水温监控及水位报警系统大赛论文

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1、水温监控及水位越线报警系统（本科E题）摘要：该设计为以单片机为核心，设计一个水温控制及水位越限报警系统。水温可以在一定范围（40~90℃）内由人工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持设定温度基本不变。控制方法采用了基于能量控制观点、具有模糊控制思想的控制，使系统可以通过简便的控制就能做到恒温、精度高(静态误差＜0.5℃)得要求，而且参数对系统的依赖性弱，参数调整方便。水位能被控制在一定的范围内，并能通过上下限进行报警及放水和进水。此外，本系统还可以通过PC机进行温度监控和水位报警。关键词：单片机模糊自动控制PID算法上位机第一章系统设计和结构原理1.1本系统设计要求与实现的功

2、能一、任务设计并制作一个水温监控系统，控制对象为不小于1升净水，容器为带进和出水口的搪瓷器皿或其它有一定隔热功能的容器。水温可以在一定范围内由人工设定，由自制控制器通过注入冷水和电热器加热进行自动控制，以保持设定的温度基本不变，并能实时显示温度；为防止容器中的水烧干或溢出，需要有水位过低或超高报警功能。二、要求1．基本要求（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。（2）受环境缓变的干扰影响（例如人工加入热水升温，用电风扇或人工加入冷水降温）温度控制的静态误差≤1℃，温度调节时间不大于1min/10℃。（3）能够显示水的实际温度。（4）当容器内水位小于所设定的下

3、限或高于所设定的上限时，监控装置会发出报警，并停止放水或进水。2．发挥部分（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（大于20℃）时，系统的调节时间不大于30s/10℃和超调量不大于5℃。（2）温度控制的静态误差≤0.2℃。（3）可以通过上位PC机进行温度监控，如设定、显示温度及其变化曲线和水位报警。121.2设计思路温度传感器DS18B20+水位检测电路键盘控制与设值加热/散热（开关）LCD液晶显示+蜂鸣报警51单片机图1.1水温控制系统图该水温控制系统主要由单片机控制系统主模块、温度采样模块（数字温度传感器采样电路）、自动控制模块（单片机控制继电器电路）、液位检测模块、键盘显示模块等

4、四部分组成，其总体设计框图如上图所示。1.2系统组成及原理经过方案比较与论证，最终确定的系统组成方框图1.2水温控制系统组成框图所示。AT59S52单片机加热控制电路220V热得快加热。降温控制电路12V风扇散热。DS18B20不锈钢温度传感器1L水容器1602LCD液晶显示；4X4键盘设置；蜂鸣器报警；图1.2水温控制系统组成框图12AT59S52单片机最高液位检测电路加水系统。最低液位检测放水系统。浮片检测高低导通1L水容器蜂鸣报警；1.3水位越限报警系统组成框图本控制系统主要完成水温数据采集、温度设置、水温显示和水温控制等功能。其中智能模糊控制由单片机完成，并采用规则自整定PID

5、控制算法进行过程控制。整个系统的核心是模糊控制器，AT89S52单片机是控制器的主体模块。DS18B20传感器输出的温度信号经水温采样系统进入单片机，且4X4设置按键可将设定温度送入单片机，单片机再根据设定温度的输入，并通过模糊控制算法计算控制量，然后将输出控制信号通过继电器开关控制加热和散热系统。同时利用水的浮力来检测水位，及时控制水的温度上升和下降。第二章单元电路设计2.1相关元器件的选择2.2.1数字化温度传感器DS18B20本设计采用温度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式。它具有微型化、低功耗、高性

6、能、抗干扰强、易配微处理器等优点，特别适合构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号进行处理.一、DS18B20的主要特性1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。3、DS18B2012在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。4、温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为0.5℃。5、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和

7、0.0625℃，可实现高精度测温。6、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。7、测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。2.2.2强电控制开关选择1．HRS4H-S-DC5V继电器（控制大功率220V交流电器工作）2.HRS1H-S-DC5V继电器（控制小功率直流电器，例如散热风扇）2.2.3其他