基于单片机的水泵效率温差法测量与报警系统设计

基于单片机的水泵效率温差法测量与报警系统设计

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系统总体方案设计

2.1 设计背景与意义

在工业现场、农业灌溉以及循环水系统中，水泵的工作状态直接影响能源消耗与生产稳定性。水泵效率下降往往意味着叶轮磨损、管路堵塞、轴承老化、空化现象或电机运行异常等问题。如果不能及时发现，将导致能耗增加、设备寿命缩短，甚至引发停机事故。

传统水泵效率检测通常需要流量、扬程、功率等多参数采集，测量系统复杂且成本较高，不利于在小型设备或大量水泵场景中普及。温差法属于一种工程化、可快速部署的间接评估方法：通过监测水泵进出口温度差，结合经验公式可以估算水泵效率变化趋势，并通过报警实现运行状态监控。

本设计以AT89C52单片机为核心，使用两个E型热电偶配合MAX31855热电偶转换模块，采集水泵进出口温度，计算温差并根据经验公式估算水泵效率，同时通过LCD1602显示效率上下限及当前效率，并支持按键设置阈值和效率上下限，在效率越限时触发报警。该系统结构清晰、成本较低、功能完整，适用于教学实验与工程实践场景。

2.2 系统目标与功能概述

系统目标是实现水泵效率的实时估算与超限报警，具体功能包括：

通过两个E型热电偶采集水泵进水口温度T_in与出水口温度T_out。
单片机周期性读取温度并计算温差ΔT = T_out − T_in。
根据经验公式计算水泵效率η（可根据现场工况调整公式参数）。
LCD1602显示效率上限、效率下限以及当前效率值；同时可显示温差或温度信息作为辅助。
使用按键进入设置模式，支持设置温差阈值、效率上限、效率下限，并可保存到掉电不丢失的存储器（如AT24C02）或单片机内部RAM（断电后丢失但实现简单）。
当效率超出设定范围触发报警（蜂鸣器鸣叫+指示灯闪烁，或者继电器输出）。

2.3 系统结构框图说明

系统由以下几个核心模块组成：

温度采集模块（E型热电偶 + MAX31855 ×2）
主控模块（AT89C52最小系统）
显示模块（LCD1602）
人机交互模块（按键）
报警模块（蜂鸣器/LED/继电器）
电源模块（5V稳压及滤波）
可选存储模块（如AT24C02，用于保存阈值参数）

系统工作流程为：热电偶采集温度 → MAX31855进行冷端补偿与数字转换 → AT89C52通过SPI方式读取温度 → 计算温差和效率 → LCD显示 → 按键设置参数 → 判断越限 → 报警输出。

系统功能设计与工作原理

3.1 温差法测量与效率估算原理

水泵工作时，由于机械损耗、流体摩擦损耗、电机损耗等会产生热量，其中一部分热量会传递给介质（水），导致出入口温度存在微小变化。温差法通过测量进出口温度差ΔT来间接反映能量损耗情况。理论上，泵效率越低，损耗越大，水温升越明显；当泵效率高时，损耗相对较小，温升也较小。

在工程应用中，温差与效率通常通过经验公式建立关系。由于不同泵型、不同功率、不同工况会导致模型差异，因此系统应允许对公式参数进行调整或通过标定获得。一个常见的经验型线性或分段模型可写为：

线性模型：η = a − b·ΔT
或者：η = η_ref − k·(ΔT − ΔT_ref)
其中a、b、k为经验系数，η_ref和ΔT_ref可由标定获得。系统软件设计时可以将参数以可修改形式固化在程序中，或扩展为按键可调参数。

