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基于单片机的饮水机温控系统的设计

作者：林奇盛熊器彭伟强

来源：《电子世界》2012年第03期

【摘要】介绍一种饮水机的温度控制系统。该系统利用软件编程实现饮水机的智能温控，

在保温阶段采用双位调节进行温度控制，控制精度为±2℃，采用该温控系统可以使得饮水机在

使用过程不产生“千滚水”。保温温度、保温时间和预加热时间可以自由设定，使得饮水机使用

起来更加方便。

【关键词】单片机；温度控制；节能减排

引言1.

随着我国经济发展和国际能源紧张局势的加剧，人们环保意识的提高，越来越多的人在购

买家电产品时都把节能当做重要的衡量指标。饮水机作为一种常用的家用电器，给我们的日常

生活带来了极大方便。目前市场上大部分饮水机采用热敏电阻进行温控，饮水机将水从室温加

热到沸腾，温控开关断开，停止加热；之后温度缓缓下降，当温度下降到一定时，温控开关闭

合，然后又继续加热到沸腾，如此周而复始。如果用户在喝完水之后忘记切断电源，就会使水

反复烧开，不仅浪费能源，而且容易形成含有重金属、砷化物等有害物质的“千滚水”。本文主

要讨论如何应用单片机，为饮水机设计一个节能环保的温控系统，弥补饮水机的这些缺点。实

验结果表明该温控系统具有稳定性好、易于操作、性价比高的特点，将会有广泛的发展前景。

硬件电2.路设计

系统主要实现时间显示，温度显示，保温阶段防止水反复烧开，保温温度、保温时间和预

加热时间可自由设定的功能。系统硬件框图如图1所示，以STC89C516RD单片机为核心，扩

展外部存储器构成系统的主控模块[1]。STC89C516RD单片机具有超强抗干扰/高速/低功耗的

特点，工作电压为3.4V～5.5V，工作频率0～40MHZ，其指令代码完全兼容传统8051单片

机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择，内部自带看门狗。

测2.1温电路

饮水机加热胆中的水温由DS18B20温度传感器检测并转换成数字量通过串行方式传送给

单片机。DS18B20采用单总线接口方式，仅需要一个引脚来发送或接受数据，单片机与

DS18B20之间仅需要一条数据线。该温度传感器测温范围为-55℃～+125℃，固有测温分辨率

为0.5℃，工作电压为3～5.5V/DC，在使用时不需要任何外围元件，它能够采集被测物的温度

并通过串行方式传送给单片机。当单片机给DS18B20发送温度转换命令后，DS18B20开始进

行温度转换，转换时间与设定的分辨率有关，当设置为9位时，最大转换时间为3.75ms；10

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位时转换时间为187.5ms；11位时为375ms；12位时为750ms。当分辨率设置为9位时，温度

转换时间短，但是测量精度不高，采用12位分辨率时转换时间太长，综合转换时间和测量精

度考虑，本系统在软件编程时将其设置为11位。该器件具有体积小、质量轻、性能稳定等优

点，其各方面都满足系统的设计要求。在硬件电路上，DS18B20可以用3～5.5V的外部电源供

电方式工作，也可以采用寄生电源供电方式工作。当采用外部电源供电时，DS18B20的VDD

引脚接外部电源正极，GND引脚接电源负极，DQ引脚通过一个4.7KΩ的上拉电阻与单片机

相连；当采用寄生电源供电时，DS18B20的VDD引脚必须接地，DS18B20从单总线上汲取能

量，在信号线处于高电平期间把能量存储在内部电容里，在信号线处于低电平期间由内部电容

提供能量，直到高电平到来再给寄生电容充电。当温度高于100℃时，DS18B20漏电流比较

大，采用寄生电源供电可能导致其无法与单片机进行通讯。由于饮水机中的水在饮用之前都要

烧开，为了确保系统的可靠性，本系统采用外部电源供电方式，电路原理图如图2所示，

DS18B20的DQ脚与单片机的P1.3引脚相连，R1为上拉电阻。由于要对饮水机加热胆中的水

进行测温，先将DS18B20放置在Φ6mm的不锈钢保护管中，然后填充硅胶增强导热性，再放

入加热胆中，这样测量效果比较好。

时2.2钟电路

为了增强系统的使用灵活性，使其具备定时加热的功能，需要增加一个时钟电路。本设计

采用