水溫控制系統(tǒng)中的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用

黃志欣

摘要：近些年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度以及人們的生活物質(zhì)水平都有了較大提高，在社會(huì)的生產(chǎn)生活中也越來(lái)越多的應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)提高工作效率與生活質(zhì)量，水溫控制系統(tǒng)正是基于加熱爐、熱反應(yīng)堆、鍋爐等需要加熱裝置而興起的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其在溫度調(diào)控的過(guò)程中能夠發(fā)揮出巨大的作用，從而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。單片機(jī)技術(shù)在其中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水溫的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)又能夠起到報(bào)警的作用，本文采用 STC89C52 單片機(jī)以及DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行了水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)提高水溫的采集效率和溫度調(diào)控的效果。

關(guān)鍵詞：水溫控制系統(tǒng);單片機(jī)技術(shù);應(yīng)用

引言：?jiǎn)纹瑱C(jī)近些年在各行業(yè)領(lǐng)域都起著重要的作用，將其應(yīng)用到水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要就是對(duì)水溫進(jìn)行采集、測(cè)量，當(dāng)溫度超出合理范圍后還可以進(jìn)行報(bào)警，方便生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行，其具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單、靈活性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，能夠大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步提高水溫控制系統(tǒng)的效果。

一、基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

單片機(jī)水溫測(cè)量?jī)x器在市場(chǎng)上也比較常見(jiàn)，但是大多技術(shù)性較高，因此成本也會(huì)比較高。當(dāng)下水溫控制系統(tǒng)中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)除了需要要求技術(shù)性以外，還需要保證其成本相對(duì)較低，這樣才能實(shí)現(xiàn)大范圍的普及，真正促進(jìn)各行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。在水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可以利用單片機(jī)與溫度監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)一步提高單片機(jī)的相關(guān)功能，以便保證系統(tǒng)各個(gè)元件之間配合得更加科學(xué)、合理。一方面要注重單片機(jī)的選擇，只有符合工作實(shí)際的單片機(jī)才能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在本次水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中選用的是以STC89C52類型的單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位處理器，有四組I/0 口以及三個(gè)定時(shí)器，有8K可編程的Flash存儲(chǔ)器，同時(shí)，其使用的MCS-51內(nèi)核也比傳統(tǒng)的51單片機(jī)有著創(chuàng)新之處，體積又小，能夠縮小整個(gè)水溫控制系統(tǒng)的體積，從而降低系統(tǒng)的運(yùn)行功耗[1]。另一方面還需要注意水溫傳感器的選擇與設(shè)計(jì)，在本次水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是DS18B20溫度傳感器，通過(guò)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)將連續(xù)的溫度以不連續(xù)和離散數(shù)字的形式顯示給相關(guān)的系統(tǒng)管理人員，便于管理人員及時(shí)做出反應(yīng)。除此以外，STC89C52單片機(jī)中原有的蜂鳴器還能夠完善水溫報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的自動(dòng)啟停，以便能夠發(fā)出準(zhǔn)確的報(bào)警信號(hào)。

二、基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在水溫控制系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，單片機(jī)作為主控芯片會(huì)起到主要的作用，相當(dāng)于“人腦”，控制著水溫監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，其不僅可以控制系統(tǒng)中的各個(gè)元件，系統(tǒng)元件在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的信息也需要反饋給主控芯片，以便單片機(jī)能夠根據(jù)實(shí)際的信息進(jìn)行判斷和處理，從而充分發(fā)揮單片機(jī)的實(shí)際功能。

單片機(jī)要想實(shí)現(xiàn)水溫的實(shí)時(shí)采集，主要就是依靠DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中能夠通過(guò)內(nèi)部的高低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率變化和外界溫度變化情況的對(duì)比而發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，同時(shí)，還能夠?qū)τ?jì)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并反饋到相應(yīng)的計(jì)數(shù)器，之后計(jì)數(shù)器會(huì)對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和處理，通過(guò)多次操作后會(huì)得到與監(jiān)測(cè)溫度具有相似性的數(shù)據(jù)值并將其寄存在系統(tǒng)內(nèi)部的溫度寄存器當(dāng)中，在這個(gè)過(guò)程中，還需要對(duì)系統(tǒng)中的報(bào)警揚(yáng)聲器進(jìn)行設(shè)置，包括水溫的上限和下限，這樣就可以保證系統(tǒng)中水溫監(jiān)測(cè)的溫度超過(guò)監(jiān)測(cè)范圍時(shí)，蜂鳴器可以進(jìn)行報(bào)警[2]。

