基于AT89C52单片机的水温控制系统的设计

曹旻罡

摘要：本文主要研究了基于AT89C52单片机的水温控制系统的设计，结合了整个水温控制系统的设计思路，设计了整个系统的硬件结构和电路，并设计了整个系统的软件流程，从而实现对水温控制系统的设计。

关键词：AT89C52；水温传感器；继电器；LED显示电路；软件流程

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0009-02

1 概述

科学技术的快速发展使得人们对物质水平的追求越来越高，希望能够通过现代化科学技术手段来有效地提高生活质量水平。水是人们生活中不可或缺的组成部分，在日常生活中希望随时有适宜的水温来满足自己的日常所需。对于水的温度控制系统，在我国各个行业中应用被广泛应用，虽然说在行业应用中比较多，但是在水温控制精度、准确度和智能化等方面还与技术发达国家存在很大的差距。目前我国在智能水温控制系统的实现上，大部分产品已以“点位”控制及常规的PID控制器为主，这样的控制器能够满足常规的、低要求的水温控制，但是对于复杂的、精确度高的高智能化水温控制系统来说，还是不能满足要求[1]。

嵌入式系统技术的快速发展为水温控制系统带来了机遇，也是的智能水温控制系统在小型化、智能化的方向发展，为了满足我国市场在高质量、智能化水温控制系统方面的需求，本文以AT89C52单片机为控制核心、以DS18B20温度传感器为温度采集器，通过固体继电器来实现对温度的加热、制冷器件的控制，从而实现在单片机智能控制下，通过温度传感器来智能、自动地对继电器进行控制来达到水温的控制，从而全保证设定的水温在稳定的范围内，满足人们的日常生产生活所需。所以对基于AT89C52单片机的智能水温控制系统的研究，对满足人们日常对水温需求、提高人们生活质量来说具有非常重要的现实意义。

2 水温控制系统的设计构想

传统的水温控制系统设计思路是以温度计为水温采集器件，通过人为观察水温变化来控制相关设备进行降温、加热、通风等处理，整个流程缺乏时效性，而且在温度控制精度上也存在很大不足。而后在温度传感器上采用了半导体二极管，虽然效能和温度控制精度有所提升，但是在交互性方面还存在缺陷，尤其是面对恶劣的工作环境，整个水温控制系统往往会发生故障而无法提供良好的控制。

为了解决上述问题，在智能水温控制系统中采用单片机为逻辑控制中心，通过专门的数字式温度传感器来提高对水温的读取精度，从而提高整个系统的温控精度以及投入成本，在医疗、生活、工业生产方面，都具有非常重要的实用意义。

在水温控制系统中，单片机型号可选择AT8C52，这是一款低电压、高性能的CMOS8位单片机，该单片机提供了8KB的可采写程序存储器以及256B的RAM，并提供了32个IO引脚、2个外中断、3个定时器、2个全双工串口等，这些接口为智能水温控制系统提供了智能逻辑判断和控制基础。在水温控制系统的温度传感器是整个控制系统的关键，只有温度传感器具有优越的性能和准确的数据采集能力，才能为整个水温控制系统提供前端控制依据。在该设计中选用DS18B20作为整个系统温度采集的水温传感器，该传感器在整个水温控制方面具有两个优点：第一，DS18B20温度传感器自身带有数字转换功能，能够直接将水温转变成数字量发送到单片机中，省去了A/D转换电路的中间数据处理过程，从而极大地提高了水温控制系统的时效性；第二，DS18B20温度传感器对温度的识别精度高，能够将温度精度控制在0.5摄氏度，而且适用范围在零下55摄氏度到125摄氏度，对于水温控制方面能够起到非常良好的控制作用[2]。

实际的水温加热模块，主要是采用继电器完成对水的加热，通过单片机对继电器的工作进行自动化控制，继电器开始工作则可以对水源进行加热处理，从而实现水温的控制。

显示电路，水源温度传感器，会实时地采集水源温度，并将其通过显示电路将实际的温度进行显示，从而给用户提供正确的信息。指示灯蜂鸣器则是为用户进行报警，当水温超过了预设的温度则会进行蜂鸣报警，从而提醒用户。