本系统在实现上采用"可配置效率上下限 + 温差阈值"的策略：

温差阈值用于辅助判断温差是否异常（例如温差过大可能意味着泵故障或传感器异常）。
效率上下限用于报警判定。
这样既满足估算效率的功能，又增强了系统的工程可靠性。

3.2 显示与交互功能设计

LCD1602用于显示以下信息：

第一行：效率下限、效率上限（例如：L:70% H:90%）
第二行：当前效率η（例如：E:82.3%）或同时显示ΔT

按键支持两种工作模式：

正常模式：实时显示与报警判断。
设置模式：通过按键切换设置项、增加/减少参数值、保存退出。

3.3 报警策略

报警判定逻辑可设定为：

当 η < η_low 或 η > η_high：触发报警
同时可以增加一定的防抖与延时确认机制，避免瞬时干扰导致误报警，例如连续N次检测越限才报警，或者设定报警保持时间。

报警输出形式：

蜂鸣器：用于声音提示
LED指示灯：用于视觉提示
可选继电器：用于联动停机或控制外部设备（需考虑安全性与隔离）

电路设计

4.1 AT89C52主控最小系统模块

AT89C52属于8051内核单片机，具有8KB Flash、256B RAM、32个I/O口、3个定时器/计数器等资源，适合本系统这种中小规模控制与显示任务。主控最小系统电路通常包括：

时钟电路：外接晶振（常用11.0592MHz或12MHz）与两颗小电容（一般22pF）。时钟决定单片机运行速度，也影响串口波特率配置（若未来扩展串口通信）。
复位电路：采用上电复位电路（电容+电阻），保证系统上电后复位到稳定状态。也可加入按键复位，提高调试便利性。
供电与去耦：AT89C52工作电压5V，VCC与GND之间必须并联0.1uF去耦电容，防止数字噪声造成复位或数据异常。建议在板上加10uF电解电容用于低频滤波。

本系统中，AT89C52负责：

读取两路MAX31855的温度数据
计算温差与效率
管理LCD1602显示
扫描按键并处理参数设置
控制蜂鸣器/LED报警输出

4.2 温度采集模块：E型热电偶与MAX31855

4.2.1 E型热电偶特性与选型说明

E型热电偶由镍铬合金与康铜构成，特点是灵敏度高、输出电势较大、适用于较宽温度范围，并且在低温区具有较好的线性度。由于水泵进出口温度通常在常温到80℃甚至更高，E型热电偶在该温区具有良好测量性能。

热电偶输出为微伏级信号，非常容易受到噪声干扰，因此信号调理通常需要冷端补偿与放大/采样方案。本系统采用MAX31855模块直接完成冷端补偿与数字化输出，有利于简化硬件设计并提升精度。

4.2.2 MAX31855模块原理与接口

MAX31855是一款热电偶数字转换芯片，内部集成：

冷端温度传感器
冷端补偿算法
14位热电偶温度输出（含符号）
SPI数字接口输出

该芯片输出数据为32位数据帧，包含：

热电偶温度数据
冷端温度数据
故障标志（开路、短路等）

MAX31855通常支持多种热电偶类型（如K型），若使用E型热电偶，实际工程中常见做法是选用支持E型的转换芯片或使用适配器/标定算法。如果硬件已确定为MAX31855 + E型热电偶，可在软件端进行类型转换修正或使用对应支持的MAX31855E版本/兼容模块。无论哪种方式，系统设计要考虑：

数据读取与异常状态识别
断偶、短路等故障报警提示
软件校准或参数修正

4.2.3 双通道温度采集连接方式

系统需要采集进水口与出水口两路温度，因此需要两块MAX31855模块或者一块双通道等效方案。典型连接方式：

SPI时钟SCK与数据输出SO共用
每个MAX31855独立使用一个CS片选
这样主控通过控制不同CS即可读取不同通道温度。

电气设计注意事项：

MAX31855通常使用3.3V供电，而AT89C52为5V系统，因此需要考虑电平匹配：
- 如果模块输出SO为3.3V，AT89C52一般仍可识别为高电平（多数8051输入阈值在2V左右），但需确认具体芯片输入特性。
- AT89C52输出CS、SCK为5V，可能对3.3V器件造成风险，建议采用分压或电平转换（如74LVC系列）保护MAX31855输入端。
热电偶线应采用屏蔽线或双绞线，走线远离高电流电机线，减少干扰。
传感器固定方式要保证良好热接触，并进行绝缘处理，避免漏电与腐蚀。
MAX31855附近应布置滤波电容，并尽量靠近芯片供电引脚。

