關(guān)于水溫控制系統(tǒng)的開發(fā)研究

高學(xué)群

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州　213025）

關(guān)于水溫控制系統(tǒng)的開發(fā)研究

高學(xué)群

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州213025）

隨著社會主義現(xiàn)代化的發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)突飛猛進的今天，人工智能起到不可忽視的作用。尤其是各種智能化的儀器、儀表在農(nóng)、工業(yè)的廣泛應(yīng)用給社會帶來了極大的便利。文章就是一個利用溫度來實現(xiàn)簡單智能控制的例子。它完成了從溫度的采集、轉(zhuǎn)換、顯示以及控制的一系列任務(wù)。由于篇幅關(guān)系，文章并未深入探討溫度的具體實例。例如根據(jù)溫度來控制熱水器、電風(fēng)扇等與溫度有關(guān)的設(shè)備，提供了一個通過溫度來控制設(shè)備的基本思想和原理。

智能；溫度控制；控制系統(tǒng)

在工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中，溫度檢測及控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的溫度測量中，測溫元件有熱電偶和熱電阻，但是熱電偶和熱電阻的輸出一般為電壓，而將電壓轉(zhuǎn)換為溫度還需要一些外部硬件電路，例如熱電偶需要將微弱的信號放大，然后再通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后送給CPU處理；而熱電阻需要配備良好的恒流源。這樣，硬件電路的設(shè)計及軟件的調(diào)試都比較復(fù)雜。

1　課題背景

電子技術(shù)的發(fā)展推動了溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，使溫度控制系統(tǒng)朝著速度快、集成度高、價格便宜、性能優(yōu)良等方面發(fā)展?，F(xiàn)在溫度控制系統(tǒng)在生活、工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，尤其利用單片機改造落后的控制器來提高設(shè)備的自動化程度等特點。水溫控制系統(tǒng)屬于溫控的一部分，溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，應(yīng)用在相當(dāng)多的領(lǐng)域里。目前水溫的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。

隨著計算機和信息技術(shù)的高速發(fā)展，單片機廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和日常生活中。工業(yè)控制也越來越多的采用單片機，所以我們采用51系列單片機來做溫度控制系統(tǒng)。

2　設(shè)計意義

單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣性，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運而生。在科研、生產(chǎn)中，常需要對某些系統(tǒng)進行溫度的監(jiān)測和控制。需檢測和控制的溫度系統(tǒng)一旦確定，其熱慣性大小和散熱等各項硬件條件就確定了。本課題就是用“單片機模型法”實現(xiàn)系統(tǒng)溫度的自動控制。用這種方法控溫，使整個系統(tǒng)靈活、可靠性高，系統(tǒng)達到熱平衡較快，而且精度也比較高，融合了前面列舉方法的優(yōu)點，而且更加簡單方便。本課題需要具備單片機和C51語言編程的知識，具備高級語言編程的知識。通過對一個較完整的硬件系統(tǒng)的設(shè)計與制作，設(shè)計過程有一個較直觀地認(rèn)識，并提高分析問題、解決問題的能力。

本溫度控制系統(tǒng)主要是針對小型測量溫度而設(shè)計的。選擇這題目能鍛煉動手的能力，提供了一個理論和實踐相結(jié)合的機會。通過這次畢業(yè)設(shè)計，能對單片機程序設(shè)計、自動控制理論、電路板的制作與畫圖、檢測技術(shù)與儀表方面的知識有進一步的了解，以鞏固學(xué)過的知識，開拓視野。同時，由于學(xué)過的知識十分有限，很多東西還要自己去學(xué)習(xí)，這樣也鍛煉和提高自學(xué)能力，為以后的競爭能力打下基礎(chǔ)。

3　主要功能及技術(shù)指標(biāo)

（1）設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路、按鍵輸入電路、單片機控制電路、數(shù)碼管顯示電路、加熱控制電路、散熱控制電路等各模塊電路。

（2）設(shè)計單片機控制程序，通過程序控制實現(xiàn)溫度的自動控制并通過數(shù)碼管顯示實際溫度值。

（3）設(shè)計報警控制系統(tǒng)。通過對溫度的監(jiān)測，必要時啟動電機來對溫度控制。

4　系統(tǒng)總體設(shè)計

如圖1所示為系統(tǒng)總設(shè)計框圖。本系統(tǒng)總設(shè)計中包括按鍵輸入電路、測溫電路、報警電路、顯示電路、電機電路，而運用單片機STC89C51作為中央控制器，使系統(tǒng)具有性能可靠、體積小、電路簡單等優(yōu)點。

圖1　系統(tǒng)總設(shè)計框圖

5　系統(tǒng)的功能

該系統(tǒng)是利用 DS18B20進行測溫，基于單片機STC89C51進行溫度控制，然后通過單片機解碼發(fā)送給4位數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示出當(dāng)前的溫度值；如果溫度過高便啟動報警系統(tǒng)，然后電機轉(zhuǎn)動迫使溫度傳感器溫度下降。本器件具有硬件電路簡單，控溫精度高（誤差在正負(fù)1℃范圍內(nèi)）、功能強、體積小、價格低、簡單靈活等優(yōu)點，可以應(yīng)用于控制溫度在0℃～125℃之間的各種場合，可以實現(xiàn)溫度的實時采集、現(xiàn)實與控制功能，是一種較理想的智能化控制系統(tǒng)。

（1）測溫電路。測溫電路是利用DS18B20的數(shù)字溫度計實時測控溫度，它的測溫范圍是55～125℃，與單片機交換信息僅需要一根I/O線，其讀/寫及溫度轉(zhuǎn)換的功率也可來源于數(shù)據(jù)總線，而無需外接電源，DS18B20有3個引腳，2腳是數(shù)字信號輸入/輸出端，3腳VDD是外界電源輸入端，1腳GND是電源地。

（2）報警電路。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。

本設(shè)計通過兩級三極管來放大驅(qū)動蜂鳴器。蜂鳴器的正極接到VCC（+5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，當(dāng)單片機I/O口輸出低電平時，三極管截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)單片機I/O口輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制單片機I/O腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉，程序中改變單片機I/O引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音。另外，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過編程實驗來驗證。

（3）顯示電路。本次畢業(yè)設(shè)計的顯示電路采用LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。這里采用共陰數(shù)碼顯示管。

常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器如圖2（b）所示，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器如圖2（c）所示。1位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管a～g控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。

圖2　七段顯示器

使用動態(tài)掃描，控制比較方便，在單片機的I/O口多的情況下使用。如2圖中，使用三極管驅(qū)動數(shù)碼管。

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

高學(xué)群（1963-），男，江蘇常州人，大學(xué)專科，主要研究方向：電工電氣。