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基于AT89S52单片机的水温控制系统设计
郑云水1，杜丽霞2
(1．兰州交通大学自动化与电气学院730070；2．兰州交通大学电子与信息工程学院730070)
摘要：介绍如何应用单片机使温度测控系统中的测量和控制智能化及一种基于AT89S52单片机的温度测控装王。该
装1可实现对温度的测量，并能根据设定值对环境温度进行调节，实现控温的目的。重点阐述系统的硬件构成、各部分的主
要作用及系统软件的设计过程。并对单片机在温度控制系统中的基本理论和应用技术做了较为全面的介绍。
关键词：AT89S52；温度测控，温度传感器；控制智能化
中图分类号：TP368．1文献标识码：B文章编号：1004—373X(2008)06—156一03
D髓igIIofTemperatureControlSystemBasedonAT89S52
ZHENGYunshuil。DULixia2
(1．Sch∞iofAuto呦t．帕n蚰dEkctricalEngin赞ring，LanzllouJi∞tongUniversity，La眦hou，730070，China，
2．SchoolofElectr叽icandInfomatj彻Engineering，La眦houJi∞t∞gUnive招ity。La仳hou，730070，Chi眦)
Abstract：ThepaperintroducesintelIigenttemperaturemeasurementandcontrolsystemtousesinglechip．proposesami—
crocontroUer—basedAT89s52temperaturemeasurementandcontmldevice．Thedevicecanachievetherightt锄perature
m髓surement，andsetvaluebasedontheenVironmentaltemperatureregulation，temperaturecontroItoachievethepurpose．
Thispaperfocusesonthehardwareconfigurationofthesystem，themainpartoftheroleandsystemsoftwaredesignprocess．
ThedesignofthemicrocontrollertemperaturecontrolsystemofthebasictheoryandappIicationoftechniquesaremorecom—
prehensivepresentatioll．
Keywords：AT89S52ftemperaturemonitoring；temperaturesen∞r，intelligentcontrol
l引言
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多
的电子产品中也用到温度检测和温度控制。随着温度控
制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合
的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常需要对
某些系统进行温度的监测和控制。需检测和控制的温度
系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件就确
定了。下面介绍如何用“单片机模型法”实现系统温度的
自动控制。用这种方法控温，使整个系统灵活、可靠性高，
系统达到热平衡较快，而且精度也比较高，融合了前面列
举方法的优点，而且更加简单方便。此方案优点是电路简
单并且可以满足题目中的各项要求的精度。系统设计总
体框图如图1所示。
2硬件电路的系统组成
2．1AT89S52单片机系统
选用AT89s52作为主芯片，因为此芯片有8kB的程
序存储器和256B的数据存储器不用扩展芯片，以降低硬
件电路复杂度。
牧稿日期：2007一09—25
156
(1)输入键盘设计
这里采用的键盘是4×4的，其中有o～F，可以在
40～90℃之间任意设定值。系统要求第一次输入的值要
在4～9之间，当小于4或大于9时系统不处理，等待输入
正确的值。当系统得到正确的输入值时键盘锁定，随后的
输入系统必须复位。键盘是用AT89S52的PO口来控制。
图1系统的结构框图
(2)输出显示设计
显示是应用LED来显示的，通过ATFl508设计编
码。其实质就是为了程序在一定的条件下更加的合理与
简洁。在单片机AT89S52与ATFl508通信是应用到
