基于单片机的水温水位控制系统设计

鄢来应

摘 要：水温水位控制系统以STC89C52单片机为控制核心，采用温度-电流变送器XTR106、电流环接收器RCV420进行信号调理和信号变送，控制加热丝进行加热；水位控制子系统由555定时器、继电器和水泵构成，完成了对容器内水位控制；同时，数码管显示水的实际温度与设定温度。经测试，整个系统实现了预期功能。

关键词：单片机；温度-电流變送器；温度自动控制

中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0092-02

Abstract： The water temperature and water level control system is based on the STC89C52 microcontroller. The temperature current transmitter XTR106 and the current loop receiver RCV420 are used for signal conditioning and signal transmission， and the heating wire is controlled for heating. The water level control subsystem is composed of 555 timer， relay and pump， which control the water level in the container. At the same time， the digital tube displays the actual temperature and the set temperature of the water. After testing， the whole system has achieved the expected function.

Keywords： single chip microcomputer； Temperature-current transmitter； automatic temperature control

1 系统总体设计

本系统主要以STC89C52单片机为核心来完成水温的控制和容器内无水的检测，其中通过XTR106和RCV420、温度传感器PT100 、ADC0809等元件来实现对温度的采样；采用NE555芯片构成的电路对容器内的水位进行检测，并使用继电器和水泵进行补水控制，采用加热电阻丝进行加热控制。总体系统框图如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 水温控制系统

本系统是由XTR106和RCV420、温度传感器PT100构成的温度检测电路，对温度进行检测；由单片机构成控制电路；加热电路由加热电阻丝、继电器、三极管组成。实现当水温低于设定值时自动容器内的加热设备对水进行加热；当水温达到设定值时，自动停止加热。水温控制框图如下2所示。

具体电路分析如下所示：当RTD检测到的温度为0℃时RTD为100Ω，此时输出电流为4mA；当RTD检测到的温度为100℃时RTD为138.5Ω，此时输出电流为20mA。再经过RCV420将电流信号转化为0～5V电压信号控制单片机接口，来对水温进行控制。在XTR106的10脚与7脚之间接0.01uF的电容以减少噪声，RCV420的正负电源脚间接一个1uF的退耦电容。电路图如图3所示。

2.2 水位控制系统

此系统由补水电路、控制电路、继电器组成。控制电路是对容器内的水位进行检测，采用的是NE555芯片构成施密特触发电路，利用其2脚与6脚的回差电压特性而达到导通、截止、保持的目的。实现当低于补水水位时，自动启动水泵向容器内注水；当水位高于溢出水位时停止注水。其电路框图如4所示。

具体分析如下：

当水位低于L点时，L点悬空，NE555的2脚电压大于1/3VCC，6脚电压大于2/3VCC，其3脚输出低电平，再通过PNP管Q3，使继电器得电吸水，启动水泵补水，水位逐渐上升。

当水位上升到L点到K点之间时，Q1处于饱和状态，其6脚的电位低于2/3VCC左右，2脚电位大于1/3VCC，触发器保持原来的状态不变，继续补水。

当水位上升到K点时， Q2饱和、Q1截止，6脚电位高于2/3VCC，2脚高于1/3VCC左右，其3脚输出高电平，继电器失电，水泵停止补水。

再通过其3脚将容器里的水位信号反馈到单片机里来控制加热，防止无水的时候加热烧坏电热管。电路原理图如5所示。

3 系统软件设计

如图6所示，系统以STC89C52单片机为核心，负责显示实际温度和设定温度（40℃～90℃），当实际温度小于设定温度时加热电路开始工作，反之加热电路不工作， 当检测到容器内无水时，加热电路不工作以防止干烧。

4 结束语

在硬件上采用了温度传感、温度-电流变送、A/D转换、数字电路等技术，完成了加水加热的控制。在软件上，利用STC89C52单片机完成了水温的检测及控制，实现了温度设定的40℃～90℃范围，最小区分度为1℃，标准温差≤1℃，用十进制数码显示水的实际温度；当水位低于设定水位时，能自动补水，且防止了烧干而损坏电热管。

参考文献：

[1]张金花，周雯超.基于单片机的智能水箱水位和水温控制系统的设计[J].农业装备与车辆工程，2017（02）：82-84.

[2]林继.基于单片机的锅炉水温与水位控制设计[J].科技风，2015（23）：15-17.