单片机的计算机水温控制系统设计

文/李泳东

（台山市技工学校 广东省台山市 529200）

单片机的计算机水温控制系统的重点便是测量、控制和保温度，这也是应用单片机计算机水温控制系统的关键所在。所以，唯有做好单片机计算机水温控制系统在测量温度、控制温度和保持温度方面的设计，才能够保障其在机械制造、冶金、化工等各个方面得到有效的应用。因此，本文以AT89C51为核心的计算机水温控制系统为例对系统设计进行了分析。

1 总体方案设计

1.1 设计内容

为了对以AT89C51为核心的计算机水温控制系统进行设计分析，于是本文对水箱的温度显示、温度报警以及温度控制进行了一系列操作和设计，进而实现了能够对计算机的水温进行实时的显示和控制。首先是计算机水温的控制部分，本文利用AT89C51单片机、DS18S20以及LED屏幕来实现对水温的显示、控制以及保持。其次，便是计算机水温的警报系统，本文主要是通过利用DS18S20和AT89C51相连接的硬件和软件之间的配合来实现对热电阻丝的控制，从而实现了水温在超过规定的上下限的时候能够对其进行警报。除此之外，在对单片机计算机水温控制系统设计的时候其炉内温度检测系统设计也会是必要的，对炉内温度监测系统的设计主要是通过PID闭环反馈系统来完成的，利用PID闭环反馈系统对炉内温度进行检测，将检测到的数值和事先设定好的检测值进行对比得到差值，然后在将差值利用闭环反馈系统传输给控制器，以此来调节炉内温度，进而实现计算机水温系控制系统的设计[1]。

利用AT89C51单片机、DS18S20以及PID闭环反馈系统进行水温单片机的计算机水温系统控制具有简单易操作、高性能低能耗、干扰能力强等很多优点，所以非常适合构建多点的温度控制系统。并且DS18S20芯片每一个都具有自己单独的产品号，所以很容易就被分辨出来，因此，在设计单片机的计算机水温控制系统的时候可以连接多个DS18S20芯片。不仅如此，因为每个DS18S20具有自己的产品好，所以再进行系统设计的时候仅需要一根单独的线就可以。

总而言之，通过本次水温控制系统的设计可以实现计算机水温的显示、检测以及控制，并且此次以AT89C51为主机，通过一根线和多个DS18S20芯片相连接，水温控制系统的工作效率将会大大提升。

1.2 AT89C51工作单元组成

1.2.1 并行接口

单片机内部有一项最主要的功能就是并行接口，而AT89C51单片机的并行O/I接口是八位的，一共有四个且每一个接口内部都具有一个锁存器，一个输出驱动器，一个输入缓冲器。为了设计计算机水温系统的方便性，本文将其机作为P1、P2、P3、P4。AT89C51系列单片机的并行O/I接口具有字节和位置寻址的功能。并且在访问储存器的时候，P1负责传送低8位的地址和数据，高8位的数据和地址由P3负责传送[2]。

1.2.2 定时器

定时器是单片机中最重要的部件之一。AT89C51单片机中的定时器也可以换成计数器。定时器或者是计数器具有工作方式灵活、编程简单等优势，所以能够有效的减轻电脑CPU的负担。在AT89C51系列的单片机中一共有两个十六位的定时器，这两个定时器是可以编程的，为方便本文将其记为T0和T1，C51系列单片机还具有一个8位的定时器。当其中一个定时器的数字由0变为1的时候，定时器增加1进而实现计数功能，而对单片机的定时器进行周期技术，进而可以实现其定时功能[3]。

1.2.3 振荡器

C51系列单片机内部还具有反向放大器的输入和输出，分别为XTAL1和XTAL2，这个反向放大器就可以配置为内振荡器，这种单片机内的振荡器材料可选，石晶和陶瓷都可以使用。

1.2.4 中断装置

中断装置也是单片机最为重要的组成部分，在对单片机进行实时控制以及故障的自动处理的时候、单片机和其他的设备之间的数据传输便是采用中断装置，这大大提高了单片机的工作效率。而AT89C51系列的中断装置非常复杂，其中和中断相关寄存器就有四个，分别是中断有限级控制寄存器IP，中断允许控制寄存器IE，中断源寄存器TOON和中断源寄存器SOON。中断源有五个，分别是串行中断请求，定时器0溢出中断请求，定时器1溢出中断请求，外部中断0请求以及外部中断1请求。

1.2.5 芯片擦除

AT89C51系列单片机中都设有稳态逻辑，以便于实现在C51单片机在低到零频率之下的时候的静态逻辑可以有选择的进行掉电。在低至零频率的时候，CPU会停止工作，但是单片机中的RAM、定时器以及中断系统都在是处于工作状态中的，也就是说，在掉电模式之下，可以保存单片机的内容并且停止单片机的振荡器进而防止其使用其他芯片功能，一直到整个单片机系统恢复使用[4]。

2 单片机计算机水温控制系统的硬件设计

2.1 硬件设计概述

本文在进行单片机的计算机水温控制系统的硬件设计的时候采用的是按键的形式作为输入控制，通过温度采集获取温度信息，将采集到的温度信息利用LM324放大器放大以及数模转换器经期转换成数据，最后在LED显示器上显示出来。

