曹旻罡

摘要：本文主要研究了基于AT89C52單片機的水溫控制系統(tǒng)的設計，結合了整個水溫控制系統(tǒng)的設計思路，設計了整個系統(tǒng)的硬件結構和電路，并設計了整個系統(tǒng)的軟件流程，從而實現對水溫控制系統(tǒng)的設計。

關鍵詞：AT89C52；水溫傳感器；繼電器；LED顯示電路；軟件流程

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0009-02

1 概述

科學技術的快速發(fā)展使得人們對物質水平的追求越來越高，希望能夠通過現代化科學技術手段來有效地提高生活質量水平。水是人們生活中不可或缺的組成部分，在日常生活中希望隨時有適宜的水溫來滿足自己的日常所需。對于水的溫度控制系統(tǒng)，在我國各個行業(yè)中應用被廣泛應用，雖然說在行業(yè)應用中比較多，但是在水溫控制精度、準確度和智能化等方面還與技術發(fā)達國家存在很大的差距。目前我國在智能水溫控制系統(tǒng)的實現上，大部分產品已以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，這樣的控制器能夠滿足常規(guī)的、低要求的水溫控制，但是對于復雜的、精確度高的高智能化水溫控制系統(tǒng)來說，還是不能滿足要求[1]。

嵌入式系統(tǒng)技術的快速發(fā)展為水溫控制系統(tǒng)帶來了機遇，也是的智能水溫控制系統(tǒng)在小型化、智能化的方向發(fā)展，為了滿足我國市場在高質量、智能化水溫控制系統(tǒng)方面的需求，本文以AT89C52單片機為控制核心、以DS18B20溫度傳感器為溫度采集器，通過固體繼電器來實現對溫度的加熱、制冷器件的控制，從而實現在單片機智能控制下，通過溫度傳感器來智能、自動地對繼電器進行控制來達到水溫的控制，從而全保證設定的水溫在穩(wěn)定的范圍內，滿足人們的日常生產生活所需。所以對基于AT89C52單片機的智能水溫控制系統(tǒng)的研究，對滿足人們日常對水溫需求、提高人們生活質量來說具有非常重要的現實意義。

2 水溫控制系統(tǒng)的設計構想

傳統(tǒng)的水溫控制系統(tǒng)設計思路是以溫度計為水溫采集器件，通過人為觀察水溫變化來控制相關設備進行降溫、加熱、通風等處理，整個流程缺乏時效性，而且在溫度控制精度上也存在很大不足。而后在溫度傳感器上采用了半導體二極管，雖然效能和溫度控制精度有所提升，但是在交互性方面還存在缺陷，尤其是面對惡劣的工作環(huán)境，整個水溫控制系統(tǒng)往往會發(fā)生故障而無法提供良好的控制。

為了解決上述問題，在智能水溫控制系統(tǒng)中采用單片機為邏輯控制中心，通過專門的數字式溫度傳感器來提高對水溫的讀取精度，從而提高整個系統(tǒng)的溫控精度以及投入成本，在醫(yī)療、生活、工業(yè)生產方面，都具有非常重要的實用意義。

在水溫控制系統(tǒng)中，單片機型號可選擇AT8C52，這是一款低電壓、高性能的CMOS8位單片機，該單片機提供了8KB的可采寫程序存儲器以及256B的RAM，并提供了32個IO引腳、2個外中斷、3個定時器、2個全雙工串口等，這些接口為智能水溫控制系統(tǒng)提供了智能邏輯判斷和控制基礎。在水溫控制系統(tǒng)的溫度傳感器是整個控制系統(tǒng)的關鍵，只有溫度傳感器具有優(yōu)越的性能和準確的數據采集能力，才能為整個水溫控制系統(tǒng)提供前端控制依據。在該設計中選用DS18B20作為整個系統(tǒng)溫度采集的水溫傳感器，該傳感器在整個水溫控制方面具有兩個優(yōu)點：第一，DS18B20溫度傳感器自身帶有數字轉換功能，能夠直接將水溫轉變成數字量發(fā)送到單片機中，省去了A/D轉換電路的中間數據處理過程，從而極大地提高了水溫控制系統(tǒng)的時效性；第二，DS18B20溫度傳感器對溫度的識別精度高，能夠將溫度精度控制在0.5攝氏度，而且適用范圍在零下55攝氏度到125攝氏度，對于水溫控制方面能夠起到非常良好的控制作用[2]。

實際的水溫加熱模塊，主要是采用繼電器完成對水的加熱，通過單片機對繼電器的工作進行自動化控制，繼電器開始工作則可以對水源進行加熱處理，從而實現水溫的控制。

顯示電路，水源溫度傳感器，會實時地采集水源溫度，并將其通過顯示電路將實際的溫度進行顯示，從而給用戶提供正確的信息。指示燈蜂鳴器則是為用戶進行報警，當水溫超過了預設的溫度則會進行蜂鳴報警，從而提醒用戶。

