基于AT89C52的家用水溫自動監測系統設計與實現

馮家寬　盧涵宇　王偉偉

摘要：隨著人民生活水平的提升，人們對智能家居中的生活用水要求越來越多。本文設計的家用水溫自動監測系統，結合AT89C52芯片的性能特點，采用單片機、單線數字溫度傳感器、液晶顯示屏等設計水溫監控系統。應用定值開關控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法來控制系統軟件，最終實現對水溫的精確實時監控。

關鍵詞： AT89C52;DS18B20溫度傳感器;LCD1602顯示屏;溫度控制

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）14-0213-02

Abstract： With the improvement of people's living standards， people are demanding more and more water for living in smart home. In this paper， the water temperature automatic monitoring system for household use， combined with the performance characteristics of AT89C52 chip， adopts single-chip computer， single-wire digital temperature sensor， liquid crystal display screen， etc. to design water temperature monitoring system. Fixed-value switch control method， PID linear temperature control method and intelligent temperature control method are used to control the system software， and finally the precise and real-time monitoring of water temperature is realized.

Key words： AT89C52;DS18B20 Temperature Sensor;LCD1602 Display; Temperature Control

隨著人民群眾的生活水平的提高，在智能家居的領域中的溫度的監測和控制是十分重要的，并且隨著集成電子技術和控制理論知識的不斷發展，以單片機為控制核心的溫度監測系統以其體積小、成本低、功能強大、簡單方便的優勢得到智能家居生活中的廣泛應用。

本文從軟硬件兩個方面設計了家用水溫自動簡易監測系統的運行過程，在監測系統運行過程中主要運用AT89C52單片機、DS18B20單線數字溫度傳感器、LCD1602液晶顯示屏來搭建水溫的監控系統。在常用溫度控制的算法中，從定值開關控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法中擇優選擇和進行搭配組合，運用到系統中，實現對水溫的精確監控。

1 整體系統電路設計

本系統設計共分為六大電路部分：主控部分、數據采集部分、電源部分、供水部分、加熱部分、顯示部分。系統的整體設計框圖如圖1所示。主控部分采用AT89C52單片機作為主體，對其編寫程序控制相應的硬件電路，實現自動控制的技術指標。數據采集部分采用具有A/D轉換功能的數字溫度傳感器DS18B20進行溫度的檢測，能檢測到水溫的具體溫度，再通過LCD1602液晶顯示器來顯示水溫的具體值，達到可視化的效果。供水部分則主要以電磁閥為核心，依據液位測量電路檢測的液位信號送入單片機進行分析處理，然后由其發出相應的指令信號來控制電磁閥的通斷，實現供水和停水的目的。加熱部分由單片機進行判斷處理，然后單片機發出控制加熱絲的工作與否的命令，未達到所設溫度則加熱，達到即停止加熱。如圖2所示為各部分具體原理圖，從中可看出各個部分間的對應情況，AT89C52單片機通過匯編程序對DS18B20的溫度采集、儲水容器的液位檢測、儲水容器的水溫檢測、供水電路、加熱電路、以及水位水溫的顯示等進行控制。

2 硬件設計

2.1檢測水位電路

如圖3所示，通過AT89C52的P1.0-P1.3（分別從低到高的4個液位）來進行水位監測。通過J1引出5根檢測導線來檢測儲水池的水位高度，由R6-R9分別作為儲水池的4個不同液位的上拉電阻，它們都連接高電平VCC。而D7-D10分別用作指示儲水池的液位1/4-4/4的4個不同液位的指示燈。當儲水池的液位處于1/4的位置上時，通過程序控制使P1.0置0而使D7燈亮，同理，使D8、D9、D10燈亮，得到的數據又發送到LCD1602液晶顯示器上顯示。

2.2 液晶顯示電路

LCD液晶通過D0口進行顯示，用單片機的P0.0口來顯示數據，J2是一個可以調節顯示數據亮度的可調電阻，液晶顯示模塊的電路如圖4所示。

2.3 數據采集模塊

數據采集模塊為了正確輸出由模擬的溫度值信號轉化得到的數字信號，DS18B20要加一個阻值為4.7K的上拉電阻R18。M2是一個蜂鳴器，其作用是當水位低至一定值時蜂鳴報警。

2.4 供水部分電路

電路作為沐浴放水或者家用放水的控制端口選用AT89C52的P3.0口和P3.1口。當沐浴水池里需要放水時，就將P3.0接到低電平，使光藕4N25、三極管T2導通，從而通過已導通的繼電器HHC66D讓電磁閥DC1進行放水操作。同理可得家用放水的情況。

2.5 加熱電路

加熱模塊電路如圖5所示。

2.6 電源模塊

本設計用到的電源僅為+5V的穩壓電源，從成本及開發的周期來考慮故選擇為單電源。電路為輸出+5V的直流穩壓電源，由濾波器、變壓器、集成穩壓以及二極管整流橋構成了該穩壓電源。也可以把集成穩壓器7805換成7815或者7818，將15V的變壓器換成整流變壓器改為其副邊繞組電壓降為20V，則穩壓電源就變為了輸出大小為+15V或者+18V的單路直流的穩壓電源。

3系統測試和實現

本系統的軟件設計主要可分為水位檢測子程序、溫度檢測子程序、LCD顯示子程序三大模塊。在水位檢測子程序該模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化，設置啟動/清除標志寄存器、顯示寄存器和語音寄存器，并對它們進行初始化，還需要中斷向量的設計以及開中斷、循環等待等工作，溫度檢測子程序主要是溫度控制，LCD顯示子程序的內容主要有兩個方面，即溫度和方向顯示。當通電后，液晶顯示器首先進行初始化，經過一定的延時，然后開始顯示。水位檢測子程序流程圖如圖6所示。

4 結論

本文設計了家用水溫自動簡易監測系統的運行過程，主要運用AT89C52單片機、DS18B20單線數字溫度傳感器、LCD1602液晶顯示屏來搭建水溫的監控系統，系統中選擇定值開關控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法進行搭配組合，實現對水溫的精確監控基于系統操作簡單，實用性強。

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【通聯編輯：光文玲】