考虑到实用性以及价格，本文在进行系统设计的时候利用的是电容充电电路，这样的电路仅需要两个外部元件就可以测量出温度，不需要用到转换器转换电路等，这样做不仅电路简单，而其还具有耗能小、稳定可靠的特优势，所以在进行系统设计的时候利用电容充电电路具有很大优势[5]。

2.2 温度采样

温度采样的部分是硬件设施中非常重要的一个部分。温度采样单部分主要是用来采集被控制的对象温度。硬件设施的温度采样主要由三部分构成，分别是：温度电压转化、信号放大以及A/D转换三部分，其中将温度转换为温度电压主要是由热敏电阻实现的。而其中A/D转换选择的模数转换器为ADC0809，ADC0809能够将采集的温度信号转化为单片机能够处理的数据信号。所谓的ADC0809其实就是A/D转换的芯片，ADC0809是通过逐次逼近的方法来实现转换的。ADC0809是由单+5v的电源来供电的，整个芯片内带有锁存功能，所以可以对0到5v的电压进行转化。

2.3 温度控制

在单片机的计算机水温控制系统设计之中，单片机包含了中央处理部件、储存器、定时器、计数器以及其他各种设备等，所以具有集成度高、功能强、耗能小、体积小、使用方便等特点。而在计算机的使用过程中，电流、电压、温度等都是非常常用的被控制参数。在这些参数里面，温度正变得越来越重要。因此，利用单片机进行温度控制非常重要，能够充分发挥单片机的各项优点，提高温度控制的准确性和稳定性，进行提高计算机工作的效率[6]。

2.4 模数转换

数模转换就是将获取到的温度信息转换为可以显示和处理的数据形式。也就是说，通过数模转换可以将模拟输入温度信号转换为N位数字输出信号。因为数字输出信号能够适应各种算法，进而更加方便实现温度的显示和控制。所以传统的模拟信号正在被数字信号所代替，但是数字信号作为一种新技术目前为止还未得到全面应用，所以介于两者之间的数模转换技术就显得尤为重要，且应用也越来越广。

2.4.1 模数转换技术

数模转换技术也分为四个部分，分别是温度采样、温度保持、温度量化以及温度编码四个过程。数模转换技术中的采样就是将一个连续变化的模拟信号转换为时间上的离散信号。而数模转换技术中的保持就是将采样获得的离散信号保持一段时间，这就是所谓的保持。数模转换技术中的量化就是将离散信号转化为数字信号，但是数模转换技术中的量化存在着误差的缺陷。最后编码就是将获取的信号转化为二进制的数据形式[7]。

2.4.2 积分型模数转换

积分模型转换器又称为多斜率数据转换器，这也是单片机中应用最为广泛的转换器模型。积分新模拟转换器主要由三部分构成，分别是模拟积分器、比较器和计数单元构成。积分新模拟转换器的采样速度是非常低的，但是精确度却很好。这样在各种环境之中都可以有效应用[8]。

2.5 显示部分

此次水温控制系统的显示部分的电路主要是由7段数码管以及移位寄存芯片74LS164构成。其中将要被显示的数据信号由单片机通过I20C总线传输给74LS164寄存芯片，最后由移位寄存芯片74LS164控制数码管的现实，进而实现数据的现实。并且因为单片机的工作频率可以到达12M,所以移位寄存芯片74LS164的移位速度也是非常快的，因此表现在数码管上面，我们是没有办法看到数据转化一位一位的变换的，而是一起变化的[9]。

3 单片机计算机水温控制系统的软件设计

单片机计算机水温控制系统的软件设计主要是通过高级语言实现的。高级语言主要是用来解决计算机问题的一种语言，高级语言适用于不同的计算机。高级语言的优势非常强大，使用者在进行高级语言进行单片机计算机水温控制系统的软件设计的时候不必对其进行详细的变成和设计，只需要设计一个语句就行，因为高级语言中一个语句就可以相当于很多条计算机指令。因此，在对高级语言编制水温控制的程序非常方便，也很简单，容易上手。

单片机的计算机水温控制系统的软件设计主要是由主程序流程、中断子程序流程、按键流程以及显示流程四个部分构成。从主程序流程来说，一旦有信号输入到单片机的时候，主程序会启动，并按照事先设计好的条件逐步进行运行，以达到需要的目的。从中断子程序流程方面来说，其功能的实现主要是依靠读温度子程序以及计算温度子程序两部分构成，读温度子程序的主要作用是将RAM中的九个字节读出来，而计算温度子程序则是将RAM中读出来的字节进行BCD码的转换。从按键流程方面来说主要是方便让使用者通过外部按键来调节计算机的水温，从而实现对其的手动控制。从显示流程来说，其主要功能就是将传输过来的信号进行显示，方便使用者观看。这四个部分是单片机的计算机水温控制系统的主要是路，通过这使部分流程的设计，可以有效的实现计算机水温的控制和显示等等[10]。

4 结语

总而言之，对单片机的计算机水温控制系统进行设计是非常有必要的，因为随着科学技术的发展，单片机以其独特的优势应用将会愈发广泛，而温度也正在变为越来越重要的被控参数。因此说，对水温控制系统进行设计必要的。所以，相关的工作人员以及研发者一定要重视起来，加强水温控制系统的设计，以提高单片机的计算机的工作效率和质量。