基于單片機的水溫水位控制系統設計

鄢來應

摘 要：水溫水位控制系統以STC89C52單片機為控制核心，采用溫度-電流變送器XTR106、電流環接收器RCV420進行信號調理和信號變送，控制加熱絲進行加熱；水位控制子系統由555定時器、繼電器和水泵構成，完成了對容器內水位控制；同時，數碼管顯示水的實際溫度與設定溫度。經測試，整個系統實現了預期功能。

關鍵詞：單片機；溫度-電流變送器；溫度自動控制

中圖分類號：TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0092-02

Abstract： The water temperature and water level control system is based on the STC89C52 microcontroller. The temperature current transmitter XTR106 and the current loop receiver RCV420 are used for signal conditioning and signal transmission， and the heating wire is controlled for heating. The water level control subsystem is composed of 555 timer， relay and pump， which control the water level in the container. At the same time， the digital tube displays the actual temperature and the set temperature of the water. After testing， the whole system has achieved the expected function.

Keywords： single chip microcomputer； Temperature-current transmitter； automatic temperature control

1 系統總體設計

本系統主要以STC89C52單片機為核心來完成水溫的控制和容器內無水的檢測，其中通過XTR106和RCV420、溫度傳感器PT100 、ADC0809等元件來實現對溫度的采樣；采用NE555芯片構成的電路對容器內的水位進行檢測，并使用繼電器和水泵進行補水控制，采用加熱電阻絲進行加熱控制。總體系統框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計

2.1 水溫控制系統

本系統是由XTR106和RCV420、溫度傳感器PT100構成的溫度檢測電路，對溫度進行檢測；由單片機構成控制電路；加熱電路由加熱電阻絲、繼電器、三極管組成。實現當水溫低于設定值時自動容器內的加熱設備對水進行加熱；當水溫達到設定值時，自動停止加熱。水溫控制框圖如下2所示。

具體電路分析如下所示：當RTD檢測到的溫度為0℃時RTD為100Ω，此時輸出電流為4mA；當RTD檢測到的溫度為100℃時RTD為138.5Ω，此時輸出電流為20mA。再經過RCV420將電流信號轉化為0～5V電壓信號控制單片機接口，來對水溫進行控制。在XTR106的10腳與7腳之間接0.01uF的電容以減少噪聲，RCV420的正負電源腳間接一個1uF的退耦電容。電路圖如圖3所示。

2.2 水位控制系統

此系統由補水電路、控制電路、繼電器組成?？刂齐娐肥菍θ萜鲀鹊乃贿M行檢測，采用的是NE555芯片構成施密特觸發電路，利用其2腳與6腳的回差電壓特性而達到導通、截止、保持的目的。實現當低于補水水位時，自動啟動水泵向容器內注水；當水位高于溢出水位時停止注水。其電路框圖如4所示。

具體分析如下：

當水位低于L點時，L點懸空，NE555的2腳電壓大于1/3VCC，6腳電壓大于2/3VCC，其3腳輸出低電平，再通過PNP管Q3，使繼電器得電吸水，啟動水泵補水，水位逐漸上升。

當水位上升到L點到K點之間時，Q1處于飽和狀態，其6腳的電位低于2/3VCC左右，2腳電位大于1/3VCC，觸發器保持原來的狀態不變，繼續補水。

當水位上升到K點時， Q2飽和、Q1截止，6腳電位高于2/3VCC，2腳高于1/3VCC左右，其3腳輸出高電平，繼電器失電，水泵停止補水。

再通過其3腳將容器里的水位信號反饋到單片機里來控制加熱，防止無水的時候加熱燒壞電熱管。電路原理圖如5所示。

3 系統軟件設計

如圖6所示，系統以STC89C52單片機為核心，負責顯示實際溫度和設定溫度（40℃～90℃），當實際溫度小于設定溫度時加熱電路開始工作，反之加熱電路不工作， 當檢測到容器內無水時，加熱電路不工作以防止干燒。

4 結束語

在硬件上采用了溫度傳感、溫度-電流變送、A/D轉換、數字電路等技術，完成了加水加熱的控制。在軟件上，利用STC89C52單片機完成了水溫的檢測及控制，實現了溫度設定的40℃～90℃范圍，最小區分度為1℃，標準溫差≤1℃，用十進制數碼顯示水的實際溫度；當水位低于設定水位時，能自動補水，且防止了燒干而損壞電熱管。

參考文獻：

[1]張金花，周雯超.基于單片機的智能水箱水位和水溫控制系統的設計[J].農業裝備與車輛工程，2017（02）：82-84.

[2]林繼.基于單片機的鍋爐水溫與水位控制設計[J].科技風，2015（23）：15-17.