基于單片機的水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計

鄢來應(yīng)

摘 要：水溫水位控制系統(tǒng)以STC89C52單片機為控制核心，采用溫度-電流變送器XTR106、電流環(huán)接收器RCV420進行信號調(diào)理和信號變送，控制加熱絲進行加熱；水位控制子系統(tǒng)由555定時器、繼電器和水泵構(gòu)成，完成了對容器內(nèi)水位控制；同時，數(shù)碼管顯示水的實際溫度與設(shè)定溫度。經(jīng)測試，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)期功能。

關(guān)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(biāo)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(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)主要以STC89C52單片機為核心來完成水溫的控制和容器內(nèi)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(xiàn)對溫度的采樣；采用NE555芯片構(gòu)成的電路對容器內(nèi)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?？傮w系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 水溫控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)是由XTR106和RCV420、溫度傳感器PT100構(gòu)成的溫度檢測電路，對溫度進行檢測；由單片機構(gòu)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(xiàn)當(dāng)水溫低于設(shè)定值時自動容器內(nèi)的加熱設(shè)備對水進行加熱；當(dāng)水溫達到設(shè)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(dāng)RTD檢測到的溫度為0℃時RTD為100Ω，此時輸出電流為4mA；當(dāng)RTD檢測到的溫度為100℃時RTD為138.5Ω，此時輸出電流為20mA。再經(jīng)過RCV420將電流信號轉(zhuǎn)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(fù)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(tǒng)

此系統(tǒng)由補水電路、控制電路、繼電器組成?？刂齐娐肥菍θ萜鲀?nèi)的水位進行檢測，采用的是NE555芯片構(gòu)成施密特觸發(fā)電路，利用其2腳與6腳的回差電壓特性而達到導(dǎo)通、截止、保持的目的。實現(xiàn)當(dāng)?shù)陀谘a水水位時，自動啟動水泵向容器內(nèi)注水；當(dāng)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(dāng)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(dāng)水位上升到L點到K點之間時，Q1處于飽和狀態(tài)，其6腳的電位低于2/3VCC左右，2腳電位大于1/3VCC，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變，繼續(xù)補水。

當(dāng)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(tǒng)軟件設(shè)計

如圖6所示，系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，負(fù)責(zé)顯示實際溫度和設(shè)定溫度（40℃～90℃），當(dāng)實際溫度小于設(shè)定溫度時加熱電路開始工作，反之加熱電路不工作， 當(dāng)檢測到容器內(nèi)無水時，加熱電路不工作以防止干燒。

4 結(jié)束語

在硬件上采用了溫度傳感、溫度-電流變送、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字電路等技術(shù)，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(xiàn)了溫度設(shè)定的40℃～90℃范圍，最小區(qū)分度為1℃，標(biāo)準(zhǔn)溫差≤1℃，用十進制數(shù)碼顯示水的實際溫度；當(dāng)水位低于設(shè)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(tǒng)的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)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(shè)計[J].科技風(fēng)，2015（23）：15-17.