论文部分内容阅读
摘要：近些年来，社会经济发展的速度以及人们的生活物质水平都有了较大提高，在社会的生产生活中也越来越多的应用先进的技术手段来提高工作效率与生活质量，水温控制系统正是基于加热炉、热反应堆、锅炉等需要加热装置而兴起的系统结构，其在温度调控的过程中能够发挥出巨大的作用，从而提高产品的生产质量与效率。单片机技术在其中的应用能够实现对水温的实时采集，同时又能够起到报警的作用，本文采用 STC89C52 单片机以及DS18B20数字温度传感器进行了水温控制系统的设计，从而实现提高水温的采集效率和温度调控的效果。
关键词：水温控制系统;单片机技术;应用
引言：单片机近些年在各行业领域都起着重要的作用，将其应用到水温控制系统的设计过程中主要就是对水温进行采集、测量，当温度超出合理范围后还可以进行报警，方便生产工作的顺利进行，其具有控制方便、组态简单、灵活性高、成本低廉等优点，能够大幅度提高被控温度的技术指标，进一步提高水温控制系统的效果。
一、基于单片机的水温控制系统设计思路
单片机水温测量仪器在市场上也比较常见，但是大多技术性较高，因此成本也会比较高。当下水温控制系统中应用单片机技术除了需要要求技术性以外，还需要保证其成本相对较低，这样才能实现大范围的普及，真正促进各行业领域的发展。在水温控制系统的设计中，可以利用单片机与温度监测相结合的方式来进一步提高单片机的相关功能，以便保证系统各个元件之间配合得更加科学、合理。一方面要注重单片机的选择，只有符合工作实际的单片机才能够保证系统的稳定运行，在本次水温控制系统的设计中选用的是以STC89C52类型的单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS 8位处理器，有四组I/0 口以及三个定时器，有8K可编程的Flash存储器，同时，其使用的MCS-51内核也比传统的51单片机有着创新之处，体积又小，能够缩小整个水温控制系统的体积，从而降低系统的运行功耗[1]。另一方面还需要注意水温传感器的选择与设计，在本次水温控制系统的设计中应用的是DS18B20温度传感器，通过数字化测量技术将连续的温度以不连续和离散数字的形式显示给相关的系统管理人员，便于管理人员及时做出反应。除此以外，STC89C52单片机中原有的蜂鸣器还能够完善水温报警系统，通过对单片机内部参数进行设计就可以实现蜂鸣器的自动启停，以便能够发出准确的报警信号。
二、基于单片机的水温控制系统总体结构设计
在水温控制系统的整个设计过程中，单片机作为主控芯片会起到主要的作用，相当于“人脑”，控制着水温监测和报警系统，其不仅可以控制系统中的各个元件，系统元件在运行过程中产生的信息也需要反馈给主控芯片，以便单片机能够根据实际的信息进行判断和处理，从而充分发挥单片机的实际功能。
单片机要想实现水温的实时采集，主要就是依靠DS18B20数字温度传感器，其在实际运行过程中能够通过内部的高低温度系数晶振的振荡频率变化和外界温度变化情况的对比而发出相应的报警信息，同时，还能够对计数进行统计并反馈到相应的计数器，之后计数器会对信息数据进行判断和处理，通过多次操作后会得到与监测温度具有相似性的数据值并将其寄存在系统内部的温度寄存器当中，在这个过程中，还需要对系统中的报警扬声器进行设置，包括水温的上限和下限，这样就可以保证系统中水温监测的温度超过监测范围时，蜂鸣器可以进行报警[2]。
温度传感器还能够对单片机系统的运行环境进行测量，并将测量数据转化为信号，具体的温度数值也会传递到单片机。在当前的单片机中，其主要的连接方式是一根端口导线与系统的中央处理器来实现通信的，由于通信方式需要遵循单片机内部运行的结构原则进行，因此单片机能够有效的对水温进行处理，并将测量温度显示在LCD 显示屏上。工作人员就可以按照LCD 显示屏上显示的数据对下一步的工作进行指导。由于单片机传递给 LCD 显示屏的温度测量数据值和内部软件的设置需要与温度值的上限和下限进行比较，因此系统就会在测量的温度值不在监测的范围之内的情况下发出相应的指令，蜂鸣器接收到指令后就会进行报警，相关管理人员再根据报警提示来做好系统的调整工作，以便保证整个水温控制系统的正常运行、稳定运行。
综上所述，在本次水温控制系统的设计中，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，报警系统采用原有的蜂鸣器，并用LCD实时显示。系统在实际运行过程中，当实测温度值小于设定的温度下限值时系统开启继电器间接控制接在继电器常开端上的加热棒，继电器一开启加热棒就开始工作，继电器关闭加热棒也随着停止工作，如下图1所示。
三、基于单片机的水温控制系统硬件设计以及软件使用
（一）硬件设计
1、最小系统设计
