1、
河南科技大学毕业设计（论文）开题报告
（学生填表）
学院：信息工程学院 2014年 3月 13日
课题名称
水温控制系统的设计
学生姓名
史晨旭
专业班级
自动化104
课题类型
硬件设计
指导教师
王新勇
职称
高级实验师
课题来源
科研
1. 设计（或研究）的依据与意义
依据：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
2、研机构所重视。51系列单片机是基础入门的一种单片机，还是应用最广泛的一种。51系列单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，比如说深圳宏晶科技有限公司推出的STC系列的单片机现在在中国的51单片机市场上占有较大比例。在我的毕业设计中将会采用该公司生产的STC89C52单片机作为核心控制芯片。
意义：温度是极为重要而又普
3、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、运算到输出控制电热器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。
2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述
4、
目前，温度控制技术大致有开关温度控制法和PID温度控制法两种。
所谓开关温度控制法是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热源（或冷却装置）进行通断控制。这种开关控温方法比较简单，用很简单的模拟电路就能够实现。目前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用。由于这种控制方式无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。
而PID温度控制法是基于输出反馈的比例积分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的设计方法。由于PID调节器
5、模型中考虑了系统的误差，误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温法。其具体电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID调节器，后者称为数字PID调节器。其中数字PID节器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。
国内外的实例有以下几个：
甘肃大学的赵紫静研究了一种基于PID温度控制技术的X射线发生器。这种发生器需要将其精度控制在±0.5℃左右，才能保证器件输出的X射线波长不发生超出要求的飘移，否则，X射线波长的超范围飘移将使整个设备难以正常使用。
昆明理工大学信息工程与自动化学院的王清海等在锅
6、炉温度控制研究中将神经网络PID与LabVIEW人及交互结合，实现对锅炉温度的数据采集、控制和现实，提高了锅炉温控系统的效率。
英国的Hamid等将PID控制器应用到冰箱的温度控制中，通过使用MATLAB/Simulink软件仿真和误差分析图的方式与传统的ON-OFF控制做了细致的比较。结果表明，PID控制无论是在精度和控制性能方面都优于ON-OFF控制。
日本Komatsu Electronics公司的Kazuhiro Mimura对基于PID控制与现代控制理论相结合的离子化热水器温度控制开展了研究，结果证明这样的温度控制方法能够使用比传统控制系统更少的温度传感器，进而降低成本，提高了公
7、司效益。
3. 课题设计（或研究）的内容
设计并实现基于51系列单片机的水温控制系统，该系统由STC89C52单片机作为微控制器，通过接收DS18B20温度传感器反馈的水温信号，来控制加热器实现对水温的较精确控制。
所设计的系统为一包括单片机，DS18B20温度传感器，可控硅控制下的加热器及其他电子元件的电路板。电路板自带LCD液晶显示器，可以显示设定温度和当前水温，同时还有LED灯用来指示系统的运行状态及其它有用信息，在需要时发出警告信号。
4. 设计（或研究）方法
掌握单片机的使用，实现对单片机的编程以及利用单片机对外围电路进行控制。
掌握DS18B20温度传感器的使用方法，弄
8、懂其单线接口方式，学会用单片机与其进行通信，并读取相关温度信息。
掌握LCD液晶显示器的工作原理，学会利用单片机来控制其正确显示温度。
掌握加热器的工作原理并能熟练运用可控硅来控制其发热功率。
5. 实施计划
第3～5周：熟悉单片机结构和工作原理以及编程语言。
第6～9周：根据对控制系统的要求，设计总体结构及电路方案。
第10～13周：设计硬件控制电路，编写相应的控制软件。
第14～15周：总结，写论文。
第16周：答辩。
指导教师意见
指导教师签字： 年 月 日
教研室意见
教研室主任签字： 年 月 日
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