基于AT89C52的家用水温自动监测系统设计与实现

冯家宽　卢涵宇　王伟伟

摘要：随着人民生活水平的提升，人们对智能家居中的生活用水要求越来越多。本文设计的家用水温自动监测系统，结合AT89C52芯片的性能特点，采用单片机、单线数字温度传感器、液晶显示屏等设计水温监控系统。应用定值开关控制法、PID线性温度控制法和智能温度控制法来控制系统软件，最终实现对水温的精确实时监控。

关键词： AT89C52;DS18B20温度传感器;LCD1602显示屏;温度控制

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：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

随着人民群众的生活水平的提高，在智能家居的领域中的温度的监测和控制是十分重要的，并且随着集成电子技术和控制理论知识的不断发展，以单片机为控制核心的温度监测系统以其体积小、成本低、功能强大、简单方便的优势得到智能家居生活中的广泛应用。

本文从软硬件两个方面设计了家用水温自动简易监测系统的运行过程，在监测系统运行过程中主要运用AT89C52单片机、DS18B20单线数字温度传感器、LCD1602液晶显示屏来搭建水温的监控系统。在常用温度控制的算法中，从定值开关控制法、PID线性温度控制法和智能温度控制法中择优选择和进行搭配组合，运用到系统中，实现对水温的精确监控。

1 整体系统电路设计

本系统设计共分为六大电路部分：主控部分、数据采集部分、电源部分、供水部分、加热部分、显示部分。系统的整体设计框图如图1所示。主控部分采用AT89C52单片机作为主体，对其编写程序控制相应的硬件电路，实现自动控制的技术指标。数据采集部分采用具有A/D转换功能的数字温度传感器DS18B20进行温度的检测，能检测到水温的具体温度，再通过LCD1602液晶显示器来显示水温的具体值，达到可视化的效果。供水部分则主要以电磁阀为核心，依据液位测量电路检测的液位信号送入单片机进行分析处理，然后由其发出相应的指令信号来控制电磁阀的通断，实现供水和停水的目的。加热部分由单片机进行判断处理，然后单片机发出控制加热丝的工作与否的命令，未达到所设温度则加热，达到即停止加热。如图2所示为各部分具体原理图，从中可看出各个部分间的对应情况，AT89C52单片机通过汇编程序对DS18B20的温度采集、儲水容器的液位检测、储水容器的水温检测、供水电路、加热电路、以及水位水温的显示等进行控制。

2 硬件设计

2.1检测水位电路

如图3所示，通过AT89C52的P1.0-P1.3（分别从低到高的4个液位）来进行水位监测。通过J1引出5根检测导线来检测储水池的水位高度，由R6-R9分别作为储水池的4个不同液位的上拉电阻，它们都连接高电平VCC。而D7-D10分别用作指示储水池的液位1/4-4/4的4个不同液位的指示灯。当储水池的液位处于1/4的位置上时，通过程序控制使P1.0置0而使D7灯亮，同理，使D8、D9、D10灯亮，得到的数据又发送到LCD1602液晶显示器上显示。

2.2 液晶显示电路

LCD液晶通过D0口进行显示，用单片机的P0.0口来显示数据，J2是一个可以调节显示数据亮度的可调电阻，液晶显示模块的电路如图4所示。

2.3 数据采集模块

数据采集模块为了正确输出由模拟的温度值信号转化得到的数字信号，DS18B20要加一个阻值为4.7K的上拉电阻R18。M2是一个蜂鸣器，其作用是当水位低至一定值时蜂鸣报警。

2.4 供水部分电路

电路作为沐浴放水或者家用放水的控制端口选用AT89C52的P3.0口和P3.1口。当沐浴水池里需要放水时，就将P3.0接到低电平，使光藕4N25、三极管T2导通，从而通过已导通的继电器HHC66D让电磁阀DC1进行放水操作。同理可得家用放水的情况。

2.5 加热电路

加热模块电路如图5所示。

2.6 电源模块

本设计用到的电源仅为+5V的稳压电源，从成本及开发的周期来考虑故选择为单电源。电路为输出+5V的直流稳压电源，由滤波器、变压器、集成稳压以及二极管整流桥构成了该稳压电源。也可以把集成稳压器7805换成7815或者7818，将15V的变压器换成整流变压器改为其副边绕组电压降为20V，则稳压电源就变为了输出大小为+15V或者+18V的单路直流的稳压电源。

3系统测试和实现

本系统的软件设计主要可分为水位检测子程序、温度检测子程序、LCD显示子程序三大模块。在水位检测子程序该模块中，需要完成对各接口芯片的初始化，设置启动/清除标志寄存器、显示寄存器和语音寄存器，并对它们进行初始化，还需要中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作，温度检测子程序主要是温度控制，LCD显示子程序的内容主要有两个方面，即温度和方向显示。当通电后，液晶显示器首先进行初始化，经过一定的延时，然后开始显示。水位检测子程序流程图如图6所示。

4 结论

本文设计了家用水温自动简易监测系统的运行过程，主要运用AT89C52单片机、DS18B20单线数字温度传感器、LCD1602液晶显示屏来搭建水温的监控系统，系统中选择定值开关控制法、PID线性温度控制法和智能温度控制法进行搭配组合，实现对水温的精确监控基于系统操作简单，实用性强。

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【通联编辑：光文玲】