑到简化电路的设计，我们直接采用220V电源。对加热装置控制模块有以下两种方案：
方案一：
采用可控硅来控制加热棒有效功率。可控硅是一种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：控制导通的交流周期数达到控制功率的目的；控制导通角的方式控制交流功率。由交流过零检测电路输出方波经适当延时控制双向可控硅的导通角，延时时间即移相偏移量由温度误差计算得到。可以实现对交流电单个周期有效值周期性控制，保证系统的动态性能指标。该方案电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件。但该方案可以实现功率的连续调节，因此响应速度快，控制精度也高。
方案二：
采用继电器控制加热棒和制冷片。使用继电器可以很容易实现通过较高的电压和电流的通断，在正常条件下，工作十分可靠。继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。这种电路无法精确实现电热丝功率控制，电热棒只能工作在最大功率或零功率，对控制精度将造成影响。但可以通过控制加热棒和制冷片交替工作实现水温的动态平衡，电路焊接简单，响应速度快，控
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