饮水机温度和水位自动控制系统的设计

龙源期刊网饮水机温度和水位自动控制系统的设计作者：张宣妮来源：《科学导报·学术》2018年第04期摘要：针对饮水机中出现的“千滚水”和水位过低的问题而设计出的一套解决方案，首先把饮水机的加热容器和储水容器相分离，并对加热容器设置预加热时间，使其在一定的指令下加热，从而有效的避免了“千滚水”现象；其次利用温度传感器的测温功能，将水温控制在合理的温度之内；最后当水位过低或无水时，水位传感器将信号传递给单片机，单片机驱使水位继电器启动加水功能。本设计主要应用STC89C51单片机对DS18B20温度传感器采集来的温度通过继电器的开合从而控制饮水机的加热，同样将水位传感器采集的水位通过水位继电器的通断进行加水等操作，LED显示屏将显示实时温度，并且能对其设置预加热时间从而消除“千滚水”的现象。关键词：STC89C52单片机；DS18B20温度传感器；水位传感器Abstract：Forwaterdispensersinthethousandboilingwaterandwaterlevelistoolowanddesignedasetofsolutions，firstseparateheatingvesselfromthestoragevessel，andsetthepreheatingtimeforheatingcontainer.Theheatingvesselisheatedbyacertaininstruction，thuseffectivelyavoidthephenomenonofthousandboilingwater；Secondly，thetemperatureofthetemperaturesensorisusedtocontrolthewatertemperaturewithinareasonabletemperature.Finally，whenthewaterlevelistoolowornowater，thewaterlevelsensorpassesthesignaltothesinglechip，andthesinglechipdrivesthewaterlevelrelaytostartthewateraddingfunction.ThisdesignmainlyusedSTC89C51microcontrollerofDS18B20temperaturesensortemperaturecollectedbyon-offtocontroltheheatingofthewaterdispenser，thisalsowillbecollectedwaterlevelsensorofwaterthroughthewaterrelayon-offwateroperation，suchasLEDdisplaywillshowthereal-timetemperature，andcansetthepreheatingtimetoeliminatethephenomenonofthousandboilingwater.Keywords：STC89C52microcontroller；DS18B20temperaturesensor；waterlevelsensor【中图分类号】TU119【文献标识码】A【文章编号】2236-1879（2018）04-0204-020.引言水是生命之源，饮用水更是保障人类健康的第一要素。“健康饮用水”早已成为关注的热点话题，伴之而来的饮水机的性能也成为研究的热点。国内饮水机市场研究前景报告指出，国内饮水机在市场发展的同时，一些问题逐渐暴露出来，特别是温度控制和水位控制系统，容易出现反复烧的“千滚水”和干烧现象，严重影响人的健康[1-3]。因此，合理设计饮水机的温度和水位自动控制系统解决问题的关键。在饮水机领龙源期刊网域，现有技术中的饮水机往往只具有加热以及放水的功能；每当饮水机出现需要更换水时，都需要发现没水了才能意识到，非常麻烦。针对以上问题，本文设计了一种智能饮水机，主要由温度传感器、水位传感器、显示系统和加热系统组成。温度传感器采集温度并送至液晶显示屏显示，并将此温度值与与预设值比较，判决是否需要加热；水位控制是由光电水位传感器来感知水位高度。采用STC89C52芯片，对饮水机中水温和水位的控制，用水温检测装置实时检测水温，并将水温控制在合理的范围之内。用水位监测器对水位实时监测，以避免水位过低更有甚者缺水的状态。LCD1602液晶屏是用来显示水温实时温度和温度上限和下限值的，还有预定时间开启饮水机加热的功能，并有四个程序按键：设置按键、加按键、减按键、确定按键，这部分主要是对饮水机的预约加热时间和温度上下限值的设置。具体结构框图如图1所示，其中温度和水位检测模块是本文研究的重点.1.温度检测模块本文采用DS18B20温度传感器对饮水机中的水温进行实时监测。DS18B2是常用的数字温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点[4]。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，本文的温度检测模块是通过温度传感器将饮水机中的温度实时反应出来，并通过单片机控制将实时温度在LCD显示屏显示出来，DS18B20的测温精度和可靠性都比热敏电阻好，最重要的是其可以将测得的温度转化为数字量直接显示出来，DS18B20温度传感器性能如下[5]：（1）它具有独特的接口，在与微控制器之间双向数据传递时只有一条数据线，并且它的结构简单，可靠性高，耗电量很少。（2）它的测温范围在-55℃—+125℃，温度测量精度控制在1℃（即-0.5—+0.5），并且允许多个温度传感器并联，但不能超过8个，如果超出将导致信号传输的不稳，它的工作电压在3.0—5.5V/DC的范围内。2.水位检测模块在传统的饮水机中，当水位过低或者在缺水的状态下容易造成干烧，威胁着人的生命和财产安全。本设计采用一个LM336型电压比较器和两个光电水位传感器组成水位监测模块，水位控制是把光电式液位开关安装于饮水机容器的底部，当水位降落至低位时，光电式液位开关会给出信号提示缺水状态，从而设备停止工作，会自动进入加水的状态；安装在侧面，当加水到一定的位置，光电式液位开关也会给出信号，从而设备停止加水工作，防止水满溢出。电路图如图2所示，引脚4接地，8接电源，1，7为输出信号引脚（然后10K电阻可以达到稳压器功能），3，5为设置（输出连接到可变电阻，当电路后确定，它是一个固定值），龙源期刊网，6为输入值；水位传感器引脚3接地，2接电源，1为输出信号引脚（当传感器放置在水中时，输出高电平）[3]。该模块的工作原理是：对于下一级水位传感器，当水位传感器在水中时，引脚1的输出为高电平，信号由比较器6接收并通过P3.7端口输出进行比较低级；另一方面，当水位传感器不在水中时，1输出低，P3.7通过电源和分压输出高电平，上限水位传感器的工作方式与下限水位传感器相同。3系统的控制状态仿真3.1加热模块的电路仿真。接通电源，按下加热键，此时饮水机处于加热状态，并在显示屏上显示；再次按下加热键，则会停止加热，当加热温度达到预设温度时，则会自动停止加热。加热模块的仿真电路如图3所示。3.2状态模块的仿真。通过温度传感器和水位传感器和单片机控制系统，饮水机状态显示模块可显示保温、加热和缺水等多种状态，仿真显示如图4所示。4结论通过一系列仿真，验证本文设计的智能饮水机可对水温和水位实现自动控制，实时检测显示水温，并将水温控制在合理的范围之内。判断水位高低，以避免水位过低更有甚者缺水的状态。不但方便快捷的服务人类生活，更重要的是排除了饮水的安全隐患。参考文献[1]林奇盛，熊器，彭伟强.基于单片机的饮水机温控系统的设计[J].电子世界，2012.3：39-43.[2]胡斌，胡跟龙，孔祥梅.基于超低功耗单片机的智能饮水机系统设计[J].《新技术新工艺》2015，3：69-71.[3]周鹏.基于STC89C52单片机的温度检测系统设计[J].现代电子技术，2012，35（22）：10-13.[4]郭毅飞，董峰.基于AT89C51单片机的智能饮水机控制系统[J].湖南农机，2012，59（11）：90-93.龙源期刊网[5]江太辉，邓展威.DS18B20数字式温度传感器的特性与应用[J].电子技术，2003，12：46-49.