水溫控制系統中的單片機技術應用

黃志欣

摘要：近些年來，社會經濟發展的速度以及人們的生活物質水平都有了較大提高，在社會的生產生活中也越來越多的應用先進的技術手段來提高工作效率與生活質量，水溫控制系統正是基于加熱爐、熱反應堆、鍋爐等需要加熱裝置而興起的系統結構，其在溫度調控的過程中能夠發揮出巨大的作用，從而提高產品的生產質量與效率。單片機技術在其中的應用能夠實現對水溫的實時采集，同時又能夠起到報警的作用，本文采用 STC89C52 單片機以及DS18B20數字溫度傳感器進行了水溫控制系統的設計，從而實現提高水溫的采集效率和溫度調控的效果。

關鍵詞：水溫控制系統;單片機技術;應用

引言：單片機近些年在各行業領域都起著重要的作用，將其應用到水溫控制系統的設計過程中主要就是對水溫進行采集、測量，當溫度超出合理范圍后還可以進行報警，方便生產工作的順利進行，其具有控制方便、組態簡單、靈活性高、成本低廉等優點，能夠大幅度提高被控溫度的技術指標，進一步提高水溫控制系統的效果。

一、基于單片機的水溫控制系統設計思路

單片機水溫測量儀器在市場上也比較常見，但是大多技術性較高，因此成本也會比較高。當下水溫控制系統中應用單片機技術除了需要要求技術性以外，還需要保證其成本相對較低，這樣才能實現大范圍的普及，真正促進各行業領域的發展。在水溫控制系統的設計中，可以利用單片機與溫度監測相結合的方式來進一步提高單片機的相關功能，以便保證系統各個元件之間配合得更加科學、合理。一方面要注重單片機的選擇，只有符合工作實際的單片機才能夠保證系統的穩定運行，在本次水溫控制系統的設計中選用的是以STC89C52類型的單片機，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位處理器，有四組I/0 口以及三個定時器，有8K可編程的Flash存儲器，同時，其使用的MCS-51內核也比傳統的51單片機有著創新之處，體積又小，能夠縮小整個水溫控制系統的體積，從而降低系統的運行功耗[1]。另一方面還需要注意水溫傳感器的選擇與設計，在本次水溫控制系統的設計中應用的是DS18B20溫度傳感器，通過數字化測量技術將連續的溫度以不連續和離散數字的形式顯示給相關的系統管理人員，便于管理人員及時做出反應。除此以外，STC89C52單片機中原有的蜂鳴器還能夠完善水溫報警系統，通過對單片機內部參數進行設計就可以實現蜂鳴器的自動啟停，以便能夠發出準確的報警信號。

二、基于單片機的水溫控制系統總體結構設計

在水溫控制系統的整個設計過程中，單片機作為主控芯片會起到主要的作用，相當于“人腦”，控制著水溫監測和報警系統，其不僅可以控制系統中的各個元件，系統元件在運行過程中產生的信息也需要反饋給主控芯片，以便單片機能夠根據實際的信息進行判斷和處理，從而充分發揮單片機的實際功能。

單片機要想實現水溫的實時采集，主要就是依靠DS18B20數字溫度傳感器，其在實際運行過程中能夠通過內部的高低溫度系數晶振的振蕩頻率變化和外界溫度變化情況的對比而發出相應的報警信息，同時，還能夠對計數進行統計并反饋到相應的計數器，之后計數器會對信息數據進行判斷和處理，通過多次操作后會得到與監測溫度具有相似性的數據值并將其寄存在系統內部的溫度寄存器當中，在這個過程中，還需要對系統中的報警揚聲器進行設置，包括水溫的上限和下限，這樣就可以保證系統中水溫監測的溫度超過監測范圍時，蜂鳴器可以進行報警[2]。