AT89s52的P2口。LED的前4位为实时采样取回的温
度，后3位为想要的目标温度。
(3)与上位机的串口通信
为了实时地对温度的变化更加直观的显示还用上位
万方数据
机的串口通信，用计算机来打印数据。
2．2传感器和测温电路的设计
。
．：，3软件的模型及设计
本次设计采用18820对温度进行采样，18820是全数
字的，其分辨率达到o．0625℃，并且他的外围电路十分
简单，工作效率高，在工作的范围一55～125℃之间都可
以很好的工作。
2．3电炉功率控制
采用对电炉两端的电压进行通断的方法，用单片机产
生PWM波以实现对水加热功率进行控制，不同的占空比
对应不同的功率，具体控制中占空比的实时值是根据模糊
控制规则自动调节。
(1)弱电控制强电：用固态继电器，其电路图如图2
所示。
PNPVm删AL
图2固态继电器电路图
(2)PWM波：PWM是一种对模拟信号电平进行数字
编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比
被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PwM
信号仍然是数字信号，因为在给定的任何时刻，满幅值的
直流供电不是完全有(ON)，就是完全无(OFF)。电压或
电流源是以一种通(ON)或断(0FF)的重复脉冲序列被加
到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载
上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足
够，任何模拟值都可以使用PwM进行编码。
2．4降温控制
PwM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对
一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是
数字信号，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要
么完全有(0N)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以
一种通(0N)或断(oFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载
上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断
的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟
值都可以使用PwM进行编码。
(1)风扇的控制
风扇是用来降温的，他的工作原理也是应用继电器来
控制，在一定的温度范围内，风扇开始工作。
(2)冰水混合物
应用冰水混合物进行温度标定，标定为O℃。
3．1模型建立以及设计思路
本智能温度控制系统是通过控制加热电源的通断来
控制温度和改变加热升温速度。加热过程需要考虑的因
素主要有：被加热对象的热容量的大小、系统向外界扩散
热量的多少以及系统热扩散的速度。快速升温时间f应由
f。和岛两部分组成，即：
t=f1+屯
其中：岛为为了补偿系统向环境散热而需要加热的时间I
岛为系统(实际)温度与设定(目标)温度有差额时需加热
的时间。
在温度调节阶段，降温和升温过程交替出现，程序通
过图1中的分界点f，L，T2来调节温度的升降，最终使
系统达到相对稳定进入恒温保持阶段。根据模型曲线不
同阶段的要求，可以通过PID软件自动控制他的加热模
式。对一个任务而言，温度加热、调节及恒温保持阶段软
件设计流程图。本系统是个多步智能温度控制器，他可以
完成预先设置的若干个任务，即每个步骤的温度值及恒温
需要保持的时间，每步都重复的程序流程。系统流程如
图3所示。‘一一‘
图3温度控制系统流程图
3．2模型曲线及控温参量的确定
3．2．1模型曲线的建立
图4为控温模型曲线。图4中T为系统温度，L为设
定温度。控温过程共分为3个阶段：快速加热、温度调节和
恒温保持。其中第一阶段只有简单的快速升温过程，而其
余阶段均由升温和降温过程即温度调节过程组成。根据设
计需要针对各阶段要求如下：在快速加热阶段即在达到点
t之前，加热速度要快，使系统温度Jr以尽量短的时间达
到设定温度T。。当T达到设定温度L时即停止加热，在停
止加热后由于热惯性，T将继续升高，使得r会超过1’。而
达到最大值A点。在温度调节阶段，以瓦，T2点为分界点
降温与升温过程重复出现。进入恒温保持阶段，要求系统
157
万方数据
温度T能稳定在设定温度T．的附近，并保持够设定的时
间直到系统进入到下一个设定的任务为止。曲线上A，B，
C…为极大值点，D，E，F…为极小值点；他们的绝对值随时