4.3 LCD1602显示模块

4.3.1 LCD1602工作方式

LCD1602为常见字符型液晶，可显示两行，每行16个字符。工作电压通常为5V，支持8位或4位数据接口模式。为了节省I/O口，本系统建议采用4位模式，仅使用D4~D7四条数据线以及RS、RW、E控制线。RW可固定为写模式（接地），进一步减少I/O占用。

4.3.2 对比度与背光电路

LCD1602的对比度引脚VO需要电位器（如10K）调节对比度，背光可通过限流电阻或三极管控制。若需要节能，可由单片机控制背光开关。

4.4 按键输入模块

4.4.1 按键功能分配

系统至少需要3个按键即可完成设置功能：

SET：进入/切换设置项
UP：参数增加
DOWN：参数减少
可选增加一个 OK/保存键或 EXIT键，使交互更直观。

4.4.2 按键消抖设计

按键机械结构会产生抖动，若不消抖会导致一次按下被识别为多次。常见消抖方式：

硬件消抖：RC滤波 + 施密特触发
软件消抖：定时扫描，稳定状态确认

由于AT89C52资源充足，本系统采用软件消抖更灵活，便于实现长按加速等功能。

4.5 报警输出模块

4.5.1 蜂鸣器报警

蜂鸣器分有源和无源两种：

有源蜂鸣器：给高电平即可响，驱动简单。
无源蜂鸣器：需要PWM或方波驱动，可以发出不同音调。
本系统追求简单可靠，建议使用有源蜂鸣器，由单片机IO控制三极管驱动，避免IO直接带载。

4.5.2 LED指示与继电器扩展

LED指示灯可以直观显示报警状态。继电器扩展可实现联动控制，但继电器线圈驱动必须使用三极管/驱动芯片，并加续流二极管。若控制高压设备，应考虑光耦隔离与安全规范。

4.6 电源模块设计

4.6.1 电源方案选择

系统包含5V逻辑部分（AT89C52、LCD、按键、蜂鸣器驱动）以及可能的3.3V部分（MAX31855）。电源方案可采用：

输入：9~12V直流适配器
5V：7805或DC-DC降压模块
3.3V：AMS1117-3.3或DC-DC模块

4.6.2 滤波与抗干扰

水泵系统通常伴随电机启动冲击、电磁干扰，电源端必须增加：

输入端大电容（如470uF）
输出端大电容（如100uF）
各芯片就近0.1uF去耦
必要时增加TVS管、共模电感或LC滤波提升抗干扰能力。

程序设计

5.1 软件总体架构设计

程序采用模块化结构，主要包含：

系统初始化模块
MAX31855温度采集模块（SPI位操作）
温度计算与异常检测模块
效率计算模块
LCD1602显示模块
按键扫描与设置模块
报警控制模块
参数存储模块（可选，若使用AT24C02）
定时调度模块（使用定时器实现周期任务）