溫度傳感器還能夠對單片機系統的運行環境進行測量，并將測量數據轉化為信號，具體的溫度數值也會傳遞到單片機。在當前的單片機中，其主要的連接方式是一根端口導線與系統的中央處理器來實現通信的，由于通信方式需要遵循單片機內部運行的結構原則進行，因此單片機能夠有效的對水溫進行處理，并將測量溫度顯示在LCD 顯示屏上。工作人員就可以按照LCD 顯示屏上顯示的數據對下一步的工作進行指導。由于單片機傳遞給 LCD 顯示屏的溫度測量數據值和內部軟件的設置需要與溫度值的上限和下限進行比較，因此系統就會在測量的溫度值不在監測的范圍之內的情況下發出相應的指令，蜂鳴器接收到指令后就會進行報警，相關管理人員再根據報警提示來做好系統的調整工作，以便保證整個水溫控制系統的正常運行、穩定運行。

綜上所述，在本次水溫控制系統的設計中，控制器采用單片機STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，報警系統采用原有的蜂鳴器，并用LCD實時顯示。系統在實際運行過程中，當實測溫度值小于設定的溫度下限值時系統開啟繼電器間接控制接在繼電器常開端上的加熱棒，繼電器一開啟加熱棒就開始工作，繼電器關閉加熱棒也隨著停止工作，如下圖1所示。

三、基于單片機的水溫控制系統硬件設計以及軟件使用

（一）硬件設計

1、最小系統設計

在本次水溫控制系統的設計中主要是利用STC89C52單片機對各個硬件進行有效的控制，并通過下達指令來采集各個監控點的水溫信息。其中，最小系統的外部連接著RESET控制電路，在信息輸入與輸出的過程中按下控制按鍵就會使得RESET轉為高電平，實現輸入信號的重置操作。復位電路是通過并聯方法連接電容和按鍵的，而且單片機的 18引腳、19引腳、20引腳上連接著外部振蕩器，在220V 電源直接供電的情況下能夠最大程度上保證系統的穩定、安全運行。

2、溫度信息采集設計

在溫度信息的采集設計中應用的是DS18B20溫度傳感器，并以此來構建水溫信息采集裝置。水溫信息采集主要是將溫度傳感器放置水中來感受水溫并實時采集水溫信息，然后經過系統內部的轉換處理變成數字信號傳輸到單片機中，再由單片機判斷水溫信息是否超出原本的設定范圍，而在本次水溫控制系統的中使用的DS18B20溫度傳感器屬于數字傳感器，因此可以直接讀取數值，操作簡單。

3、繼電器設計

將單片機控制繼電器工作的端口與三極管驅動電路相連接，采取低電平控制，成功開啟繼電器后，啟動加熱器工作，系統將繼續自動計算溫差，如果溫度達到設定水溫范圍，則控制信號轉換為高電平，此時繼電器停止運行。

4、計算機操控設計

在水溫控制系統的運行過程中主要是通過計算機進行操控的，在實際操控過程中需要嚴格遵守水溫的控制需求，一般是在計算機的操作頁面上設置科學的溫度及控制范圍，然后根據系統反饋的信息數據判讀此時的水溫是否在合理的范圍之內。不管是低于還是超出合理的范圍都需要進行溫度調節，溫度過低時需要繼續加熱，溫度過高則需要下達關閉繼電器控制命令，停止加熱。在當前的硬件設備連接中，主要是通過無線傳輸模塊將信息數據傳輸給計算機，并通過該模塊執行計算機發出的指令[3]。

（二）軟件使用

當前在單片機編程中常用的軟件主要是系統軟件測試KEIL軟件，在實際使用中主要是創建空白文件編程編譯調試生成HEX文件，然后將其下載到單片機中。與此同時，還需要觀察系統的運行狀態，以及實際情況反復調試程序，最終能夠得到一個較為完善的程序。在軟件調試中，有可能會出現顯示屏不顯示現象或者是EEPROM存儲錯誤等問題，需要技術人員根據實際情況進行處理。

結語：綜上所述，水溫調控在各行業領域都是重要的生產環節，在水溫控制系統的設計中應用單片機技術能夠更好的發揮系統效果，尤其是當前的STC89C52單片機以及DS18B20溫度傳感器，其相比于傳統的溫度調控方式更加靈活，功耗也比較低，在提高生產力等方面發揮了巨大的作用。

參考文獻：

[1]趙娜，方圓.基于51單片機的智能水溫控制系統的設計[J].電腦迷，2018（11）：150.

（作者單位：海南省三亞技師學院）