基于AT89C52的家用水溫自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馮家寬　盧涵宇　王偉偉

摘要：隨著人民生活水平的提升，人們對(duì)智能家居中的生活用水要求越來(lái)越多。本文設(shè)計(jì)的家用水溫自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合AT89C52芯片的性能特點(diǎn)，采用單片機(jī)、單線數(shù)字溫度傳感器、液晶顯示屏等設(shè)計(jì)水溫監(jiān)控系統(tǒng)。應(yīng)用定值開(kāi)關(guān)控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法來(lái)控制系統(tǒng)軟件，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞： AT89C52;DS18B20溫度傳感器;LCD1602顯示屏;溫度控制

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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

隨著人民群眾的生活水平的提高，在智能家居的領(lǐng)域中的溫度的監(jiān)測(cè)和控制是十分重要的，并且隨著集成電子技術(shù)和控制理論知識(shí)的不斷發(fā)展，以單片機(jī)為控制核心的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以其體積小、成本低、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單方便的優(yōu)勢(shì)得到智能家居生活中的廣泛應(yīng)用。

本文從軟硬件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)了家用水溫自動(dòng)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中主要運(yùn)用AT89C52單片機(jī)、DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器、LCD1602液晶顯示屏來(lái)搭建水溫的監(jiān)控系統(tǒng)。在常用溫度控制的算法中，從定值開(kāi)關(guān)控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法中擇優(yōu)選擇和進(jìn)行搭配組合，運(yùn)用到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確監(jiān)控。

1 整體系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)共分為六大電路部分：主控部分、數(shù)據(jù)采集部分、電源部分、供水部分、加熱部分、顯示部分。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。主控部分采用AT89C52單片機(jī)作為主體，對(duì)其編寫(xiě)程序控制相應(yīng)的硬件電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)指標(biāo)。數(shù)據(jù)采集部分采用具有A/D轉(zhuǎn)換功能的數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度的檢測(cè)，能檢測(cè)到水溫的具體溫度，再通過(guò)LCD1602液晶顯示器來(lái)顯示水溫的具體值，達(dá)到可視化的效果。供水部分則主要以電磁閥為核心，依據(jù)液位測(cè)量電路檢測(cè)的液位信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理，然后由其發(fā)出相應(yīng)的指令信號(hào)來(lái)控制電磁閥的通斷，實(shí)現(xiàn)供水和停水的目的。加熱部分由單片機(jī)進(jìn)行判斷處理，然后單片機(jī)發(fā)出控制加熱絲的工作與否的命令，未達(dá)到所設(shè)溫度則加熱，達(dá)到即停止加熱。如圖2所示為各部分具體原理圖，從中可看出各個(gè)部分間的對(duì)應(yīng)情況，AT89C52單片機(jī)通過(guò)匯編程序?qū)S18B20的溫度采集、儲(chǔ)水容器的液位檢測(cè)、儲(chǔ)水容器的水溫檢測(cè)、供水電路、加熱電路、以及水位水溫的顯示等進(jìn)行控制。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1檢測(cè)水位電路

如圖3所示，通過(guò)AT89C52的P1.0-P1.3（分別從低到高的4個(gè)液位）來(lái)進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)。通過(guò)J1引出5根檢測(cè)導(dǎo)線來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)水池的水位高度，由R6-R9分別作為儲(chǔ)水池的4個(gè)不同液位的上拉電阻，它們都連接高電平VCC。而D7-D10分別用作指示儲(chǔ)水池的液位1/4-4/4的4個(gè)不同液位的指示燈。當(dāng)儲(chǔ)水池的液位處于1/4的位置上時(shí)，通過(guò)程序控制使P1.0置0而使D7燈亮，同理，使D8、D9、D10燈亮，得到的數(shù)據(jù)又發(fā)送到LCD1602液晶顯示器上顯示。

2.2 液晶顯示電路

LCD液晶通過(guò)D0口進(jìn)行顯示，用單片機(jī)的P0.0口來(lái)顯示數(shù)據(jù)，J2是一個(gè)可以調(diào)節(jié)顯示數(shù)據(jù)亮度的可調(diào)電阻，液晶顯示模塊的電路如圖4所示。

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊為了正確輸出由模擬的溫度值信號(hào)轉(zhuǎn)化得到的數(shù)字信號(hào)，DS18B20要加一個(gè)阻值為4.7K的上拉電阻R18。M2是一個(gè)蜂鳴器，其作用是當(dāng)水位低至一定值時(shí)蜂鳴報(bào)警。

2.4 供水部分電路

電路作為沐浴放水或者家用放水的控制端口選用AT89C52的P3.0口和P3.1口。當(dāng)沐浴水池里需要放水時(shí)，就將P3.0接到低電平，使光藕4N25、三極管T2導(dǎo)通，從而通過(guò)已導(dǎo)通的繼電器HHC66D讓電磁閥DC1進(jìn)行放水操作。同理可得家用放水的情況。

2.5 加熱電路

加熱模塊電路如圖5所示。

2.6 電源模塊

本設(shè)計(jì)用到的電源僅為+5V的穩(wěn)壓電源，從成本及開(kāi)發(fā)的周期來(lái)考慮故選擇為單電源。電路為輸出+5V的直流穩(wěn)壓電源，由濾波器、變壓器、集成穩(wěn)壓以及二極管整流橋構(gòu)成了該穩(wěn)壓電源。也可以把集成穩(wěn)壓器7805換成7815或者7818，將15V的變壓器換成整流變壓器改為其副邊繞組電壓降為20V，則穩(wěn)壓電源就變?yōu)榱溯敵龃笮?15V或者+18V的單路直流的穩(wěn)壓電源。

3系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要可分為水位檢測(cè)子程序、溫度檢測(cè)子程序、LCD顯示子程序三大模塊。在水位檢測(cè)子程序該模塊中，需要完成對(duì)各接口芯片的初始化，設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器、顯示寄存器和語(yǔ)音寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化，還需要中斷向量的設(shè)計(jì)以及開(kāi)中斷、循環(huán)等待等工作，溫度檢測(cè)子程序主要是溫度控制，LCD顯示子程序的內(nèi)容主要有兩個(gè)方面，即溫度和方向顯示。當(dāng)通電后，液晶顯示器首先進(jìn)行初始化，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，然后開(kāi)始顯示。水位檢測(cè)子程序流程圖如圖6所示。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了家用水溫自動(dòng)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，主要運(yùn)用AT89C52單片機(jī)、DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器、LCD1602液晶顯示屏來(lái)搭建水溫的監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中選擇定值開(kāi)關(guān)控制法、PID線性溫度控制法和智能溫度控制法進(jìn)行搭配組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的精確監(jiān)控基于系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】