基于電子技術(shù)的水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)

戴尚新

摘 要水溫控制系統(tǒng)有著指定的單片機(jī)作為主控模塊；溫度采集也對(duì)控溫精度有一定的要求，顯示頻采用液晶顯示模塊。具體的操作流程，首先要對(duì)溫度進(jìn)行預(yù)設(shè)，其次要獲得水溫可采用溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)顯示的溫度經(jīng)過(guò)串口傳達(dá)到單片機(jī)。單片機(jī)將數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若溫度有差異達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，低了就要進(jìn)行加熱達(dá)到設(shè)定溫度，高了報(bào)警器就會(huì)報(bào)警。

【關(guān)鍵詞】水溫自動(dòng)控制系統(tǒng) 電子技術(shù) 探析

傳統(tǒng)的水溫控制系統(tǒng)是用溫度控制棒進(jìn)行加熱的，當(dāng)水溫低時(shí)加熱棒開(kāi)始進(jìn)行工作，但是也存在局限性，就是不存在平衡點(diǎn)，溫度延遲發(fā)生加熱過(guò)度的現(xiàn)象，一定程度上造成了能源的消耗。所以水溫可自動(dòng)控制的系統(tǒng)的出現(xiàn)是十分必要的，從預(yù)設(shè)溫度，水溫測(cè)量，對(duì)于水的情況會(huì)實(shí)時(shí)顯示，在溫度上會(huì)根據(jù)水的溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，形成一個(gè)安全、完整、高效的過(guò)程。水溫超出預(yù)設(shè)溫度時(shí)同樣的報(bào)警器會(huì)進(jìn)行報(bào)警。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 單片機(jī)的選擇條件

為了順應(yīng)當(dāng)前計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的快速發(fā)展，市場(chǎng)上除了常見(jiàn)的八位單片機(jī)系統(tǒng)以外還出現(xiàn)了一系列新型單片機(jī)系統(tǒng)，包括AVR系列，PIC系列，MSP430系列等。為了提高硬件設(shè)施的參數(shù)，選擇單片機(jī)時(shí)應(yīng)注意不同系統(tǒng)的單片機(jī)組成，為了形成完善的系統(tǒng)不僅需要高速的CPU處理器，還需要有兩種龐大的存儲(chǔ)器：ROM和RAM，以及終端集成器、定時(shí)器、計(jì)時(shí)器和負(fù)責(zé)不同功能的IO接口。

選擇方案如下：

（1）主控芯片選擇電壓5伏、有7個(gè)中斷源的C8051單片機(jī)，利用該單片機(jī)的大量“CISC”復(fù)位指令，在該系統(tǒng)處于低能耗模式時(shí)仍可利用存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

（2）主控芯片選擇主體為硅半導(dǎo)體，組成較為復(fù)雜的STC12C5A60S2單片機(jī)，由于該單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除了最基本的電路組成與內(nèi)部結(jié)構(gòu)以外，還包括更為高效的處理器、存儲(chǔ)器等。由于其運(yùn)行周期較短，所以相較于8051系列單片機(jī)，這一STC12C5A60S2系列的單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的效率更高、運(yùn)行過(guò)程更為穩(wěn)定、并且耗能更少。根據(jù)上述兩種單片機(jī)系統(tǒng)的各項(xiàng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，在硬件設(shè)計(jì)中采取STC12C5A60S2 單片機(jī)來(lái)進(jìn)行電路的管控與處理。

1.2 電源供電電路

當(dāng)主控芯片選擇STC12C5A60S2 系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)需要5伏電壓，而系統(tǒng)需要更高的電壓供電，即12伏。所以這就需要在電源的正負(fù)極之間安裝如下圖所示的引腳設(shè)施。整個(gè)系統(tǒng)的供電包括供給驅(qū)動(dòng)電路以及顯示裝置，按照如圖1所示的電路進(jìn)行供給，再利用穩(wěn)壓芯片等設(shè)施講原本的電壓進(jìn)行輸出，即可供給使用。

1.3 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路在單片機(jī)的工作中起著重要的調(diào)節(jié)作用，時(shí)鐘電路為單片機(jī)的工作提供相關(guān)信號(hào)明確時(shí)間，利用外部時(shí)鐘方式以及內(nèi)部時(shí)鐘方式這兩種方式進(jìn)行電容處理，其中外部電路就是將12M晶振連接在相關(guān)引腳之間，并且利用并聯(lián)的方式進(jìn)行電容處理。通過(guò)內(nèi)外部時(shí)鐘方式的合作讓各個(gè)部件更加高效互相配合。

