水温控制系统设计

摘 要

本设计以AT89S52单片机芯片为核心进行水温控制系统的设计。该系统主要由温度检测电路、温度控制电路等组成。首先系统的温度采集电路采集到相关温度信息传送给由单片机，单片机通过处理温度相关信息，将数据传输给温度控制电路，从而达到水温控制的系统功能。

【关键词】AT89S52单片机 DS18B20温度芯片 温度控制

1 引言

实时无误地获得采集到的相关温度信息而且能对温度进行合适的掌控，在很多实际生产过程中都是关键之处。变化的水温对各类系统的自主运动都有很大影响，比如冶炼金属、机器工业、食品、化学工业等各种工业中，普遍被运用的各类加热炉、反应炉、热处理炉等等，生产环境的温度可以通过利用水温控制系统来得到有效的掌控，力保能安全，顺利的进行智能化和自动化的生产，以达到企业生产效率提高的目的，这都要求严格把控工件的水处理温度。不同的各种生产系统它们都有一个最合适的水质温度区间。超出这个区间系统就有终止运行甚至被破坏的可能，以往的采集温度电路十分庞大，须由采集温度、放大信号、滤波、AD转换等一系列工作才可获得温度量而且这类方法不但电路繁杂，也需要很多电子元器件，并且准确度不高，线性度不理想，也没有很强的抗干扰性。工业中温度控制的方法很多，单片机对水温的掌控是最常见的方法之一。

2 总体设计方案

本设计采用单片机为核心基于水温的控制系统设计，电路由主控制器电路，测温电路，显示与键盘电路，控制温度电路等组成的。水温控制系统主要是由DS18B20温度传感器收集的温度信息通过显示电路显示出来，其中显示部分采用数码管来完成，可以实现实时温度显示，水温异常报警，水温自动控制等功能，各个模块的正常工作是通过单片机的控制来实现的，从而削减了分立元器件的使用，使整个系统具有小体积，高效率，节能，无噪音污染的优点，预计该系统具有较高的性能。综上在低成本和技术的先进性两方面上体现了该方案的可行性。

3 系统硬件设计

系统最初先通过温度传感器采集温度信息并将采集到的温度信息调节到主控制器可以接收的范围，然后系统将进行过滤波的信号送达主控制器，主控制器将所收集的温度与之前所设定参数进行比较，而显示器将会显示当前水温。如果不相符，则报警电路进行报警。本课题的主要工作内容如下：

（1）控制系统核心最小系统硬件设计 。

（2）温度控制系统的设计。

（3）温度控制系统系统工作显示电路设计。

（4）系统工作电源及报警电路设计。

（5）系统软件流程及程序设计。

3.1 控制芯片

本设计选择的主控制器为AT89S52，AT89S52单片机作为主控制器芯片有很多优点它是一种性能高、功耗低的CMOS8位微控制器，内置8K 在系统可编程Flash 存储器。由Atmel 公司按照非易失性高密度存储器技术研制，完完全全兼容于80C51引脚和产品操作指令。片上Flash不仅适于常规编程器亦支持程序存储器在系统可编程。

3.2 温度检测电路

本系统测温电路部分的温度传感器选择DS18B20温度芯片。DS18B20在使用中不需要任何元件。支持数据线供电，工作电压区间是+3.0～+5.5V。测温区间为负五十五度到一百二十五度。固有测温分辨率为0.5℃。该芯片为集成芯片，可以起到有效的减少外因的影响，优化测量的标准，使电路的构造更加简单的作用。DS18B20一般选用8脚TO-92、3脚PR35封装这两种方式。

3.3 键盘电路

键盘的选择有编码键盘和非编码键盘两类。本设计选择非编码键盘。对于非编码键盘而言它仅仅是提供了按键的开关工作状态，然而其他工作交由相关软件负责，这类键盘的优点在于键数较少，硬件结构简单，它们通常在单片机系统中被广泛使用键盘除继电器和复位键后实际的按键其实只有3个，我们可以通过中断或者软件查询的方法来判断按键是否被按下，当某个按键处于被按下的状态时，表现为低电平有效。

3.4 报警电路

本设计的报警电路先由温度传感器收集到相关温度信息通过滤波，标度变换等一系列转换后将相关信息送给主控制器芯片然后主控制器芯片将该该参数设定值进行比较如果不在工作人员所给定区间则由报警电路报警来引起相关人员注意从而起到水温的控制和保证系统的安全的作用。

4 系统软件设计

系统软件设计方面，需要注意的是要完成基于水温检测系统的控制任务，还要保证对温度的处理及记录，系统主流程图如图2。

5 总结

我国关于温度检测的科研现状离工厂化还有很远的距离，在现实的生产中许多的问题还是得不到解决，比如可靠性不理想，环境控制水平低，软硬件资源不兼容，产业化程度低等。而我们在今后的温度控制系统的科研工作会倾向集成化，完全自动化，旨在研发出更加稳定可靠、精准，使用方便的温度控制系统。

参考文献

[1]吴金戊，沈庆阳，郭庭吉.编著8051单片机实践与应用[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[3]曲娜.基于物联网技术的变电设备智能测温系统设计[J].电子技术与软件工程，2015，58-12.

作者简介

周鹏（1980-），男，吉林省长春市人。硕士学位。现为吉林省水文水资源局长春分局工程师，从事通信与信息系统研究。

作者单位

吉林省水文水资源局长春分局 吉林省长春市 130022