水温控制系统设计

上饶职业技术学院 李志宜 帅江华

水温控制系统设计

上饶职业技术学院 李志宜 帅江华

温控制系统以51单片机为核心,DS18B20采集温度的信息,将采集的信息传送给单片机处理,最终控制加热装置。温度显示的范围为：-20.00℃～99.99℃，5个数码管，两位小数显示，显示的响应时间小于1s；可人工设定显示范围内的任意温度值，控温的反应时间小于10分钟；控温精度：≦1℃。具有超过设定温度±2℃报警功能。

51单片机；DS18B20温度传感器；水温自动控制系统

1 工作原理

恒温部分是一个动态控制的平衡。当当前的温度小于设定的温度，直接启动加热装置；这个时候温度上升比较的快，为了控制精度，当前温度比设定温度小于1度时，加热装置停止加热，虽然加热装置断电，但是还是有温度，我们可以利用这个温度作为微调。当温度下降了，再启动加热，如前所述，最终将温度控制在指定温度上。

图1 电路原理框图

2 总电路原理图（图2）

图2 总电路原理图

整个电路由6部分组成，各部分可以单独调试，最后做总体调试。各部分如表1所示。

开机进入系统后，处于测温状态，温度显示随着水温的变化而变化，数码管显示开始时水温的实际温度。按确定键进入人工温度设定状态，按选择键可选择输入数据的位置，按输入键可对相应的位输入数据，再次按确定键退出，退出后，系统将进入动态恒温状态。恒温状态下可按确定键再次进入人工温度设定状态，而按输入键则可退出恒温状态，进入测温状态。

3 DS18B20温度检测和过程控制电路设计

3.1 工作原理

DS18B20的显示为数字式。由3根线组成，构成简单，以根是地址线，一根是数据线，还有一根是信号线，用于采集温度。通过这根信号线与单片机相连，因为这个信号线可以有多个不同的编码，所以和单片机的通讯只要一个接口则可。多个地方，不同距离的温度都可以由一个接口完成。

DS18B20的温度值是由二进制来完成，一般不用原码来表示，而是采用补码，如表2所示。

表2 二进制和十六进制表示温度

使用DS18B20时，先复位操作。然后再完成读数据和写数据的操作。写入数据要有不小于60微秒的时间，最大120微秒，两次写数据的时间不小于1微秒。

图3 DS18B20温度传感器实验

3.2 元器件清单3.3 温度校准

类别 型号 数量 单位 说明集成电路AT89C51 1 片DS18B20 1 片74LS245 1 片 双向驱动器数码管 5位 5 位

DS18B20主要用于精度要求不高的地方。如果要达到比较高的精度，就得通过其他的办法，硬件不行可以通过软件来补偿，这也是本设计的核心点，编写补偿程序可以做到很高的精度，具体如下所示，每个区间温度的补偿是不一样的，温度小，补偿就小，温度大补偿就大，补偿温度和实际温度的变化不是线性关系，补偿表格如表3所示。

表3 温度偏差表

图4 实际温度—偏差温度曲线

图4表横坐标为实际温度，纵坐标为温度偏差，偏差温度随着实际温度上升而加大，呈现爬坡曲线，针对这个关系我们初步分三个阶段进行补偿，具体见表4。3.4 参考程序

表4 温度补偿表

3.5 温度控制过程

本设计的加热装置为800w的热得快，要改变热得快的实际功率的办法有两种，一种是改变它上面所加的电压，从而改变它的实际功率。还有一种是改变它的通电时间，也可以达到改变实际功率的作用。本装置电路图如图5所示，采用固态继电器。

3.6 电路原理图（图5）3.7 元器件清单

图5 功率可调水温加热电路图

类别 型号 数量 单位 说明集成电路 555 1 片固态继电器 1 只滑动变阻器 100K 1 只电阻 10K 2 只二极管 1N4148 2 只电容 4.7µ 1 只0.01µ 1 只

本设计介绍了传感器DS18B20的结构、特点和使用要点，结合单片机实现温度的测量，实现了温度的精准控制，通过LCD显示屏显示，兼具报警功能。软件方面采用汇编语言进行程序设计，指令执行速度快，节省存储空间。一个好的程序可以大大简化硬件电路的设计，降低成本。本设计采用模块化设计，简单明了，可以应用到生活、生产领域。