精确控制水温

我有以下设置：

• Arduino Duemilanove
• 小型热水器与光继电器连接（PWM正常）
• 防水DS18B20温度传感器
• 未知水量（但温度传感器和加热器始终在水下）。

如何根据温度传感器的读数准确控制水温？准确地说，我指的是达到温度传感器的精度（在这种情况下为±0.5°C）。一切都应该在Arduino上运行，因此没有额外的数据存储或处理能力。对于调试，我显然可以使用计算机。

我已经尝试过运行PID，但似乎真的很难

1. 避免超调-最初或在添加（冷）水时超过目标温度
2. 加入冷水后要适当稳定。

您需要知道系统的响应时间和测量的可重复性以表征数据（建立置信度）。我建议先取样并取平均值，然后再重新打开加热器。

恕我直言，水不会愉快地停留在0.5°C内。您可以允许粗略模式和精细模式吗？对于较大的差异，使用较高的PWM，然后在接近目标时使用较低的PWM。

一旦达到目标，有几种方法可以尝试改善温度稳定性。虽然像PID这样的预建功能适用于许多人，但我通常会手动实现此类功能。

BrettAM，dE（误差变化率）将随着控制参数而变化，在这种情况下，加热元件信号的脉冲宽度由PID进行更改。我的用语是温度误差变化率是一个糟糕的选择。导数项也将用于解决水的比热随温度的微小变化（20℃时为4.186 kJ /（kg K）至100 ℃时为4.219 kJ /（kg K））。

我的意思是，是的，导数项是计算dE的变化率。由于此处的误差是所需温度与实际温度之间的差，因此导数可计算出水加热速率的变化。

问题在于，通常很难创建带有导数项的稳定系统。PID系统应主要基于比例项。我认为，当改变水量时，会产生更多的非线性，而不是PID可以补偿的。因此，PID需要具有一定的可重复性，并且如果水位严重变化，其系统将不再可重复。

对操作人员：在我的类似设计中，我将尝试使用小型散热器/风扇组合和12V直流泵使水流过，作为冷却水的方法。我觉得这可能会更好。如果成功，我会让你知道。

您需要保持被加热的水量恒定。当您改变水量时（如您提到的那样添加冷水），水温升高的速率将改变。比例积分微分控制器（PID）可以观察到您要控制的变量的微分（变化率）。如果温度变化率不是（合理）恒定的，则PID将永远无法正常工作。

研究水的比热，主要是方程Q = c m dT。Q是增加的热量，我认为在您的设置中是恒定的。m是被加热物质的质量（必须保持恒定！）。c是水的比热，为4.186焦耳/克*℃。如果Q，m和c为常数，则为dT，那么水温的上升速度也将为常数（实际上，c随着温度的变化而略有变化，但是我要说的是，如果您的温度从0开始， 100C）。尝试用恒定的水量调节PID，可能会得到更好的结果。

您正在使用什么热水器？我目前正在做类似的事情，但尝试使用化学实验室的热板，并遇到巨大的过冲。我曾经考虑过改用水族箱加热器，但想知道您正在使用什么？

-马特