水溫控制系統設計

上饒職業技術學院 李志宜 帥江華

水溫控制系統設計

上饒職業技術學院 李志宜 帥江華

溫控制系統以51單片機為核心,DS18B20采集溫度的信息,將采集的信息傳送給單片機處理,最終控制加熱裝置。溫度顯示的范圍為：-20.00℃～99.99℃，5個數碼管，兩位小數顯示，顯示的響應時間小于1s；可人工設定顯示范圍內的任意溫度值，控溫的反應時間小于10分鐘；控溫精度：≦1℃。具有超過設定溫度±2℃報警功能。

51單片機；DS18B20溫度傳感器；水溫自動控制系統

1 工作原理

恒溫部分是一個動態控制的平衡。當當前的溫度小于設定的溫度，直接啟動加熱裝置；這個時候溫度上升比較的快，為了控制精度，當前溫度比設定溫度小于1度時，加熱裝置停止加熱，雖然加熱裝置斷電，但是還是有溫度，我們可以利用這個溫度作為微調。當溫度下降了，再啟動加熱，如前所述，最終將溫度控制在指定溫度上。

圖1 電路原理框圖

2 總電路原理圖（圖2）

圖2 總電路原理圖

整個電路由6部分組成，各部分可以單獨調試，最后做總體調試。各部分如表1所示。

開機進入系統后，處于測溫狀態，溫度顯示隨著水溫的變化而變化，數碼管顯示開始時水溫的實際溫度。按確定鍵進入人工溫度設定狀態，按選擇鍵可選擇輸入數據的位置，按輸入鍵可對相應的位輸入數據，再次按確定鍵退出，退出后，系統將進入動態恒溫狀態。恒溫狀態下可按確定鍵再次進入人工溫度設定狀態，而按輸入鍵則可退出恒溫狀態，進入測溫狀態。

3 DS18B20溫度檢測和過程控制電路設計

3.1 工作原理

DS18B20的顯示為數字式。由3根線組成，構成簡單，以根是地址線，一根是數據線，還有一根是信號線，用于采集溫度。通過這根信號線與單片機相連，因為這個信號線可以有多個不同的編碼，所以和單片機的通訊只要一個接口則可。多個地方，不同距離的溫度都可以由一個接口完成。

DS18B20的溫度值是由二進制來完成，一般不用原碼來表示，而是采用補碼，如表2所示。

表2 二進制和十六進制表示溫度

使用DS18B20時，先復位操作。然后再完成讀數據和寫數據的操作。寫入數據要有不小于60微秒的時間，最大120微秒，兩次寫數據的時間不小于1微秒。

圖3 DS18B20溫度傳感器實驗

3.2 元器件清單3.3 溫度校準

類別 型號 數量 單位 說明集成電路AT89C51 1 片DS18B20 1 片74LS245 1 片 雙向驅動器數碼管 5位 5 位

DS18B20主要用于精度要求不高的地方。如果要達到比較高的精度，就得通過其他的辦法，硬件不行可以通過軟件來補償，這也是本設計的核心點，編寫補償程序可以做到很高的精度，具體如下所示，每個區間溫度的補償是不一樣的，溫度小，補償就小，溫度大補償就大，補償溫度和實際溫度的變化不是線性關系，補償表格如表3所示。

表3 溫度偏差表

圖4 實際溫度—偏差溫度曲線

圖4表橫坐標為實際溫度，縱坐標為溫度偏差，偏差溫度隨著實際溫度上升而加大，呈現爬坡曲線，針對這個關系我們初步分三個階段進行補償，具體見表4。3.4 參考程序

表4 溫度補償表

3.5 溫度控制過程

本設計的加熱裝置為800w的熱得快，要改變熱得快的實際功率的辦法有兩種，一種是改變它上面所加的電壓，從而改變它的實際功率。還有一種是改變它的通電時間，也可以達到改變實際功率的作用。本裝置電路圖如圖5所示，采用固態繼電器。

3.6 電路原理圖（圖5）3.7 元器件清單

圖5 功率可調水溫加熱電路圖

類別 型號 數量 單位 說明集成電路 555 1 片固態繼電器 1 只滑動變阻器 100K 1 只電阻 10K 2 只二極管 1N4148 2 只電容 4.7μ 1 只0.01μ 1 只

本設計介紹了傳感器DS18B20的結構、特點和使用要點，結合單片機實現溫度的測量，實現了溫度的精準控制，通過LCD顯示屏顯示，兼具報警功能。軟件方面采用匯編語言進行程序設計，指令執行速度快，節省存儲空間。一個好的程序可以大大簡化硬件電路的設計，降低成本。本設計采用模塊化設計，簡單明了，可以應用到生活、生產領域。