智能温度控制系统设计

温度计温度 / ℃ 显示屏刻度 / mm 量尺刻度 / mm
32． 0
108． 4
108． 5
35． 5
130． 5
130． 4
表 2 设定值和加热时间
当前温度 /℃ 32． 3 41． 3
设定温度 /℃ 37． 0 58． 0
加热用时 / min 1． 0 1． 5
当前温度 /℃ 54． 3 80． 3
设定温度 /℃ 75． 0 100． 0
加热用时 / min 2． 0 2． 5
4 结语
本次设计的温度控制器具有温度测量功能，经过多次测温数据的对比，测温分辨误差不大于 0． 5℃ ； 液 位传感器能够测量出液位高度，液位测量误差不大于 5mm； 通过按键设置温度值，自动升温到达设定温度 值，其升温时间小于 5min．
Abstract: In this paper the temperature control system have two main functions． One is the temperature will be measured with temperature sensor， when the temperature is below the set value， the relay is closed and the heater is heating， when the temperature is equal to the set value， the relay open and the buzzer is alarm and the heater is not heating ． Secondly， liquid level sensor is measuring the liquid surface height， when the height is lower than set lower limit or exceeds the maximum temperature， the buzzer alarm． The main microcomputer is MCU IAP15F2K61S2， temperature sensor is DS18B20 ， liquid level sensor is based on the ultrasonic sensor． Keywords: MCU IAP15F2K61S2; temperature sensor; ultrasonic sensor
鸣器开始报警．
液位传感器
2 系统硬件模块
LAP15F2K61S2 单片机
5V 电 源
LCD12864 液晶显示
DS18B20 温度传感器
继电器
220V 电源
水壶
本系统主要由单片机控制模块、传感器模块、显示模块、电源模块组 成． 本设计中的温度控制系统的原理图如图 2 所示．
图 1 系统总体框图
BLK BLA VOUT RST NC PSB DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DFB2 DB1 DB0 E R/W RS V0 VDD VSS
单片机为 IAP15F2K61S2，温度传感器选用防水型 DS18B20，液位传感器选用超声波传感器．
关键词： IAP15F2K61S2 单片机； 温度传感器； 超声波传感器
中图分类号： TP 302． 1
文献标志码： A
文章编号： 2095 － 8919（ 2015） 01 － 0080 － 03
（ 3） 具有液位测量功能，液位测量使用液 位传感器，液位测量误差不大于 5mm；
（ 4） 能够通过按键设置温度值控制升温， 到达设置温度值时有声音提示；
T1＜T0？ Y
继电器吸合
（ 5） 具有液位上限、下限报警功能，报警
水壶加热
点可以设置，液位低于下限或高于上限时，发出
声音报警并禁止加热． 测温加热程序流程图和液位测量程序流程
采 集 液 面 高 度 H0 显示液面高度 H0、H1、H2
Y H2＜H0＜H1?
蜂鸣器报警
结束
图 4 液位测量程序流程
显示屏温度 /℃ 27． 6 30． 4
温度计温度 / ℃ 显示屏刻度 / mm 量尺刻度 / mm
27． 5
80． 5
80． 4
30． 5
90． 5
90． 4
显示屏温度 /℃ 32． 0 35． 4
1 系统总体结构
1． 1 系统总体结构 本文所设计的智能温度控制系统［1］包括单片机控制模块、传感器模块、显示模块、电源模块． 本设计中
的温度控制器采用 IAP15F2K61S2 单片机传感器模块分为两个部分： 采集温度； 采集液位容积． 显示模块采 用的是 12864LCD 液晶显示屏，电源模块由两个部分组成： ① 给热水壶提供的 220V 电源； ② 通过 USB 给单 片机提供的 5V 电源． 系统总体框图如图 1 所示． 1． 2 系统的功能
（ 2） 测温模块． 温度的采集主要由 DS18B20 温度传感器完成． 其体积小，成本低，抗干扰性较强，精度 高，有较多的附加功能，且不需要模数转换，即可直接以数字的形式转换及输出． 最高 12 位的分辨率，精度可 达 0． 5℃ ． 最大工作周期为 750ms． 可检测到的温度范围为 － 55℃ ～ 125℃ ． 封装形式较多，能适合不同的硬件 系统． 有独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需一条线即可实现单片机与 DS18B20 的双向通讯，其 电路较简单．
第 32 卷 第 1 期 2015 年 2 月
吉林建筑大学学报 Journal of Jilin Jianzhu University
Vol． 32 No． 1 Feb． 2015
基于 IAP15F2K61S2 的智能温度控制系统设计
王亚娟 郭 丹 董春梅 徐荣梦
（ 吉林建筑大学电气与电子信息学院，长春 130118）
（ 3） 液位模块． 水的液位测量采用超声波传感器［5］． 超声波传感器是根据超声波遇到障碍物反射回 来的特性进行测量． 超声波的传播速度仅为光波的百万分之一，并且指向性强，能量消耗缓慢，因此可以直接 测量较近目标的距离； 超声波对色彩、光照度不敏感，可适用于识别透明、半透明及漫反射差的物体（ 如玻 璃、抛光体） ； 超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境 中； 超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，并且可以进行实时控制．
DS18B20［2 － 3］温度传感器 检 测 到 水 壶 内 水 的 温 度，将 温 度 信 号 转 化 为 电 信 号，输 入 到 单 片 机，通 过