溫度傳感器還能夠?qū)纹瑱C(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信號(hào)，具體的溫度數(shù)值也會(huì)傳遞到單片機(jī)。在當(dāng)前的單片機(jī)中，其主要的連接方式是一根端口導(dǎo)線與系統(tǒng)的中央處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的，由于通信方式需要遵循單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的結(jié)構(gòu)原則進(jìn)行，因此單片機(jī)能夠有效的對(duì)水溫進(jìn)行處理，并將測(cè)量溫度顯示在LCD 顯示屏上。工作人員就可以按照LCD 顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)對(duì)下一步的工作進(jìn)行指導(dǎo)。由于單片機(jī)傳遞給 LCD 顯示屏的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)值和內(nèi)部軟件的設(shè)置需要與溫度值的上限和下限進(jìn)行比較，因此系統(tǒng)就會(huì)在測(cè)量的溫度值不在監(jiān)測(cè)的范圍之內(nèi)的情況下發(fā)出相應(yīng)的指令，蜂鳴器接收到指令后就會(huì)進(jìn)行報(bào)警，相關(guān)管理人員再根據(jù)報(bào)警提示來(lái)做好系統(tǒng)的調(diào)整工作，以便保證整個(gè)水溫控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，在本次水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制器采用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，報(bào)警系統(tǒng)采用原有的蜂鳴器，并用LCD實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度值小于設(shè)定的溫度下限值時(shí)系統(tǒng)開(kāi)啟繼電器間接控制接在繼電器常開(kāi)端上的加熱棒，繼電器一開(kāi)啟加熱棒就開(kāi)始工作，繼電器關(guān)閉加熱棒也隨著停止工作，如下圖1所示。

三、基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以及軟件使用

（一）硬件設(shè)計(jì)

1、最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本次水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要是利用STC89C52單片機(jī)對(duì)各個(gè)硬件進(jìn)行有效的控制，并通過(guò)下達(dá)指令來(lái)采集各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的水溫信息。其中，最小系統(tǒng)的外部連接著RESET控制電路，在信息輸入與輸出的過(guò)程中按下控制按鍵就會(huì)使得RESET轉(zhuǎn)為高電平，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的重置操作。復(fù)位電路是通過(guò)并聯(lián)方法連接電容和按鍵的，而且單片機(jī)的 18引腳、19引腳、20引腳上連接著外部振蕩器，在220V 電源直接供電的情況下能夠最大程度上保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

2、溫度信息采集設(shè)計(jì)

在溫度信息的采集設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是DS18B20溫度傳感器，并以此來(lái)構(gòu)建水溫信息采集裝置。水溫信息采集主要是將溫度傳感器放置水中來(lái)感受水溫并實(shí)時(shí)采集水溫信息，然后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換處理變成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，再由單片機(jī)判斷水溫信息是否超出原本的設(shè)定范圍，而在本次水溫控制系統(tǒng)的中使用的DS18B20溫度傳感器屬于數(shù)字傳感器，因此可以直接讀取數(shù)值，操作簡(jiǎn)單。

3、繼電器設(shè)計(jì)

將單片機(jī)控制繼電器工作的端口與三極管驅(qū)動(dòng)電路相連接，采取低電平控制，成功開(kāi)啟繼電器后，啟動(dòng)加熱器工作，系統(tǒng)將繼續(xù)自動(dòng)計(jì)算溫差，如果溫度達(dá)到設(shè)定水溫范圍，則控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電平，此時(shí)繼電器停止運(yùn)行。

4、計(jì)算機(jī)操控設(shè)計(jì)

在水溫控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控的，在實(shí)際操控過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守水溫的控制需求，一般是在計(jì)算機(jī)的操作頁(yè)面上設(shè)置科學(xué)的溫度及控制范圍，然后根據(jù)系統(tǒng)反饋的信息數(shù)據(jù)判讀此時(shí)的水溫是否在合理的范圍之內(nèi)。不管是低于還是超出合理的范圍都需要進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，溫度過(guò)低時(shí)需要繼續(xù)加熱，溫度過(guò)高則需要下達(dá)關(guān)閉繼電器控制命令，停止加熱。在當(dāng)前的硬件設(shè)備連接中，主要是通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將信息數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并通過(guò)該模塊執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令[3]。

（二）軟件使用

當(dāng)前在單片機(jī)編程中常用的軟件主要是系統(tǒng)軟件測(cè)試KEIL軟件，在實(shí)際使用中主要是創(chuàng)建空白文件編程編譯調(diào)試生成HEX文件，然后將其下載到單片機(jī)中。與此同時(shí)，還需要觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以及實(shí)際情況反復(fù)調(diào)試程序，最終能夠得到一個(gè)較為完善的程序。在軟件調(diào)試中，有可能會(huì)出現(xiàn)顯示屏不顯示現(xiàn)象或者是EEPROM存儲(chǔ)錯(cuò)誤等問(wèn)題，需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，水溫調(diào)控在各行業(yè)領(lǐng)域都是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)能夠更好的發(fā)揮系統(tǒng)效果，尤其是當(dāng)前的STC89C52單片機(jī)以及DS18B20溫度傳感器，其相比于傳統(tǒng)的溫度調(diào)控方式更加靈活，功耗也比較低，在提高生產(chǎn)力等方面發(fā)揮了巨大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙娜，方圓.基于51單片機(jī)的智能水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電腦迷，2018（11）：150.

（作者單位：海南省三亞技師學(xué)院）