3 基于AT89C52單片機的水溫控制系統(tǒng)的設計方案

按照水溫控制系統(tǒng)的設計思路，采用AT89C52單片機為整個系統(tǒng)的控制核心，通過用戶對其進行編程，從而采集DS18B20溫度傳感器的水溫，并通過讀取按鍵等進行水溫判斷，而后將實際的溫度通過LED顯示器進行顯示，如果水溫超過了預設溫度范圍，DS18B20溫度傳感器就會采集到相關的溫度，而后單片機通過對溫度的判斷，來實現對加熱繼電器的控制，繼而對水溫進行加熱處理[3]。如圖1所示，為基于AT89C52單片機的水溫控制系統(tǒng)的設計結構圖。

3.1 AT89C52單片機的硬件設計

AT89C52單片機屬于51系列的單片機，具有低功耗、高性能的特點，在實際應用用，可選擇該單片機的最小系統(tǒng)來最為整個水溫控制系統(tǒng)的核心控制中心，從而讀取各個采集器、按鍵的信號，并發(fā)送溫度顯示數據、控制蜂鳴器和加熱繼電器工作。AT89C52單片機的最小系統(tǒng)需在RESET端口外接reset控制電路，一般是用過電阻接地、電容接電源，并通過按鍵與電容并聯接電源來實現信號輸入。當用戶按下按鍵之后，RESET就會有高電平輸入，從而實現重置信號輸入。此外，在單片機40端口連接電源，18到20端口連接外部振蕩器，從而實現AT89C52單片機的最小系統(tǒng)的硬件設計。

3.2 DS18B20溫度傳感器電路設計

DS18B20溫度傳感器作為整個水溫控制的關鍵，是對水源的溫度進行采集的關鍵，通過將水體的溫度進行采集，而后經過轉換器進行轉化成數字信號之后，就可以傳輸到單片機中進行邏輯判斷。由于DS18S20溫度傳感器屬于數字化傳感器，所以不需要A/D轉換電路對采集的信號進行轉化。在DS18B20溫度傳感器使用過程中，要將其DQ輸出端口與AT89C52單片機的P34端口進行連接，從而通過串行數據的通信方式將該溫度傳感器傳輸的數字進行進行通信[4]。endprint

3.3 LED顯示電路的硬件設計

LED顯示電路采用數碼管顯示的方式，利用四位8段數碼管，經過連接AT89C52單片機的數據輸入輸出端口，實現對其顯示數據、顯示位的控制。在實際的應用中，選擇SM17SEG作為線路使用，其中數字端的8位經過電路連接P0端口，使能端的四位連接經過三極管、電阻連接P2端口，其中每個三極管的正向輸入端連接Vcc電源，輸出端連接8段數碼管的使能控制，而控制端則經過電路連接P2端口。在使用過程中，首先經過P2端口，將某個8段二極管進行使能控制，使其經過工作，其他數碼管進行屏蔽，而后經過P0端口對其傳輸顯示的數據，從而讓8段二極管顯示對應的數字。按照相同的流程，依次使能控制其他8段二極管，進行顯示對應的數字顯示。

3.4 繼電器控制電路設計

水溫加熱繼電器控制電路是通過P10端口來對其進行控制，如圖2所示，為繼電器控制電路設計，首先該繼電器連接家用220V電源進行供電，而繼電器控制電路，則是P10端口來控制三極管的工作情況，如果發(fā)送低電平，則三極管聯通，繼電器打開，加熱器開始工作；相反如果P10端口發(fā)送高電平則三極管聯通，繼電器停止工作。

4 基于AT89C52單片機的水溫控制系統(tǒng)的軟件設計

基于AT89C52單片機的水溫控制系統(tǒng)的設計，是要根據硬件電路的結構，設計出相應的軟件流程。基于當前設計的硬件電路結構，軟件流程如下：

（1）系統(tǒng)初始化；（2）設計溫度初始值；（3）讀取溫度傳感器的值，發(fā)送到LED顯示屏；（4）判斷當前水體溫度，是否大于預設溫度的溫度1℃，如果是，則啟動蜂鳴器報警，如果否，進行下一步；（5）判斷是否低于預設溫度1℃，如果否，停止繼電器，跳轉到步驟（3），如果是，則繼續(xù)；（6）啟動繼電器；（7）跳至步驟（3）。

按照上述流程，即可實現對水溫的自動化控制。

5 結語

基于AT89C52單片機的水溫控制系統(tǒng)的設計，是以AT89C52單片機為控制核心，通過使用DS18B20為溫度傳感器來采集水體溫度，而后通過單片機記性邏輯判斷，將數據發(fā)送到LED顯示電路進行顯示，并控制繼電器控制電路對水體進行加溫處理，從而實現對水體溫度的判斷。

參考文獻

[1]唐利軍.基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設計研究[J].信息通信，2014，（11）：68.

[2]蘇寶林.基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設計[J].高師理科學刊，2014，（04）：40-42+54.

[3]劉剛.基于單片機的水溫控制系統(tǒng)的設計[J].電子技術與軟件工程，2014，（02）：134-135.

[4]曾崢，吳新淮.基于AT89S52單片機的水溫控制系統(tǒng)設計[J].科技廣場，2011，（03）：157-159.endprint