科学论坛 ｌ曩 Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 水温自动控制系统的设计与实现 王菊娇 （广西交通职业技术学院广西南宁５３００２２） ［摘要］系统采用ＡＴ８９Ｓ５２作为主控制器，通过集成温度传感器ＤＳＩ８Ｂ２０采集温度，直接传送到单片机，通过数码管显示温度。用户可以自行设定温度，通 过按钮设定温度值，由单片机通过数码管显示出来，最小区分度可达Ｏ．０１。单片机通过程序判断实际温度和设定温度的大小，并通过控制双向可控硅决定电热丝加 热与否，从而达到自动控制温度的要求。 ［关键词］温度传感器；单片机，自动控制 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９ｌ４ｘ（２Ｏｌ５）３６—０２５８一Ｏ１ １方案论证与｝ 较 １ １控制电路的方案选择 方案一：采用运放等模拟电路搭建一个控制器，用模拟方式实现ＰＩＤ控制。 可以实现水温控制，但要实现显示、温度设定等功能，电路设计较繁杂［１～。同 样，使用逻辑电路也可以实现水温控制功能，但电路设计和制作比较烦琐 方案二：通过ＦＰＧＡ实现控制功能。使用ＦＰＧＡ时，电路设计比较简单，通过 相应的编程设计，可以很容易地实现控制和显示、键盘等功能，是一种可选的方 案。但与单片机相比，性价比不高 。 方案三：采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机作为核心控制器 ，将采集到的信息由软件 直接处理，可同时完成控制、显示等功能，电路设计和制作较简单，成本较低，所 以采用此方案。 １ ２测温方式及电路的选择 方案一：采用热敏电阻作为测温元件。热敏电阻精度高，需要配合电桥使 用，此外还需要制作相应的调理电路。电路设计较为繁锁，且稳定性难调试。 方案二：采用模拟集成温度传感器ＡＤ５９０，其具有测量误差小、响应快、传 输距离远等特点，但其为电流输出型，须进行放大处理电路或转换成电压处理， 且需要数模转换等模块才能实现显示功能。 方案三：采用智能温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，其具有精度好、可靠性高，价格适 中等特点，利用其单线输出特性，通过串行通信接口可以测量温度，由单片机软 件来识别处理 。从而使整个电路简单，同时保证了系统的稳定。 １．３加热方案和功率电路的选择 方案一：采用继电器控制加热器的工作，若温度偏低，则控制继电器吸合， 加热器工作，温度偏高则继电器断开，加热器停止加热。由于继电器采用的是机 械动作，存在触点，因此对控温精度要求比较高、系统惯性不是特别大时，不宜 测溢电路Ｌ—啼 —— 数码管最示 ｌ 片 加热装援｛ 机主 控制 ｆ 电路 ｆ嘶—一 溉霞设置 功率电路 ｝ 图１系统框图 表１温度测试比较 ＼ １ ２ ３ ４ ５ ６ 项目＼ 温度计值（℃） ３０ ４２ ４８ ５５ ６８ ９０ 数码管值（℃） ３０．２ｌ ４１．９５ ４８．３２ ５５．１５ ６７．８５ ８９．８Ｏ 表２突变状态情况 ＼次数 １ ２ ３ ４ ＝＝＝ ４０℃一６０℃ 偏慢 正常 正常 正常 ６０℃一４０℃ 偏慢 偏慢 正常 正常 ２５８ 科技博览 采用继电器 方案二：采用可控硅控制加热器的工作，可以通过控制导通的交流周期和 导通角两种方式来实现 采用控制导通交流周期的方式时，为了达到控制的精 度，需要在一个较多的周期数中控制导通的数目，不适用于动态性能较高的控 制 水温控制系统实际上具有较大的惯性，可以考虑这种控制方式。采用导通角 的方式时，由于对每个周期的交流电都进行控制，因此响应速度比较高，另外由 于导通角连续可调，因此控制的精度比较高。所以最终我们采用此种方案。 ２系统硬件模块的设计 ２．１总体设计模块 整个系统分为以下几个部分：测温电路、主控制电路、功率电路、加热装置 和数码管显示模块电路，如图１所示 ２ ２主控及显示电路的设计 主控电路采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机作为系统核心，将Ｐ０．０－Ｐ０．３口接三个传感 器的单线总线，Ｐ０．７口输出温度控制信号给功率电路，实现自动控制加热功能。 显示电路由四位共阳数码管构成，通过单片机Ｐｌ口供其段码输出，Ｐ２．０－Ｐ２．３ 控制其位码，直接采用三极管９０１２作为其驱动电路保证显示的亮度。键盘部分 由３个按键开关构成，分别与Ｐ３． Ｐ３．２口相连，通过功能切换、温度加减，实现 设定温度功能。 ２ ３检测温度电路 检测温度电路我们采用三片智能温度传感：￣ＤＳ１８ｓ２ｏ￣为感温器件，通过 与单片机三个Ｉ／Ｏ口连接构成检测判别电路。其测量范围为－５５ ＋１２５￣Ｃ，且输 出的数据可进行９ １２位的编程，分率力依次为０．５、０．２５、０．１２５、０．０６２５￣。所以 其精度可以通过软件实现，使用方便，灵敏度、精度也较高。 ２．４加热与功率控制电路 通过可控硅实现自动加热功能。具体实现：由单片机判断实时水温状况， Ｐ０．７输出脉冲信号，控制三极管的导通，对过三极管控制双向可控硅的导通与 否，从而实现电路的加热或保持。工作时，结合设置的温度，当温度高于所设的 温度时则可控硅不导通，电热器不加热，温度将会降低，不再升高。反之亦然。 ３系统测试与分析 实验１：将温度计放入加热器皿中，测量实时水温，并与系统测量数据进行 比较。系统运行存在一定误差，误差范围小于０．５℃，这主要是由于温度计本身 与实际温度就存在一定误差，所以检测显示的数值也就难免有点偏，如表ｌ所 不。 实验２：当温度迅速升高或降低时，测试系统运反应Ｊ隋况，采取的方法是观 察温度到４０＂Ｃ时，将沸水加入溶器中，观察温度计，Ｎ￣６ｏｏｃ时，则马上停止，同 时观察数码显示情况。由于加水的快慢，水温的均匀程度会直接影响到测量的 精度，所在在系统对水温突变测量存在一定的滞后现象，如表２所示。 四 总结 系统采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机为核心控制元件，结合数码管显示、温度传感器 的多点采集、双向可控硅的巧妙运用，使系统具有较好自动检测温度并控制温 度变化的功能，同时可以实现水温显示等功能。 参考文献 ［１］全国大学生电子设计竞赛组委会编．《全国大学生电子设计竞赛培训 系列教程》［Ｍ】．电子工业出版社，２００７．５：１２１－１２４． ［２】黄强．《模拟电子技术》［Ｍ］．科技出版社，２００３．１． ［３］王效华，张永梅．《单片机原理与应用》［Ｍ】．北京交通大学出版社， ２ｏｏ７．５． 【４］金发庆．Ｋ传感器技术与应用））ＩＭ】．机械工业出版社，２００４．８．