基于单片机的水温控制系统

贺廉云

摘 要：系统采用数字式DS18B20作为温度传感器，由单片机电路、温度采集电路、键盘电路、LED显示电路等构成系统的硬件部分，并给出了软件系统框图，可通过软件编程实现控制算法。单片机通过温度传感器对水温进行检测与预警，进而实现对水温的控制。该系统集数据采集、显示、控制、处理于一体。系统简易实用，可靠性强，拓展方便。

关键词：水温控制；AT89S52 ；DS18B20

中图分类号：TP391.8 文献标识号：A 文章编号：2095-2163（2015）05-

Temperature Control System based on MCU

HE Lianyun

（Department of Mechanical and Electronic Engineering， Dezhou University， Dezhou Shandong 253023， China）

Abstract： This system uses the digital temperature sensor DS18B20 as a temperature sensor， The system hardware is composed of MCU circuit， temperature measurement circuit， keyboard circuit， LED display circuit. Based on the aboved， the software system block diagram is also given， andcontrol algorithm can be realized through software programming. SCM system could detect and warn the water temperature by the temperature sensor so as to realize the temperature control. The system is a set of application equipment with integration of data collection， display， control， processing. The system is simple and practical， reliability and easy to expand.

Key Words： Water Temperature Control； AT89S52； DS18B20

0 引 言

在日常生活及工业领域中，对水温进行监测、显示、控制等随处可见。由于电子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，用现代技术来实现水温控制并提高控制精确度已具备了足够的现实可能性及可行性，温度控制系统的研发已经开始呈现出智能化、数字化的潮流趋势。基于此，本文即针对这一课题方向展开研究设计，具体论述如下。

1 系统控制方案设计

此次设计采用AT89S52单片机实现，这款单片机软件编程较为自由，可实现各种控制算法和逻辑控制。采用DS18B20温度传感器，其温度值可以被直接读出。

首先利用键盘输入设定温度，并将该温度值保存至AT89S52单片机的指定单元中，在系统运行过程中，温度传感器DS18B20会采集温度信号，通过采样值与设定值之间的比较运算整合得到控制量，而后对继电器触发端的通断进行调节，这样水温将会控制并维持在一定的范围内。蜂鸣器的作用即是当采样水温超出单片机预存温度时执行报警。系统结构框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 单片机电路

AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。采用了Atmel公司高密度非易失性存储器技术，与工业上常用的80C51产品在指令和引脚上均提供有良好兼容性[1]，在嵌入式控制应用系统中颇受关注与青睐。 单片机最小系统电路如图2所示[2]。

2.2 温度检测电路

系统中的温度传感器为DS18B20单总线数字温度计，测温范围为-55～+125℃，-10～+85℃之间精度为±0.5℃[3]。温度检测电路如图3所示。

2.3 LED显示电路

LED数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，通过对各独立不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字。在本设计中采用了四位八段数码管，而且可显示小数点，具体是利用动态驱动来显示温度的值[4]。数码管显示电路如图4所示。

2.4 报警电路

计算机把采集的数据进行数据处理之后，与系统设定的参数值比较。高出1度则进行报警，否则为正常值，然后进行显示和控制。该设计中，如果水箱内的温度超出最高设定的温度范围，P1.4输出低电平，这时晶体管导通，压电蜂鸣器获得约+5V电压，报警。并且，单片机的P1.1输出低电平，红色指示灯亮；当低于设定的最高温度时，P1.4输出高电平，三极管截止，蜂鸣器不工作，P1.1则输出高电平，红色指示灯灭[5]。报警电路如图5所示。

2.5 继电器控制电路[6]

该设计中通过操纵P10的高低电平来控制继电器的断开与闭合，加热器由继电器控制，连接220V电源，执行是否对水加热动作。如果水箱内的温度低于设置数1度时，P10口为低电平，这时三极管导通，控制继电器执行加热，绿灯亮。否则P10为高电平，这时三极管截止，继电器断开，加热结束，绿灯灭。继电器控制电路如图6所示。

2.6总体电路图

单片机与各模块之间的连接关系如图7所示。其中，P0口连接LED显示器，P3.4连接温度传感器，P3.2连接按键开关S1。

3 软件设计

系统实现流程如图8所示。

4 结束语

基于单片机的水温控制系统包括硬件组成和软件设计。硬件核心是单片机AT89S52，通过DS18B20温度传感器采集温度，将采集到的数字温度信号经数据处理，得出温度值，传输到LED显示器显示出来；系统需要通过按键设置调节控制水温的上下限设定。如果采集的数据超过了设定的上下限值，系统会做出报警行为。软件设计方面首先确定整体的框架和思路，给出了软件系统框图。

系统可实现对水温的实时监控，能够满足不同用户的水温要求。系统操作简单，可扩展性良好，并可在其基础上增加其他使用功能，因而可以理想、高效地满足现代工业生产和生活的需要。

参考文献：

[1]张迎新，等.单片机初级教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（第一届-第五届）[M].北京： 北京理工大学出版社，2004.

[3]周立功，等.增强型80C51单片机速成与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[4]李小坚，赵山林，冯晓军，等.Protel DXP电路设计与制版实用教程 [M]（第二版）.北京：人民邮电出版社，2009.

[5]姜威.实用电子系统设计基础[M].北京：北京理工大学出版社，2004.

[6]李海滨，片春媛，许瑞雪.单片机技术课程设计与项目实例[M].北京：中国电力出版社，2009.