收稿日期： 2014 － 09 － 08． 作者简介： 王亚娟（ 1977 ～ ） ，女，吉林省长春市人，讲师，硕士．
第1 期
王亚娟，郭 丹，董春梅，徐荣梦： 基于 IAP15F2K61S2 的智能温度控制系统设计
12864
K
2
1
1
2
Bell
3
4
水壶
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
LAP15F2K61S2
VCC
1N4007
VCC
5
ALE
VCC
VCC
VCC
VCC
P2.0
RD
P2.1
WR
1K
P2.4 P2.3 P2.2
P4.1 P1.7 P1.6
基于 2014 年吉林省大学生电子设计竞赛水温加热控制系统题目要求，设计了基于 IAP15F2K61S2 智能 温度控制系统，这一系统不仅可帮助学生应用单片机的理论知识进行实际设计，达到动手实践的目的，而且， 该设计可以在实际生活中有所应用，在各种水壶的加热过程中实现自己设定温度，自行控制及报警功能．
P3.3
GND
P5.5
P3.2
RST
P3.1
GND
P3.0
Biblioteka Baidu
SW1 SW2
液位传感器 GND
图 2 电路原理
（ 1） 单片机控制模块． IAP15F2K61S2 单片机是单时钟的，速度比普通的 8051［4］快 8 ～ 12 倍； 61K 字 节片内 FLASH 程序存储器，片内大容量 2048 字节的 SＲAM，大容量的片内 EEPＲOM，擦写次数在 10 万次以 上； 一共有 8 道 10 位高速 ADC，速度高达 30 万次 / s，3 路 PWM 还可当 3 路 DA 使用； 共有 3 通道比较单元， 内部高可靠复位，8 级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路； 内部高精度 ＲC 时钟，内部时钟从 5MHz ～ 35MHz 可选，相当于普通 8051 的 60MHz ～ 420MHz； 两组高速异步串行通信端口，可以在 5 组管脚之间进 行切换，分时复用可当 5 组串口使用； 各种接口扩展齐全，一根 USB 线实现系统供电、程序下载及通信功能．
T1＞=T0？
Y 继电器断开 蜂鸣器报警
图如图 3 和图 4 所示． 结束
3． 2 测试结果
经过多次测试，显示屏显示的温度值、液位 和实际测量的温度值、液位如表 1 所示，当前的
图 3 测温加热程序流程
水温和设定的温度值及实际测得的加热时间如表 2 所示．
表 1 显示屏数值和测量值
开始 键盘设定液面高度 上 限 H1，下 限 H2
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吉林建筑大学学报
第 32 卷
形液晶模块．
3 系统程序的设计
3． 1 基本程序功能及流程
开始
（ 1） 温度控制器具有数字显示功能，以 LED 方式显示温度和液位数值；
（ 2） 温度控制器具有温度测量功能，测温
键 盘 设 定 温 度 T0 采 集 温 度 T1
分辨误差不大于 0． 5℃ ；
湿 示 温 度 T0、T1
（ 4） 显示模块． 显示部分采用 12864LCD 液晶显示屏． 带中文字库的 128 × 64 是一种具有 4 位 /8 位并 行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块； 其显示 分辨率为 128 × 64，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面， 可以显示 8 × 4 行 16 × 16 点阵的汉字，也可完成图形显示． 由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点 阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图
Echo Trlg
8050
P0.7
P1.5
P0.6
P1.4
P0.5
P1.3
P0.4
P1.2
P0.3
P1.1
P0.2
P1.0
P0.1
P3.7
P0.0
P3.6
P2.5
P3.5
P2.6
P3.4
VCC
1 2 3
VDD DQ GND
GND
DS18B20
VCC
Echo Trlg
Vcc Echo Trlg
P2.7
摘要： 本文阐述了智能温度控制系统主要实现两部分功能来设计： 一是利用温度传感器测量水温，当水温低于设定
的温度值时，继电器闭合，加热器加热，待水温升至预定水温时，继电器断开，蜂鸣器报警，停止加热； 二是利用液位
传感器测量当前液面高度，当液面高度低于设定的液面下限或超出设定的液面上限，蜂鸣器报警． 本次设计的核心
参考文献
［1］武 力，徐 文，贾艳丽，张冰洋． 新型智能温度控制系统设计［J］． 都市家教（ 下半月） ，2011（ 7） ： 206 － 207． ［2］姚志树，朱恩亮． 基于 DS18B20 的智能温度控制系统设计［J］． 盐城工学院学报（ 自然科学版） ，2006（ 4） ： 46 － 48． ［3］王秀俊． 基于 51 单片机温度传感器 DS18B20 的应用［J］． 农业装备技术，2013（ 2） ： 29 － 31． ［4］夏晓玲． 基于 AT89C2051 的数字温度计的设计［J］． 鄂州大学学报，2005（ 3） ： 38 － 40． ［5］梁 森，欧阳三泰，王侃夫． 自动检测技术及应用［M］． 北京： 机械工业出版社，2011： 267 － 287．
The Design of Intelligent Temperature Control System Based on MCU IAP15F2K61S2
WANG Ya － juan，GUO Dan，DONG Chun － mei，XU Ｒong － meng
( School of Electric and Electronic Information Engineering，Jilin Jianzhu University，Changchun，China 130118)
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LCD12864 液晶显示，将当前的水温显示出来． 通过键盘设定的一个预定 蜂鸣器报警 温度，当水温低于预定温度时，水壶开始加热，直到水温达到预定温度，
停止加热． 液位传感器检测水壶内水的液面高度，LCD12864 液晶显示显 键盘输入控制
示当前液位高度，当液位高于或低于键盘设定的预定液位高度值时，蜂