水温控制（Water temperature control）是以水的温度作为被控变量的开环或闭环控制系统。其控制方法诸如温度闭环控制，具有流量前馈的温度闭环控制，水的温度为主参数、流量为副参数的串级控制等。

目前，水温控制被广泛应用于食品、医药、化工、家电等领域。水温控制系统性能的好坏直接影响产品的品质。因此，研究水温控制技术具有十分重要的意义。

温度控制系统可以说是无所不在，热水器系统、空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备，均需要提供温度控制功能。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。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于，超过适宜范围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。

单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。以单片机为核心的水温控制系统也应运而生。传统的温度采集电路相当复杂，需要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量，并且这种方式不仅电路复杂，元器件个数多，而且线性度和准确度都不理想，抗干扰能力弱。现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低、准确率高，而且比传统的温度传感器有更好的线性表现，最重要的一点是使用起来方便。下面就让我们一起去探讨研究一种以单片机为核心，基于温度传感器的水温控制系统。

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（Water temperature control）是以水的温度作为被控变量的开环或闭环控制系统。其控制方法诸如温度闭环控制，具有流量前馈的温度闭环控制，水的温度为主参数、流量为副参数的串级控制等。

水温控制在分布参数系统中，水温控制是以控制温度场中温度分布为目标的。

水温控制的一个特性是具有记忆效应，因此，恒温过程的数字PID控制算法宜采用增量式。与位置式算法相比，增量式算法消去了积分项，因而可消除控制器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，易取得较好的控制效果。增量式数字PID公式如下：

式中:

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，可采用了以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。

过渡平滑处理过程可分为两种情况讨论:

1)当设定时间与全功率状态下达到设定温度所用的时间相接近时，为了获得较好的时间一温度同步性，选择以下方式:当温度小于某一值时停止加热，然后切换到PID控制。一般是将全程温度分成若干档位，每段档位对应合适的值和PID参数，按照设定值选择合适的档位即可。

2)当设定时间大于两倍(或者两倍以上)全功率状态下达到设定温度所用的时间时，输出校正因子K随着时间逐渐由大变小，当K≤2时，PWM的占空比≥5000。这种较大的占空比有利于获得较好的同步性，但是它同样也给后续恒温保持环节带来较大的温度超调。在兼顾同步性的前提下，有效地抑制超调，采取如下平滑处理:

①限幅输出，当温差etemp = 2℃且K≤1时，PWM的占空比预取60;

②切换到PID控制，调整参数;

③观察同步性，若不理想，修改占空比，继续调整参数。

智能水温控制系统的控制器设计主要包括定时加热设计和恒温保持设计两部分。由于水温控制具有一定的滞后特性，且引起这种滞后效应的因素较多，例如加热材料的物理特性、加热过程中水体与外界环境的热能交换以及水体自身受热蒸发所导致的质量变化等，这些因素具有不确定性，因此，水温控制系统的精确数学模型很难建立起来，为了避开这类复杂问题，定时加热控制器以一个近似数学模型为基础，通过采用逐次修正输出校正因子的方法迫使实际输出逐步逼近理论输出。

智能水温控制系统的控制器选择89C52单片机;温度传感器选择DS18B20;时钟芯片选择DS12C887+;键盘芯片选择MAX6955;显示器选择青云LCM 128645ZK型液晶。采用串行方式将液晶屏与单片机连接;MAX6955的P4引脚与单片机的P3.3引脚相连接;单片机的P1.6引脚作为输出口，经过非门后与固态继电器相连接。

软件整体主要由3部分构成，即一个主程序和两个中断程序。其中主程序负责解决芯片初始化、温度和时间采样显示以及计算分析等问题，其中合理性判别主要分析时间、温度的设置是否合理，即设定时间在1一90倍全功率加热状态下上升到设定温度所需时间之间。定时器To每20 ms中断一次，通过计数完成周期为2 000 ms的PWM数字脉冲；MAX6955外部中断函数主要用于按键识别及处理，软件流程如图1所示。