關于水溫控制系統的開發研究

高學群

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州　213025）

關于水溫控制系統的開發研究

高學群

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州213025）

隨著社會主義現代化的發展，在科學技術突飛猛進的今天，人工智能起到不可忽視的作用。尤其是各種智能化的儀器、儀表在農、工業的廣泛應用給社會帶來了極大的便利。文章就是一個利用溫度來實現簡單智能控制的例子。它完成了從溫度的采集、轉換、顯示以及控制的一系列任務。由于篇幅關系，文章并未深入探討溫度的具體實例。例如根據溫度來控制熱水器、電風扇等與溫度有關的設備，提供了一個通過溫度來控制設備的基本思想和原理。

智能；溫度控制；控制系統

在工業生產與日常生活中，溫度檢測及控制技術被廣泛應用。傳統的溫度測量中，測溫元件有熱電偶和熱電阻，但是熱電偶和熱電阻的輸出一般為電壓，而將電壓轉換為溫度還需要一些外部硬件電路，例如熱電偶需要將微弱的信號放大，然后再通過A/D轉換電路將模擬信號轉換為數字信號，最后送給CPU處理；而熱電阻需要配備良好的恒流源。這樣，硬件電路的設計及軟件的調試都比較復雜。

1　課題背景

電子技術的發展推動了溫度控制系統的發展和應用，使溫度控制系統朝著速度快、集成度高、價格便宜、性能優良等方面發展。現在溫度控制系統在生活、工業等領域應用范圍相當廣泛，尤其利用單片機改造落后的控制器來提高設備的自動化程度等特點。水溫控制系統屬于溫控的一部分，溫度控制系統的應用領域相當廣泛，應用在相當多的領域里。目前水溫的控制系統大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術，既提高設備的自動化程度又提高設備的控制精度。

隨著計算機和信息技術的高速發展，單片機廣泛應用于工業控制和日常生活中。工業控制也越來越多的采用單片機，所以我們采用51系列單片機來做溫度控制系統。

2　設計意義

單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，在很多的電子產品中也用到溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應用范圍的日益廣泛和多樣性，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應運而生。在科研、生產中，常需要對某些系統進行溫度的監測和控制。需檢測和控制的溫度系統一旦確定，其熱慣性大小和散熱等各項硬件條件就確定了。本課題就是用“單片機模型法”實現系統溫度的自動控制。用這種方法控溫，使整個系統靈活、可靠性高，系統達到熱平衡較快，而且精度也比較高，融合了前面列舉方法的優點，而且更加簡單方便。本課題需要具備單片機和C51語言編程的知識，具備高級語言編程的知識。通過對一個較完整的硬件系統的設計與制作，設計過程有一個較直觀地認識，并提高分析問題、解決問題的能力。

本溫度控制系統主要是針對小型測量溫度而設計的。選擇這題目能鍛煉動手的能力，提供了一個理論和實踐相結合的機會。通過這次畢業設計，能對單片機程序設計、自動控制理論、電路板的制作與畫圖、檢測技術與儀表方面的知識有進一步的了解，以鞏固學過的知識，開拓視野。同時，由于學過的知識十分有限，很多東西還要自己去學習，這樣也鍛煉和提高自學能力，為以后的競爭能力打下基礎。

3　主要功能及技術指標

（1）設計數據采集電路、按鍵輸入電路、單片機控制電路、數碼管顯示電路、加熱控制電路、散熱控制電路等各模塊電路。

（2）設計單片機控制程序，通過程序控制實現溫度的自動控制并通過數碼管顯示實際溫度值。

（3）設計報警控制系統。通過對溫度的監測，必要時啟動電機來對溫度控制。

4　系統總體設計

如圖1所示為系統總設計框圖。本系統總設計中包括按鍵輸入電路、測溫電路、報警電路、顯示電路、電機電路，而運用單片機STC89C51作為中央控制器，使系統具有性能可靠、體積小、電路簡單等優點。

圖1　系統總設計框圖

5　系統的功能

該系統是利用 DS18B20進行測溫，基于單片機STC89C51進行溫度控制，然后通過單片機解碼發送給4位數碼管，數碼管顯示出當前的溫度值；如果溫度過高便啟動報警系統，然后電機轉動迫使溫度傳感器溫度下降。本器件具有硬件電路簡單，控溫精度高（誤差在正負1℃范圍內）、功能強、體積小、價格低、簡單靈活等優點，可以應用于控制溫度在0℃～125℃之間的各種場合，可以實現溫度的實時采集、現實與控制功能，是一種較理想的智能化控制系統。

（1）測溫電路。測溫電路是利用DS18B20的數字溫度計實時測控溫度，它的測溫范圍是55～125℃，與單片機交換信息僅需要一根I/O線，其讀/寫及溫度轉換的功率也可來源于數據總線，而無需外接電源，DS18B20有3個引腳，2腳是數字信號輸入/輸出端，3腳VDD是外界電源輸入端，1腳GND是電源地。

（2）報警電路。蜂鳴器發聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場來驅動振動膜發聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。

本設計通過兩級三極管來放大驅動蜂鳴器。蜂鳴器的正極接到VCC（+5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發射極E，當單片機I/O口輸出低電平時，三極管截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發聲；當單片機I/O口輸出高電平時，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發出聲音。因此，我們可以通過程序控制單片機I/O腳的電平來使蜂鳴器發出聲音和關閉，程序中改變單片機I/O引腳輸出波形的頻率，就可以調整控制蜂鳴器音調，產生各種不同音色、音調的聲音。另外，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過編程實驗來驗證。

（3）顯示電路。本次畢業設計的顯示電路采用LED數碼管靜態顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。這里采用共陰數碼顯示管。

常用的七段顯示器的結構如圖2（a）所示。發光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器如圖2（b）所示，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器如圖2（c）所示。1位顯示器由八個發光二極管組成，其中七個發光二極管a～g控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。

圖2　七段顯示器

使用動態掃描，控制比較方便，在單片機的I/O口多的情況下使用。如2圖中，使用三極管驅動數碼管。

Research on Development of Water Temperature Control System

GAO Xue-qun
（Changzhou Liu Guojun Higher Vocational and Technical School，Changzhou，Jiangsu 213025，China）

With the development of socialist modernization，artificial intelligence cannot be ignored，for all kinds of intelligent instruments，meters widely used in agriculture，industry，has brought great convenience to the society.This paper is a to implement a simple example of intelligent control with temperature.It has completed from the collection，conversion，display and control of the temperature of a series of tasks.In the interest of time，the article does not delve into temperature of concrete examples.For example，according to the temperature control equipment of the water heater，electric fans and other related to temperature provides a temperature to the basic idea and principle of control equipment.

intelligent；temperature control；control system

TP273.5

A

2095-980X（2016）07-0067-02

2016-06-18

高學群（1963-），男，江蘇常州人，大學專科，主要研究方向：電工電氣。