水温自动控制系统毕业论文设计

温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表

示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。

非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数：式中ε为材料表面发射率，ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在

V 自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。

非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。

温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 1.2.2 液位检测传感器

按照常理，液体的液位高度检测多是采用开关控制或者专门的液位高度传感器，但是其价格一般都很昂贵。 1.3 主要内容

随着自动化水平的不断发展，温度和液位检测的产品也成出不穷。本文介绍的是基于单片机的水温自动控制系统的设计，利用温度传感器的检测，将检测的数据分析处理，实现温度的实时显示，直观的展现当前的水温，并能使混合后的水的温度可以自由控制。

设计要求：

1、 水温误差：±0.5℃ 2、 3、 4、

第二章 总体设计方案

一、方案设计

2.1 方案的选择和论证

根据设计任务的要求，该系统主要由主控单元、温度检测单元、高度检测

VI 单元、电机驱动单元、显示单元、AD转换单元、按键控制单元七大部分组成。控制单元由单片机组成。 2.1.1 单片机的选择和论证

这里单片机的选择主要依据以下几方面：

1、具有性能良好的开发工具。由于大部分单片机自身无开发和编程能力，必须借助开发工具来开发，因此具有某一种机型的开发工具是选择机型的重要条件。

2、单片机的体系结构为许多开发人员熟悉，以利于缩短研制周期。 3、市场货源成分，有非常多的厂家提供，有同类产品可供替换。 考虑到本设置中需要较多的IO口，而普通51系列单片机IO口较少，且功耗比较大，本次设计任务以德州仪器公司生产的MSP430F149单片机为核心， 主控芯片MSP430F149单片机具有以下主要特性： 1.8V～3.6V超宽供电电压

5种低功耗模式，从standby模式唤醒时间小于6μs 0.1uA RAM 保持

0.8uA 实时时钟模式

2K RAM，60KB+256B Flash Memory（支持IAP） 片内硬件乘法器支持四种乘法运算

两个具有PWM输出单元的16-Bit定时器（TimerA3，TimerB7） 两个UART接口，两个SPI接口（与UART复用）

一个8通道12-Bit模数转换器(ADC)，具有片内参考电压源 一个模拟比较器，看门狗电路等

2.1.2温度检测单元

VII

方案一： 方案二：

2.1.3 液位传感器的选择 方案一：

方案二：使用高精度称重压力传感器。 2.1.4电机驱动单元 方案一： 方案二：

2.1.5 显示单元

发光二极管显示器LED是指发光二极管和发光二极管构成的LED数码管、LED点阵显示器等。与LCD相比，LED成本低、操作简单、抗干扰能力强等特点，在工业仪表中有广泛的应用。LED显示器显示接口按驱动方式分成静态显示和动态显示两种显示方式，动态显示的扫描可由单片机软件或专门的硬件完成。按CPU向显示器接口传送数据的方式则可分成并行传送接口和串行传送接口两种显示数据传送方式。

静态显示时，除变更显示数据期间外，各显示器均处于通电显示状态，每个显示器通电占空比约为100%。静态显示的优点是显示稳定，亮度高，系统在运行过称中仅仅在需要更新显示内容时CPU才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了CPU的时间，提高了效率；缺点是占用的硬件电路（如IO口、驱动器等）多，功耗也相对较大。

动态显示时，N个显示器共占用一个显示数据驱动器，每个显示器通电占空比时间为1N。动态显示的优点是节省硬件电路（如IO口、驱动器等），功耗较小；缺点是采用软件扫描时占用CPU时间多，与软件扫描相比，采用硬件扫描时将增加硬件成本。除此之外，动态显示位数较多时，显示器亮度将受到影响。

液晶显示器LCD由于体积小、重量轻、功耗低等优点使得液晶显示器件在仪表中得到了广泛的应用，与数码管相比，液晶可以更加方便的显示汉字、图形、甚至动画。

液晶显示器件从显示内容来分类，可以分为字符型和点阵型两种。其中字符型的显示方法与数码管相似。比较而言点阵型LCD相对复杂，需要特殊的显示控制芯片。

常用的液晶显示控制芯片是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器，一般内藏64×64=4096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上一个点的亮、暗状态；它们可直接与8位微处理器相连，对液晶屏行、列进行驱动。 为了方便使用者观察和研究，本次设计采用液晶显示器。 2.1.6 AD转换单元 2.1.7 键盘

键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是

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