6.3 水温控制系统的设计
为了帮助学生理解和掌握各类不同电子设计方法，除了在本书相应章节中给出了模拟
电路、数字电路一些完整或局部的设计外，还专门安排了本章，把数字电路和模拟电路及
单片机综合、综合在一起的系统电路的设计。读者在阅读这些例子时应将重点放在学习别
人是如何拟定系统的总体方案的。要学习别人如何根据原始数据要求拟定出几种不同的系
统总体方案，并对这些方案进行比较，确定方案的优劣。而具体电路的设计，由于元器件
的选择水技术的发展变化很大，过去曾经是先进的电路或器件今天可能落后了。因此提倡
读者结合实际情况自行考虑更好的方案。
一． 设计任务
1． 任务
设计制作一个水温自动控制系统，控制对象为 1L 净水，容器为搪瓷器皿。水温可
以在一定范围内由人工设置，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定
的温度基本不变。
2． 要求
1） 温度设定范围为 40℃~90℃，最小区分度 1℃，标定温差 1℃。
2） 环境温度降低时（例如电风扇降温）温度控制的静态误差 1℃。
3） 用十进制数码显示实际温度。
二． 设计方案及框图
根据任务和测量控制对象，可以提出不同的设计方案。
1． 方案一
可以用一种纯硬件闭环控制系统。该系统优点在于速度较快，但可靠性差，控制
精度低，灵活性小，线路复杂，调试安装都不方便，且以后实现扩展功能困难。
2． 方案二
可以采用以 8051 单片机为核心进行整个系统的管理、协调。该方案有隔离、 A/D
转换、测量和控制等部分。比第一种方案有设计灵活、精度高等特点。但其数据
采集部分用的是逐次逼近式 A/D 转换器或双积分 A/D 转换器。该系统在线路设计
上数据线多，不容易实现数模隔离，且成本高。
3． 方案三
该方案汇集了方案一、方案二的优点，设计框图如图 6-3-1 所示此方案与方案相比，
主要在 A/D 转换线路及降温措施上进行了大的改进。考虑到强电控制、弱电测量、
模数干扰等问题，为此采用 V/F 转换器件作为 A/D 转换。