3 基于AT89C52单片机的水温控制系统的设计方案

按照水温控制系统的设计思路，采用AT89C52单片机为整个系统的控制核心，通过用户对其进行编程，从而采集DS18B20温度传感器的水温，并通过读取按键等进行水温判断，而后将实际的温度通过LED显示器进行显示，如果水温超过了预设温度范围，DS18B20温度传感器就会采集到相关的温度，而后单片机通过对温度的判断，来实现对加热继电器的控制，继而对水温进行加热处理[3]。如图1所示，为基于AT89C52单片机的水温控制系统的设计结构图。

3.1 AT89C52单片机的硬件设计

AT89C52单片机属于51系列的单片机，具有低功耗、高性能的特点，在实际应用用，可选择该单片机的最小系统来最为整个水温控制系统的核心控制中心，从而读取各个采集器、按键的信号，并发送温度显示数据、控制蜂鸣器和加热继电器工作。AT89C52單片机的最小系统需在RESET端口外接reset控制电路，一般是用过电阻接地、电容接电源，并通过按键与电容并联接电源来实现信号输入。当用户按下按键之后，RESET就会有高电平输入，从而实现重置信号输入。此外，在单片机40端口连接电源，18到20端口连接外部振荡器，从而实现AT89C52单片机的最小系统的硬件设计。

3.2 DS18B20温度传感器电路设计

DS18B20温度传感器作为整个水温控制的关键，是对水源的温度进行采集的关键，通过将水体的温度进行采集，而后经过转换器进行转化成数字信号之后，就可以传输到单片机中进行逻辑判断。由于DS18S20温度传感器属于数字化传感器，所以不需要A/D转换电路对采集的信号进行转化。在DS18B20温度传感器使用过程中，要将其DQ输出端口与AT89C52单片机的P34端口进行连接，从而通过串行数据的通信方式将该温度传感器传输的数字进行进行通信[4]。endprint

3.3 LED顯示电路的硬件设计

LED显示电路采用数码管显示的方式，利用四位8段数码管，经过连接AT89C52单片机的数据输入输出端口，实现对其显示数据、显示位的控制。在实际的应用中，选择SM17SEG作为线路使用，其中数字端的8位经过电路连接P0端口，使能端的四位连接经过三极管、电阻连接P2端口，其中每个三极管的正向输入端连接Vcc电源，输出端连接8段数码管的使能控制，而控制端则经过电路连接P2端口。在使用过程中，首先经过P2端口，将某个8段二极管进行使能控制，使其经过工作，其他数码管进行屏蔽，而后经过P0端口对其传输显示的数据，从而让8段二极管显示对应的数字。按照相同的流程，依次使能控制其他8段二极管，进行显示对应的数字显示。

3.4 继电器控制电路设计

水温加热继电器控制电路是通过P10端口来对其进行控制，如图2所示，为继电器控制电路设计，首先该继电器连接家用220V电源进行供电，而继电器控制电路，则是P10端口来控制三极管的工作情况，如果发送低电平，则三极管联通，继电器打开，加热器开始工作；相反如果P10端口发送高电平则三极管联通，继电器停止工作。

4 基于AT89C52单片机的水温控制系统的软件设计

基于AT89C52单片机的水温控制系统的设计，是要根据硬件电路的结构，设计出相应的软件流程。基于当前设计的硬件电路结构，软件流程如下：

（1）系统初始化；（2）设计温度初始值；（3）读取温度传感器的值，发送到LED显示屏；（4）判断当前水体温度，是否大于预设温度的温度1℃，如果是，则启动蜂鸣器报警，如果否，进行下一步；（5）判断是否低于预设温度1℃，如果否，停止继电器，跳转到步骤（3），如果是，则继续；（6）启动继电器；（7）跳至步骤（3）。

按照上述流程，即可实现对水温的自动化控制。

5 结语

基于AT89C52单片机的水温控制系统的设计，是以AT89C52单片机为控制核心，通过使用DS18B20为温度传感器来采集水体温度，而后通过单片机记性逻辑判断，将数据发送到LED显示电路进行显示，并控制继电器控制电路对水体进行加温处理，从而实现对水体温度的判断。

参考文献

[1]唐利军.基于单片机的水温控制系统设计研究[J].信息通信，2014，（11）：68.

[2]苏宝林.基于单片机的水温控制系统设计[J].高师理科学刊，2014，（04）：40-42+54.

[3]刘刚.基于单片机的水温控制系统的设计[J].电子技术与软件工程，2014，（02）：134-135.

[4]曾峥，吴新淮.基于AT89S52单片机的水温控制系统设计[J].科技广场，2011，（03）：157-159.endprint