1.4 復(fù)位電路

復(fù)位電路就是指在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，一旦程序產(chǎn)生了難以解決的故障以及錯(cuò)誤時(shí)，可以采用復(fù)位電路的措施，通過(guò)掉電復(fù)位或者引腳復(fù)位，使系統(tǒng)的CPU以及其他關(guān)鍵程序恢復(fù)原有設(shè)定值，從而使系統(tǒng)再次開(kāi)始工作。而如果采用掉電復(fù)位的方式使系統(tǒng)重新工作，就需要注意單片機(jī)引腳的復(fù)位信號(hào)，一旦該信號(hào)出現(xiàn)，就意味著要進(jìn)行單片機(jī)復(fù)位，該復(fù)位操作不同于引腳復(fù)位，一旦掉電復(fù)位開(kāi)始，就意味著單片機(jī)內(nèi)部所有數(shù)據(jù)都恢復(fù)初始化，依據(jù)圖2所示電路圖，使系統(tǒng)重新開(kāi)始工作。

1.5 溫度數(shù)據(jù)采集電路

1.5.1 溫度傳感器的選擇

為了滿足計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用時(shí)對(duì)溫度傳感器穩(wěn)定的工作要求預(yù)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的精確性的要求，在當(dāng)前多種溫度傳感器中選擇相對(duì)更加精確的數(shù)字式溫度傳感器一DS18B20。

1.5.2 DSI8B20溫度傳感器的特點(diǎn)

該溫度傳感器的具體特點(diǎn)如下：

（1）測(cè)量溫度的范圍廣泛，上至零上125℃，下至零下55℃；

（2）測(cè)量可以精確到不同測(cè)量點(diǎn)；

（3）擁有內(nèi)部?jī)?chǔ)存器可以進(jìn)行相關(guān)序列號(hào)的儲(chǔ)存；

（4）通過(guò)全世界獨(dú)有的“一線總線”接口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

（5）在極短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)字化轉(zhuǎn)，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

2 有關(guān)于系統(tǒng)中軟件的設(shè)計(jì)

2.1 程序流程的運(yùn)行

首先對(duì)于系統(tǒng)的初始化處理是十分必要的，檢測(cè)電路的信號(hào)會(huì)由單片機(jī)進(jìn)行接收，單片機(jī)根據(jù)信號(hào)來(lái)判斷是否滿足設(shè)備的需求，若不滿足，那么單片機(jī)必須持續(xù)的對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收。如果符合了加熱裝置的要求，那么接受信號(hào)的點(diǎn)必須閉合，而加熱裝置開(kāi)啟。再進(jìn)行延時(shí)來(lái)判斷是否要將繼電器斷開(kāi)，停止加熱。最后，單片機(jī)還必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次檢測(cè)，對(duì)于加熱裝置的開(kāi)啟條件再一次進(jìn)行判定。

2.2 程度的設(shè)計(jì)及調(diào)試

結(jié)合相關(guān)流程設(shè)計(jì)圖，單片機(jī)進(jìn)行指令編寫(xiě)最終實(shí)現(xiàn)每個(gè)程序的功能，再進(jìn)行調(diào)試。從從實(shí)際出發(fā)，對(duì)所要出現(xiàn)的問(wèn)題提前做好準(zhǔn)備，同時(shí)對(duì)調(diào)試方式進(jìn)行選擇，單步或者斷點(diǎn)是常用的兩種，通過(guò)仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行檢查，看最終執(zhí)行的結(jié)果是否與自己的預(yù)先設(shè)定完全一致，程序在循環(huán)上面有沒(méi)有使用錯(cuò)誤，確保硬件系統(tǒng)與軟件算法及相關(guān)程序準(zhǔn)確無(wú)誤的情況下再下載到單片機(jī)里對(duì)硬件的組裝進(jìn)行測(cè)試。對(duì)硬件進(jìn)行檢查同樣的在確保無(wú)誤后進(jìn)行調(diào)試。在室溫下進(jìn)行調(diào)試，先設(shè)定一定的初始水溫，給定不同的參數(shù)來(lái)測(cè)定傳感器與加熱器的靈敏度，通過(guò)調(diào)試獲得一個(gè)最合適的值。對(duì)外界溫度的變化進(jìn)行模仿，確定各個(gè)電路的正常運(yùn)行。最后確定軟硬件是否可以完全協(xié)調(diào)一致發(fā)展，進(jìn)行程序細(xì)節(jié)的微調(diào)，軟硬件結(jié)合將所寫(xiě)的程序下載到主控芯片中去。

3 結(jié)語(yǔ)

此智能溫控系統(tǒng)與以往溫控系統(tǒng)相比，具有的優(yōu)勢(shì)就是，它能夠自動(dòng)完成一切性能，不需要人的主動(dòng)參與，這樣就避免了人為因素產(chǎn)生的誤差。選擇合適的單片機(jī)作為主控芯片，合適的溫度器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，相關(guān)設(shè)備的準(zhǔn)確配合，造就了溫度的設(shè)定，對(duì)溫度進(jìn)行采集，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)超線報(bào)警。

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作者單位

重慶信科通信工程有限公司 重慶市 401121endprint