在本次水温控制系统的设计中主要是利用STC89C52单片机对各个硬件进行有效的控制，并通过下达指令来采集各个监控点的水温信息。其中，最小系统的外部连接着RESET控制电路，在信息输入与输出的过程中按下控制按键就会使得RESET转为高电平，实现输入信号的重置操作。复位电路是通过并联方法连接电容和按键的，而且单片机的 18引脚、19引脚、20引脚上连接着外部振荡器，在220V 电源直接供电的情况下能够最大程度上保证系统的稳定、安全运行。
2、温度信息采集设计
在温度信息的采集设计中应用的是DS18B20温度传感器，并以此来构建水温信息采集装置。水温信息采集主要是将温度传感器放置水中来感受水温并实时采集水温信息，然后经过系统内部的转换处理变成数字信号传输到单片机中，再由单片机判断水温信息是否超出原本的设定范围，而在本次水温控制系统的中使用的DS18B20温度传感器属于数字传感器，因此可以直接读取数值，操作简单。
3、继电器设计
将单片机控制继电器工作的端口与三极管驱动电路相连接，采取低电平控制，成功开启继电器后，启动加热器工作，系统将继续自动计算温差，如果温度达到设定水温范围，则控制信号转换为高电平，此时继电器停止运行。
4、计算机操控设计
在水温控制系统的运行过程中主要是通过计算机进行操控的，在实际操控过程中需要严格遵守水温的控制需求，一般是在计算机的操作页面上设置科学的温度及控制范围，然后根据系统反馈的信息数据判读此时的水温是否在合理的范围之内。不管是低于还是超出合理的范围都需要进行温度调节，温度过低时需要继续加热，温度过高则需要下达关闭继电器控制命令，停止加热。在当前的硬件设备连接中，主要是通过无线传输模块将信息数据传输给计算机，并通过该模块执行计算机发出的指令[3]。
（二）软件使用
当前在单片机编程中常用的软件主要是系统软件测试KEIL软件，在实际使用中主要是创建空白文件编程编译调试生成HEX文件，然后将其下载到单片机中。与此同时，还需要观察系统的运行状态，以及实际情况反复调试程序，最终能够得到一个较为完善的程序。在软件调试中，有可能会出现显示屏不显示现象或者是EEPROM存储错误等问题，需要技术人员根据实际情况进行处理。
结语：综上所述，水温调控在各行业领域都是重要的生产环节，在水温控制系统的设计中应用单片机技术能够更好的发挥系统效果，尤其是当前的STC89C52单片机以及DS18B20溫度传感器，其相比于传统的温度调控方式更加灵活，功耗也比较低，在提高生产力等方面发挥了巨大的作用。
参考文献：
[1]赵娜，方圆.基于51单片机的智能水温控制系统的设计[J].电脑迷，2018（11）：150.
（作者单位：海南省三亚技师学院）
关键词：水温控制系统;单片机技术;应用
引言：单片机近些年在各行业领域都起着重要的作用，将其应用到水温控制系统的设计过程中主要就是对水温进行采集、测量，当温度超出合理范围后还可以进行报警，方便生产工作的顺利进行，其具有控制方便、组态简单、灵活性高、成本低廉等优点，能够大幅度提高被控温度的技术指标，进一步提高水温控制系统的效果。
一、基于单片机的水温控制系统设计思路
单片机水温测量仪器在市场上也比较常见，但是大多技术性较高，因此成本也会比较高。当下水温控制系统中应用单片机技术除了需要要求技术性以外，还需要保证其成本相对较低，这样才能实现大范围的普及，真正促进各行业领域的发展。在水温控制系统的设计中，可以利用单片机与温度监测相结合的方式来进一步提高单片机的相关功能，以便保证系统各个元件之间配合得更加科学、合理。一方面要注重单片机的选择，只有符合工作实际的单片机才能够保证系统的稳定运行，在本次水温控制系统的设计中选用的是以STC89C52类型的单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS 8位处理器，有四组I/0 口以及三个定时器，有8K可编程的Flash存储器，同时，其使用的MCS-51内核也比传统的51单片机有着创新之处，体积又小，能够缩小整个水温控制系统的体积，从而降低系统的运行功耗[1]。另一方面还需要注意水温传感器的选择与设计，在本次水温控制系统的设计中应用的是DS18B20温度传感器，通过数字化测量技术将连续的温度以不连续和离散数字的形式显示给相关的系统管理人员，便于管理人员及时做出反应。除此以外，STC89C52单片机中原有的蜂鸣器还能够完善水温报警系统，通过对单片机内部参数进行设计就可以实现蜂鸣器的自动启停，以便能够发出准确的报警信号。
二、基于单片机的水温控制系统总体结构设计
在水温控制系统的整个设计过程中，单片机作为主控芯片会起到主要的作用，相当于“人脑”，控制着水温监测和报警系统，其不仅可以控制系统中的各个元件，系统元件在运行过程中产生的信息也需要反馈给主控芯片，以便单片机能够根据实际的信息进行判断和处理，从而充分发挥单片机的实际功能。