间增加都在逐渐减小．进入恒温保持阶段后在允许误差范
围内趋于稳定。
+2
L
-2
图4温控模型曲线
3．2．2模型曲线控制参量的确定
模型曲线中的控制参量是在反复多次的实验的基础
上最终确定下来的。图4中的t是每个任务预设的温度
值，Tr和T：点是系统停止加热的起始点，而丁l点则是系
统开始加热的起始点。△丁l=t—L=+2℃，△疋=T2
一t=一2℃是系统加热和调节过程中的2个门限值，而
t是系统的一个重要的分界点，具体说明如下：
在快速加热的过程中，当系统温度第一次达到预置的
某个阶段的设定温度即达到t点时，系统就立即停止加
热，之后系统由于热惯性会继续升温到最大值A点，而后开
始降温；在降温过程中，T到达L点即T—L=2℃时，系
统开始预加热，即缓冲系统温度持续下降的幅度l在升温过
程中，当达到正点即1’一L=一2℃时，停止加热，即防止
由于热惯性导致温度的极大值过大。由此可见Tr，Tl及T2
点的温度值是软件设计中需要参考的重要参量。
4数据测试及分析．
j数据测试结果如表1所示。
襄l数据结果记录裹
从测定结果可以分析出：该系统测量的温度误差保持
在O．2℃左右，能够达到水温控制系统的要求。
5结语
分段变参数温度监控系统，可以方便用户远程控制和
监视设备的工作，并具有测温、控温精度高、显示直观、运
行可靠、成本低廉、扩展方便、使用简单等优点。本系统测
温及控温范围为一50～125℃，测温误差不超过土o．2℃，
控温误差在达到温度平衡后也不超过士o．2℃，在温度调
节阶段达到平衡温度时间相对较短，在现场的测试及应用
中收到了相当好的效果。
参考文献，
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智能温度控制系统口]．兵工自动化，2006(5)：65—67．
[2]陈良光，管聪慧．由数字式传感器Dsl8820构成的多点测温
系统[J]．传感器世界，1999(9)：32—35．
作者简介郑云水男，1972年出生。硕士研究生，讲师．主要从事自动控制(铁路信号)专业课教学工作。
杜丽霞女，1968年出生，甘肃定西人。硕士。副教授．
(上接第155页)
UARTo．Dll(一FLATRELEASEDIR)＼UARTO．DIINK
SH
并注释掉：
lir3ir．dll(一FLATRELEASEDIR)＼ifsjr．dUNKSH
；irda2440．dU(一FLATRELEASEDIR)＼ser2440．dUNK
SH
，ser2440．dU(一FLATRELEASEDIR)＼ser2440．dUNK
SH
完成以上修改后rebuild就可以实现UARTO的驱动，
然后下载内核到目标板利用串口调试程序测试。
5结语
在嵌入式技术飞速发展的今天，WindowsCE必将有
158
广泛的应用前景。编写高效的设备驱动程序也将带动外
围设备的开发。
参考文献
[1]陈向群，王雷．windowscE．NET系统分析及实验教程
[M]．北京：机械工业出版社，2003．
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大学出版社，2006．
[5]suMsuNGs3c2440A用户手册[z]．
万方数据
基于AT89S52单片机的水温控制系统设计
作者：郑云水，杜丽霞，ZHENGYunshui，DULixia
作者单位：郑云水,ZHENGYunshui(兰州交通大学,自动化与电气学院,730070)，杜丽霞,DULixia(兰
州交通大学,电子与信息工程学院,730070)
刊名：现代电子技术
英文刊名：MODERNELECTRONICSTECHNIQUE
年，卷(期)：2008，31(6)
引用次数：1次
参考文献(2条)
1.潘笑.高玉玲.康亚娜基于模糊PID的AT89C2051单片机智能温度控制系统[期刊论文]-兵工自动化2006(5)
2.陈良光.管聪慧由数字式传感器DS18820构成的多点测温系统1999(9)
相似文献(10条)
1.期刊论文杨帆.王烨.李国平.赵党军.张敬泉.YangFan.WangYe.LiGuoping.ZhaoDangjun.ZhangJinquan基
于AT89S52的温度测控系统设计-电气自动化2009,31(3)
设计了一种基于单片机和虚拟仪器的温度控制系统,主要实现对给定点的温度控制.系统由两大部分构成,温度采集控制部分和温度显示部分.温度采
集控制部分的核心是单片机AT89S52,分为四个模块进行设计:测温电路、模数转换电路、输出控制电路、串口通讯电路.温度显示部分用虚拟仪器实现,不
仅显示温度的历史波形,还显示实时温度值,方便对被测信号分析、处理.经测试该测温系统性能稳定,在45℃的精度可达±1℃.