主循环采用"定时扫描 + 状态机"结构：

定时器中断提供1ms或10ms节拍
周期性执行按键扫描、温度采集、LCD刷新、报警判断
设置界面使用状态机处理不同参数项，提高可靠性

5.2 SPI通信与MAX31855读取模块

5.2.1 SPI时序说明

MAX31855输出为只读SPI，从设备在CS有效时输出32位数据，通常在SCK上升沿/下降沿变化（具体依据芯片定义）。在8051平台上可用GPIO模拟SPI：

SCK：时钟输出
SO：数据输入
CS1/CS2：两路片选

每次读取流程：

拉低CS
循环32次：拉高SCK采样SO，拉低SCK
拉高CS
解析32位数据帧

5.2.2 数据解析与故障处理

MAX31855数据包含：

热电偶温度：14位，分辨率0.25℃
冷端温度：12位，分辨率0.0625℃
故障位：开路、短路等

软件需要判断故障位：

若故障存在，则该通道温度无效，应提示传感器故障并可触发报警或显示"Err"。

5.3 温度与温差计算模块

读取两路温度后：

T_in = ch1温度
T_out = ch2温度
ΔT = T_out − T_in

为了减少噪声影响，可增加简单滤波：

均值滤波：连续采样N次取平均
滑动平均：保存最近N次数据求平均
一阶低通：T_filtered = αT_new + (1−α)T_old

由于温差通常较小（可能小于1℃），滤波非常关键，否则效率估算会波动较大。

5.4 效率计算模块

5.4.1 经验公式设计

考虑系统通用性，采用线性模型示例：

η = A − B·ΔT

其中A、B为经验参数，可通过试验标定：

在泵处于正常高效状态时测得ΔT_normal，设定η_normal
在泵效率下降时测得ΔT_low，设定η_low
通过两点确定直线系数A与B

若没有标定数据，可先给出参考值，再根据现场调整。程序中建议采用整数或定点运算，避免AT89C52浮点运算消耗资源。

例如用"效率×10"表示一位小数，ΔT也可用"温度×4"（对应0.25℃）表示，以保持精度。

5.4.2 上下限判定

计算η后，与η_low、η_high比较：

η < η_low → 低效率报警
η > η_high → 超效率报警（一般用于异常或参数设置错误提示）

可以增加"迟滞"机制：

报警触发阈值与解除阈值不同，防止频繁跳变。

5.5 LCD1602显示模块

5.5.1 显示内容规划

显示应简洁易读：

第一行：L=xx.x H=yy.y
第二行：E=zz.z 或 ΔT=aa.a

5.5.2 LCD驱动方式

采用4位模式驱动LCD：

先发送高4位，再发送低4位
需要延时满足LCD执行时间
为提升效率，可用定时器节拍刷新显示，避免频繁刷新造成闪烁。

5.6 按键扫描与参数设置模块

5.6.1 按键扫描策略

1ms或10ms扫描按键一次：

读取按键电平
计数稳定时间
检测按下事件与长按事件

5.6.2 设置模式状态机

设置模式包含多个参数项：

温差阈值ΔT_alarm
效率下限η_low
效率上限η_high

通过SET键切换项目，UP/DOWN调整值，长按可加速调整。退出时自动保存参数。

5.7 报警控制模块

报警输出通常需要：

蜂鸣器间歇鸣叫（例如0.5s响，0.5s停）
LED闪烁
可用定时器计数实现节奏。若报警解除，蜂鸣器停止，LED恢复正常。

5.8 参数存储模块（可选）

若希望断电后保存设置参数，可加入AT24C02 EEPROM：

I2C接口实现读写
上电时读取参数，若无效则加载默认值
参数修改后写入EEPROM

若硬件不增加EEPROM，也可将参数保存在RAM中，断电后恢复默认值，适合教学实验版本。

核心程序代码示例（C语言，AT89C52）

c 复制代码

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

// ====================== 硬件引脚定义（示例） ======================
// MAX31855 SPI
sbit SPI_SCK  = P1^0;
sbit SPI_SO   = P1^1;
sbit CS_IN    = P1^2;  // 进水口热电偶MAX31855片选
sbit CS_OUT   = P1^3;  // 出水口热电偶MAX31855片选

// LCD1602 (4位模式)
sbit LCD_RS   = P2^0;
sbit LCD_E    = P2^1;
sbit LCD_D4   = P2^4;
sbit LCD_D5   = P2^5;
sbit LCD_D6   = P2^6;
sbit LCD_D7   = P2^7;

// Keys
sbit KEY_SET  = P3^2;
sbit KEY_UP   = P3^3;
sbit KEY_DOWN = P3^4;

// Alarm
sbit BUZZER   = P3^6;
sbit LED_ALM  = P3^7;

// ====================== 全局变量 ======================
volatile unsigned int g_ms = 0;