单片机要想实现水温的实时采集，主要就是依靠DS18B20数字温度传感器，其在实际运行过程中能够通过内部的高低温度系数晶振的振荡频率变化和外界温度变化情况的对比而发出相应的报警信息，同时，还能够对计数进行统计并反馈到相应的计数器，之后计数器会对信息数据进行判断和处理，通过多次操作后会得到与监测温度具有相似性的数据值并将其寄存在系统内部的温度寄存器当中，在这个过程中，还需要对系统中的报警扬声器进行设置，包括水温的上限和下限，这样就可以保证系统中水温监测的温度超过监测范围时，蜂鸣器可以进行报警[2]。
温度传感器还能够对单片机系统的运行环境进行测量，并将测量数据转化为信号，具体的温度数值也会传递到单片机。在当前的单片机中，其主要的连接方式是一根端口导线与系统的中央处理器来实现通信的，由于通信方式需要遵循单片机内部运行的结构原则进行，因此单片机能够有效的对水温进行处理，并将测量温度显示在LCD 显示屏上。工作人员就可以按照LCD 显示屏上显示的数据对下一步的工作进行指导。由于单片机传递给 LCD 显示屏的温度测量数据值和内部软件的设置需要与温度值的上限和下限进行比较，因此系统就会在测量的温度值不在监测的范围之内的情况下发出相应的指令，蜂鸣器接收到指令后就会进行报警，相关管理人员再根据报警提示来做好系统的调整工作，以便保证整个水温控制系统的正常运行、稳定运行。
综上所述，在本次水温控制系统的设计中，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，报警系统采用原有的蜂鸣器，并用LCD实时显示。系统在实际运行过程中，当实测温度值小于设定的温度下限值时系统开启继电器间接控制接在继电器常开端上的加热棒，继电器一开启加热棒就开始工作，继电器关闭加热棒也随着停止工作，如下图1所示。
三、基于单片机的水温控制系统硬件设计以及软件使用
（一）硬件设计
1、最小系统设计
在本次水温控制系统的设计中主要是利用STC89C52单片机对各个硬件进行有效的控制，并通过下达指令来采集各个监控点的水温信息。其中，最小系统的外部连接着RESET控制电路，在信息输入与输出的过程中按下控制按键就会使得RESET转为高电平，实现输入信号的重置操作。复位电路是通过并联方法连接电容和按键的，而且单片机的 18引脚、19引脚、20引脚上连接着外部振荡器，在220V 电源直接供电的情况下能够最大程度上保证系统的稳定、安全运行。
2、温度信息采集设计
在温度信息的采集设计中应用的是DS18B20温度传感器，并以此来构建水温信息采集装置。水温信息采集主要是将温度传感器放置水中来感受水温并实时采集水温信息，然后经过系统内部的转换处理变成数字信号传输到单片机中，再由单片机判断水温信息是否超出原本的设定范围，而在本次水温控制系统的中使用的DS18B20温度传感器属于数字传感器，因此可以直接读取数值，操作简单。
3、继电器设计
将单片机控制继电器工作的端口与三极管驱动电路相连接，采取低电平控制，成功开启继电器后，启动加热器工作，系统将继续自动计算温差，如果温度达到设定水温范围，则控制信号转换为高电平，此时继电器停止运行。
4、计算机操控设计
在水温控制系统的运行过程中主要是通过计算机进行操控的，在实际操控过程中需要严格遵守水温的控制需求，一般是在计算机的操作页面上设置科学的温度及控制范围，然后根据系统反馈的信息数据判读此时的水温是否在合理的范围之内。不管是低于还是超出合理的范围都需要进行温度调节，温度过低时需要继续加热，温度过高则需要下达关闭继电器控制命令，停止加热。在当前的硬件设备连接中，主要是通过无线传输模块将信息数据传输给计算机，并通过该模块执行计算机发出的指令[3]。
（二）软件使用
当前在单片机编程中常用的软件主要是系统软件测试KEIL软件，在实际使用中主要是创建空白文件编程编译调试生成HEX文件，然后将其下载到单片机中。与此同时，还需要观察系统的运行状态，以及实际情况反复调试程序，最终能够得到一个较为完善的程序。在软件调试中，有可能会出现显示屏不显示现象或者是EEPROM存储错误等问题，需要技术人员根据实际情况进行处理。
结语：综上所述，水温调控在各行业领域都是重要的生产环节，在水温控制系统的设计中应用单片机技术能够更好的发挥系统效果，尤其是当前的STC89C52单片机以及DS18B20溫度传感器，其相比于传统的温度调控方式更加灵活，功耗也比较低，在提高生产力等方面发挥了巨大的作用。
参考文献：
[1]赵娜，方圆.基于51单片机的智能水温控制系统的设计[J].电脑迷，2018（11）：150.
（作者单位：海南省三亚技师学院）