2.学位论文朱科智能温度测量仪表的研究和设计2009
在工业过程控制中，温度是一个重要的测量参数，而热电偶具有准确度高、测温范围广和成本低廉等优点，使其成为工业应用中温度测量的首选。
为准确测量温度，本文将传统的热电偶测温技术、神经网络技术与单片机技术结合起来，设计了读数直观、准确的数字式智能测温仪表，该仪表采用单
片机芯片AT89S52作为微处理器，K型热电偶（镍铬—镍硅）作为温度传感器，数字温度传感器DS18B20进行热电偶冷端温度的测量，以对热电偶进行冷端
补偿，能够准确测量并显示温度。
⑴设计了智能测温仪表的硬件。智能测温仪表硬件电路由五个主要部分组成：单片机、信号调理电路、模数转换、键盘输入及液晶显示。分别介绍
了各组成部分的主要芯片，设计了其接口电路。并分析了仪表产生干扰的原因，从硬件抗干扰方面，通过分析干扰产生原因并采取措施，提高了该智能
测温仪表的抗干扰性能。
⑵设计了智能测温仪表的软件部分，软件部分有下位机软件和上位机软件组成，采用模块化的程序设计方法。下位机的整个应用程序主要包括系统
主程序的设计、数据采集以及键盘显示子程序等模块组成，测温程序适用于AT89S52单片机。通过串口通信将下位机采集的数据送至上位机，上位机采用
模块化的设计方法，将系统划分成几个相互独立的功能模块，各模块内部分别完成确定的任务，并通过LabVIEW软件设计了上位机的显示界面并且实现数
据的存储功能。
⑶分析了热电偶和PID神经网络的基本知识，设计了热电偶的信号理电路，采用数字温度传感器解决了热电偶的冷端补偿问题。同时，应用MATLAB对
热电偶的热电势与温度之间的关系进行了训练、仿真，建立了基于PID神经网络的数学模型，该模型解决了K型热电偶（镍铬—镍硅）的非线性问题。
3.期刊论文刘晓魁.周少华基于AT89S52单片机的温度测控系统-硅谷2008(15)
温度测控在工业领域具有广泛的应用,随着传感器技术等一系列相关技术的不断地发展,,为智能温度测控系统功能、精度的提高和抗干扰能力的增强
提供了条件.设计一种基于AT89S52单片机的温度测量系统的硬件结构及汇编程序,并且阐述其在冷库温度调控方面的应用.该系统结构具有价格低廉,精度
高、微型化、抗干扰能力强、易扩展等一系列优点.
4.期刊论文刘晓魁.周少华基于AT89S52单片机的温度测控系统-硅谷2008(14)
温度测控在工业领域具有广泛的应用,随着传感器技术等一系列相关技术的不断地发展,为智能温度测控系统功能、精度的提高和抗干扰能力的增强
提供了条件.设计一种基于AT89S52单片机的温度测量系统的硬件结构及汇编程序,并且阐述其在冷库温度调控方面的应用.该系统结构具有价格低廉,精度
高、微型化、抗干扰能力强、易扩展等一系列优点.