// 温度采用"0.25℃为单位"的定点数
// MAX31855温度分辨率就是0.25℃
int Tin_q4 = 0;      // 进水口温度 *4
int Tout_q4 = 0;     // 出水口温度 *4
int dT_q4 = 0;       // 温差 *4

// 效率采用"0.1%为单位"
int eff_x10 = 0;     // 效率 *10

// 参数（可通过按键设置）
int eff_low_x10  = 700;  // 70.0%
int eff_high_x10 = 900;  // 90.0%
int dT_alarm_q4  = 8;    // 2.0℃（8 * 0.25）

// 经验公式参数：eff = A - B*dT
// A: 0.1%单位，B: (0.1%)/(0.25℃)
int A_x10 = 900;   // 90.0%
int B_x10 = 20;    // 每0.25℃下降2.0%

bit alarm_on = 0;

// ====================== 延时函数 ======================
void delay_us(unsigned char t)
{
    while(t--) _nop_();
}
void delay_ms(unsigned int ms)
{
    unsigned int i, j;
    for(i=0; i<ms; i++)
        for(j=0; j<120; j++);
}

// ====================== 定时器0中断：1ms节拍 ======================
void Timer0_Init(void)
{
    TMOD &= 0xF0;
    TMOD |= 0x01;    // 16位定时器
    TH0 = 0xFC;      // 1ms@12MHz: 65536-1000=64536=0xFC18
    TL0 = 0x18;
    ET0 = 1;
    EA  = 1;
    TR0 = 1;
}

void Timer0_ISR(void) interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x18;
    g_ms++;
}

// ====================== SPI读取32位数据 ======================
unsigned long MAX31855_Read32(bit cs_select)
{
    unsigned char i;
    unsigned long value = 0;

    // 片选
    if(cs_select == 0) CS_IN = 0;
    else               CS_OUT = 0;

    delay_us(5);

    for(i=0; i<32; i++)
    {
        value <<= 1;

        SPI_SCK = 1;
        delay_us(2);

        if(SPI_SO) value |= 1;

        SPI_SCK = 0;
        delay_us(2);
    }

    // 释放片选
    if(cs_select == 0) CS_IN = 1;
    else               CS_OUT = 1;

    return value;
}

// ====================== 解析MAX31855温度（返回0.25℃单位） ======================
bit MAX31855_ParseTemp(unsigned long raw, int *temp_q4)
{
    // raw[2:0] 故障位，raw[16] fault flag
    // 热电偶温度：raw[31:18] 14位有符号，单位0.25℃
    // 若raw[16]==1表示故障
    if((raw & 0x00010000UL) != 0) return 0;

    // 取14位
    {
        int t14 = (int)((raw >> 18) & 0x3FFF);
        // 符号扩展
        if(t14 & 0x2000) t14 |= 0xC000;
        *temp_q4 = t14; // 1LSB=0.25℃
    }
    return 1;
}

// ====================== LCD1602驱动（4位模式） ======================
void LCD_Write4(unsigned char dat)
{
    LCD_D4 = (dat & 0x01);
    LCD_D5 = (dat & 0x02) ? 1 : 0;
    LCD_D6 = (dat & 0x04) ? 1 : 0;
    LCD_D7 = (dat & 0x08) ? 1 : 0;
}

void LCD_Enable(void)
{
    LCD_E = 1;
    delay_us(10);
    LCD_E = 0;
    delay_us(10);
}

void LCD_WriteCmd(unsigned char cmd)
{
    LCD_RS = 0;
    LCD_Write4(cmd >> 4);
    LCD_Enable();
    LCD_Write4(cmd & 0x0F);
    LCD_Enable();
    delay_ms(2);
}

void LCD_WriteData(unsigned char dat)
{
    LCD_RS = 1;
    LCD_Write4(dat >> 4);
    LCD_Enable();
    LCD_Write4(dat & 0x0F);
    LCD_Enable();
    delay_us(50);
}

void LCD_SetPos(unsigned char row, unsigned char col)
{
    unsigned char addr = (row == 0) ? 0x80 : 0xC0;
    addr += col;
    LCD_WriteCmd(addr);
}

void LCD_Print(char *s)
{
    while(*s) LCD_WriteData(*s++);
}

void LCD_Init(void)
{
    delay_ms(20);
    LCD_RS = 0; LCD_E = 0;

