关于水温控制系统的开发研究

高学群

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州　213025）

关于水温控制系统的开发研究

高学群

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州213025）

随着社会主义现代化的发展，在科学技术突飞猛进的今天，人工智能起到不可忽视的作用。尤其是各种智能化的仪器、仪表在农、工业的广泛应用给社会带来了极大的便利。文章就是一个利用温度来实现简单智能控制的例子。它完成了从温度的采集、转换、显示以及控制的一系列任务。由于篇幅关系，文章并未深入探讨温度的具体实例。例如根据温度来控制热水器、电风扇等与温度有关的设备，提供了一个通过温度来控制设备的基本思想和原理。

智能；温度控制；控制系统

在工业生产与日常生活中，温度检测及控制技术被广泛应用。传统的温度测量中，测温元件有热电偶和热电阻，但是热电偶和热电阻的输出一般为电压，而将电压转换为温度还需要一些外部硬件电路，例如热电偶需要将微弱的信号放大，然后再通过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，最后送给CPU处理；而热电阻需要配备良好的恒流源。这样，硬件电路的设计及软件的调试都比较复杂。

1　课题背景

电子技术的发展推动了温度控制系统的发展和应用，使温度控制系统朝着速度快、集成度高、价格便宜、性能优良等方面发展。现在温度控制系统在生活、工业等领域应用范围相当广泛，尤其利用单片机改造落后的控制器来提高设备的自动化程度等特点。水温控制系统属于温控的一部分，温度控制系统的应用领域相当广泛，应用在相当多的领域里。目前水温的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。

随着计算机和信息技术的高速发展，单片机广泛应用于工业控制和日常生活中。工业控制也越来越多的采用单片机，所以我们采用51系列单片机来做温度控制系统。

2　设计意义

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常需要对某些系统进行温度的监测和控制。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件就确定了。本课题就是用“单片机模型法”实现系统温度的自动控制。用这种方法控温，使整个系统灵活、可靠性高，系统达到热平衡较快，而且精度也比较高，融合了前面列举方法的优点，而且更加简单方便。本课题需要具备单片机和C51语言编程的知识，具备高级语言编程的知识。通过对一个较完整的硬件系统的设计与制作，设计过程有一个较直观地认识，并提高分析问题、解决问题的能力。

本温度控制系统主要是针对小型测量温度而设计的。选择这题目能锻炼动手的能力，提供了一个理论和实践相结合的机会。通过这次毕业设计，能对单片机程序设计、自动控制理论、电路板的制作与画图、检测技术与仪表方面的知识有进一步的了解，以巩固学过的知识，开拓视野。同时，由于学过的知识十分有限，很多东西还要自己去学习，这样也锻炼和提高自学能力，为以后的竞争能力打下基础。

3　主要功能及技术指标

（1）设计数据采集电路、按键输入电路、单片机控制电路、数码管显示电路、加热控制电路、散热控制电路等各模块电路。

（2）设计单片机控制程序，通过程序控制实现温度的自动控制并通过数码管显示实际温度值。

（3）设计报警控制系统。通过对温度的监测，必要时启动电机来对温度控制。

4　系统总体设计

如图1所示为系统总设计框图。本系统总设计中包括按键输入电路、测温电路、报警电路、显示电路、电机电路，而运用单片机STC89C51作为中央控制器，使系统具有性能可靠、体积小、电路简单等优点。

图1　系统总设计框图

5　系统的功能

该系统是利用 DS18B20进行测温，基于单片机STC89C51进行温度控制，然后通过单片机解码发送给4位数码管，数码管显示出当前的温度值；如果温度过高便启动报警系统，然后电机转动迫使温度传感器温度下降。本器件具有硬件电路简单，控温精度高（误差在正负1℃范围内）、功能强、体积小、价格低、简单灵活等优点，可以应用于控制温度在0℃～125℃之间的各种场合，可以实现温度的实时采集、现实与控制功能，是一种较理想的智能化控制系统。

（1）测温电路。测温电路是利用DS18B20的数字温度计实时测控温度，它的测温范围是55～125℃，与单片机交换信息仅需要一根I/O线，其读/写及温度转换的功率也可来源于数据总线，而无需外接电源，DS18B20有3个引脚，2脚是数字信号输入/输出端，3脚VDD是外界电源输入端，1脚GND是电源地。

（2）报警电路。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。

本设计通过两级三极管来放大驱动蜂鸣器。蜂鸣器的正极接到VCC（+5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，当单片机I/O口输出低电平时，三极管截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当单片机I/O口输出高电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制单片机I/O脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭，程序中改变单片机I/O引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变P3.7输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些我们都可以通过编程实验来验证。

（3）显示电路。本次毕业设计的显示电路采用LED数码管静态显示，LED（Light-Emitting Diode）是一种外加电压从而渡过电流并发出可见光的器件。LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。LED有单个LED和八段LED之分，也有共阴和共阳两种。这里采用共阴数码显示管。

常用的七段显示器的结构如图2（a）所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器如图2（b）所示，阴极连在一起的称为共阴极显示器如图2（c）所示。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管a～g控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。

图2　七段显示器

使用动态扫描，控制比较方便，在单片机的I/O口多的情况下使用。如2图中，使用三极管驱动数码管。

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

高学群（1963-），男，江苏常州人，大学专科，主要研究方向：电工电气。