5.学位论文胡真明基于单片机控制的温室环境测控装置研究2007
温室是设施农业的重要组成部分，国内外温室种植业的实践经验表明，提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。随着传感技
术，计算机技术及通讯技术的迅猛发展，现代化温室信息自动采集及智能控制系统的开发己成为目前设施农业的一个研究热点。
本文从国内外温室的起源入手，概述了温室在东西方的发展历史以及温室在国内外的发展现状。介绍了国内外温室测控装置的发展动态和发展方向
。接着较为详细的分析了温室环境各个参数及其相互间的作用，在此基础上，提出了基于RS-485总线的温室环境测控装置的设计方案，并根据上述设计
方案研制了温室温度测控设备，在自行设计的温室模型上进行了实验验证。主要包括：
1、完成了基于RS-485总线的温室环境测控装置的总体方案设计，RS-485总线可以方便的进行远距离多节点通讯，实现多点多温室测控，同时对部分
执行机构进行了改进设计；
2、基于上述设计方案，制作温室温度测控装置，该装置以AT89S52单片机为核心，包括温度采集模块、按键输入模块、LED显示模块、控制输出模块
、执行机构、RS-485/232总线通讯模块、ISP模块等，能够实现温度的实时检测、显示和控制输出，并具有和上位机通讯，多点组网功能；
3、在参考玻璃温室的基础上设计制作了有机玻璃温室模型，方便有效的模拟温室环境，设计的温室温度控制装置在模型上进行了实践检验，实践证
明，温度测控的硬件设计是成功的，模型对温室环境的模拟是基本有效的，该温度测控装置还具有这样的优点：电路结构简单，自动化程度高，控制能
力强；它可以将温室模型中的温度因子控制在预定范围之内；预留接口多，可扩展性能好，性价比高；整个温室的通信系统可以在RS-485/232总线之间
切换，方便实现多点多温室的测控和上位机计算机的管理；采用ISP功能，方便控制程序更新。
论文最后进行总结，并指出了系统设计的不足和改进思路，为今后课题的进一步深入研究做准备。
6.期刊论文姚胜兴.YAOSheng-xing基于现场总线的智能楼宇温度测控网络设计-传感器与微系统2006,25(5)
在传统的楼宇自动化系统中,由于采用封闭式通信协议而极易形成"自动化孤岛",局部操作网(LonWorks)现场总线因通信协议的开放性和其特点而能
很好地解决上述问题.结合LonWorks现场总线技术和单线数字温度传感器DS18B20,针对于一综合楼,利用神经元芯片CY7C53120和单片机AT89S52构成了基
于主机的Neuron节点,设计了多点温度测控系统.测试结果表明:房间温度能被很好地控制在22～26℃,满足设计要求.
7.期刊论文陶良明.俞绍安.TaoLiangming.YuShaoan基于CAN总线的智能楼宇温度测控系统的设计-建筑电气
2009,28(6)
设计了一种基于CAN总线的智能楼宇温度测控系统.以AT89S52单片机为核心,利用CAN总线技术和数字温度传感器DS18820,组建了智能楼宇温度测控系
统的节点及网络架构,给出了系统总体结构和关键的软件流程.测试结果表明,房间温度控制能满足设计要求,具有结构简洁、节能、实时性好及可靠性高
等优点.
8.期刊论文路攀.胡兆燕.李淼基于DS18B20的婴儿保温箱测温系统研究-中国医疗器械信息2010,16(2)
本文对婴儿保温箱的测温系统进行了改良,采用了一种新型数字式温度传感器DS18B20,用DS18B20和AT89S52单片机开发了一种自动温度测控系统,给
出了DS18B20与AT89S52的接线图.为婴儿保温箱的温度控制提供了良好的基准.降低了整个系统的功耗,简化了结构,使得性能更加稳定.
9.期刊论文陈华容.姚胜兴.Chen.Huarong.Yao.Shengxing基于LonWorks现场总线的楼宇自动化温度测控系统-微
计算机信息2006,22(7)
介绍了LonWorks现场总线和单线数字温度传感器DS18B20的特点及原理,利用CY53120和AT89S52构成了基于主机的Neuron节点,设计了多点温度测控系
统,给出了其硬件及软件实现.
10.期刊论文姚胜兴.彭楚武LonWorks现场总线技术在楼宇自动化温度测控系统中的应用-中国仪器仪表2005(12)
介绍了LonWorks现场总线和单总线(1-Wire)数字温度传感器DS18B20的特点及原理,利用CY53120和AT89S52构成了基于主机的Neuron节点,设计了多点
温度测控系统,给出了其硬件及软件实现.
引证文献(1条)
1.罗飞.熊明春.李积彬.曾齐高.陈恒亮基于SST89E516RD的口腔清洁机控制系统的设计[期刊论文]-机电工程技术
2009(5)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xddzjs200806054.aspx
下载时间：2010年5月19日
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