    // 初始化4位模式
    LCD_Write4(0x03);
    LCD_Enable();
    delay_ms(5);
    LCD_Write4(0x03);
    LCD_Enable();
    delay_ms(1);
    LCD_Write4(0x03);
    LCD_Enable();
    delay_ms(1);
    LCD_Write4(0x02); // 4位模式
    LCD_Enable();

    LCD_WriteCmd(0x28); // 4位,2行,5x7
    LCD_WriteCmd(0x0C); // 显示开,光标关
    LCD_WriteCmd(0x06); // 地址自增
    LCD_WriteCmd(0x01); // 清屏
}

// ====================== 计算效率（定点） ======================
void Calc_Efficiency(void)
{
    // dT_q4 单位0.25℃
    // eff_x10 = A_x10 - B_x10 * dT_q4
    long tmp = (long)A_x10 - (long)B_x10 * (long)dT_q4;
    if(tmp < 0) tmp = 0;
    if(tmp > 1000) tmp = 1000; // 最大100.0%
    eff_x10 = (int)tmp;
}

// ====================== 报警判断与控制 ======================
void Alarm_Update(void)
{
    static unsigned int beep_cnt = 0;

    if(eff_x10 < eff_low_x10 || eff_x10 > eff_high_x10)
    {
        alarm_on = 1;
    }
    else
    {
        alarm_on = 0;
    }

    if(alarm_on)
    {
        LED_ALM = 0; // 低电平点亮（视硬件而定）
        // 蜂鸣器间歇
        beep_cnt++;
        if(beep_cnt < 300) BUZZER = 1;
        else if(beep_cnt < 600) BUZZER = 0;
        else beep_cnt = 0;
    }
    else
    {
        LED_ALM = 1;
        BUZZER = 0;
        beep_cnt = 0;
    }
}

// ====================== 显示刷新 ======================
void LCD_Show(void)
{
    char buf[17];

    // 第一行：L:xx.x H:yy.y
    LCD_SetPos(0,0);
    buf[0]='L'; buf[1]=':'; 
    buf[2]=(eff_low_x10/100)%10+'0';
    buf[3]=(eff_low_x10/10)%10+'0';
    buf[4]='.'; buf[5]=(eff_low_x10)%10+'0';
    buf[6]=' '; buf[7]='H'; buf[8]=':';
    buf[9]=(eff_high_x10/100)%10+'0';
    buf[10]=(eff_high_x10/10)%10+'0';
    buf[11]='.'; buf[12]=(eff_high_x10)%10+'0';
    buf[13]='%'; buf[14]=' '; buf[15]=' ';
    buf[16]=0;
    LCD_Print(buf);

    // 第二行：E:zz.z% dT:x.x
    LCD_SetPos(1,0);
    buf[0]='E'; buf[1]=':';
    buf[2]=(eff_x10/100)%10+'0';
    buf[3]=(eff_x10/10)%10+'0';
    buf[4]='.'; buf[5]=(eff_x10)%10+'0';
    buf[6]='%'; buf[7]=' ';
    buf[8]='d'; buf[9]='T'; buf[10]=':';
    // dT显示一位小数：dT = dT_q4*0.25 => *25/100
    {
        int dT_x100 = dT_q4 * 25; // 0.01℃单位
        buf[11]=(dT_x100/100)%10+'0';
        buf[12]='.'; buf[13]=(dT_x100/10)%10+'0';
        buf[14]='C'; buf[15]=' '; buf[16]=0;
    }
    LCD_Print(buf);
}

// ====================== 主程序 ======================
void main(void)
{
    unsigned long raw_in, raw_out;
    bit ok1, ok2;

    // IO初始状态
    CS_IN = 1;
    CS_OUT = 1;
    SPI_SCK = 0;

    BUZZER = 0;
    LED_ALM = 1;

    LCD_Init();
    Timer0_Init();

    while(1)
    {
        // 每500ms采样一次
        static unsigned int last_ms = 0;
        if((unsigned int)(g_ms - last_ms) >= 500)
        {
            last_ms = g_ms;

            raw_in  = MAX31855_Read32(0);
            raw_out = MAX31855_Read32(1);

            ok1 = MAX31855_ParseTemp(raw_in, &Tin_q4);
            ok2 = MAX31855_ParseTemp(raw_out, &Tout_q4);

            if(ok1 && ok2)
            {
                dT_q4 = Tout_q4 - Tin_q4;
                if(dT_q4 < 0) dT_q4 = -dT_q4; // 视定义可取绝对值
                Calc_Efficiency();
            }
            else
            {
                // 传感器故障：强制报警或显示Err
                eff_x10 = 0;
            }

            Alarm_Update();
            LCD_Show();
        }

        // TODO: 按键扫描与设置模式（可在10ms节拍中实现）
        // 这里为了示例简化，实际工程应加入按键处理与参数修改逻辑
    }
}

系统软件模块详细说明与扩展建议

7.1 传感器异常与可靠性处理

实际工程中，热电偶可能出现断线、短路、接触不良等情况。MAX31855能提供故障标志，程序应将故障作为独立状态处理：

LCD显示"IN Err"或"OUT Err"提示哪一路异常；
若故障持续超过一定时间（例如2秒），触发报警；
故障恢复后自动解除报警；
可记录故障次数用于维护分析。

7.2 温差滤波与效率稳定性

温差法的敏感点在于ΔT通常很小，任何噪声都会造成效率显示跳动。建议加入：

滑动平均滤波（8次或16次）
差分限幅（限制单次变化幅度）
设定刷新周期（例如1秒更新一次效率，而不是每次采样都刷新）

这样可以让LCD显示更稳定，报警判断更可靠。

7.3 按键设置模块实现建议

完整设置模块可按以下步骤设计：

SET短按进入设置模式；
SET短按切换设置项：ΔT阈值→效率下限→效率上限→保存退出；
UP/DOWN调整值，支持长按加速；
退出时写入EEPROM保存；
正常模式下UP/DOWN可作为页面切换（显示温度、温差、效率等）。

7.4 效率模型参数标定方法建议

为了让系统估算更接近真实效率，可进行一次标定：

在已知泵效率（或通过传统方法测得效率）的条件下运行水泵；
记录多个工况点的ΔT与η；
用最小二乘拟合η = A − B·ΔT；
将A、B写入程序常量，或者扩展为按键可设置参数。
这样系统更具工程适应性。

7.5 系统可扩展方向

增加串口通信（RS485/TTL）上传温度、效率、报警状态，便于集中监控。
增加数据记录功能（外接EEPROM或SD卡），形成效率变化趋势曲线，预测维护周期。
增加继电器联动停机功能，但需要严格的安全策略与人工确认机制。
增加多语言显示或菜单式界面，提高可用性。
增加电机电流采集，实现"温差法 + 电参数法"融合判断，提高诊断准确度。

总结
本设计以AT89C52为控制核心，使用两个E型热电偶配合MAX31855模块采集水泵进出口温度，通过温差法与经验公式估算水泵效率，并在LCD1602上显示效率上下限与当前效率值，同时支持按键设置阈值和效率范围。当效率超出设定范围时触发蜂鸣器与LED报警，从而实现对水泵运行状态的实时监测与故障预警。
系统硬件结构由温度采集、主控、显示、按键、报警与电源模块组成，软件采用模块化设计，包含温度读取、计算、显示、设置与报警控制等功能。通过合理的滤波、故障检测与参数标定，该系统可以在复杂工业现场获得更稳定可靠的监测效果，为水泵节能运行与预测性维护提供实用方案。