數字恒溫溫度控制系統硬件設計與實現

西安交通大學城市學院 王 梅 丁 凰 趙 彩

數字恒溫溫度控制系統硬件設計與實現

西安交通大學城市學院 王 梅 丁 凰 趙 彩

本文根據日常生活及工業生產過程中對溫度檢測及控制的需求，設計了一種實時溫度監控系統。該系統以

C8051F320單片機 DS18B20溫度傳感器 溫度控制

數字恒溫溫度控制系統的設計，是為保證實現類似溫室大棚溫度維持在特定溫度的應用，對于低碳排放，節約能源和環保有很重要的意義，以保證工作系統在穩定的狀態下工作。本設計要求系統測量的溫度的點數為4個。測量精度0.1℃測量，恒溫控制范圍為25℃～80℃。

一、系統分析

1.方案設計

圖1 數字恒溫控制系統方案框

本課題使用了C8051F320單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件，采用一個溫度傳感器對溫度進行檢測，通過4×4鍵盤模塊對正常溫度進行設置，顯示電路采用 LCD1602模塊，使用ULN2803作為加溫設備和吹風設備的控制。根據數字溫度恒溫控制功能的要求，并結合對C51系列單片機的資源分析，所以采用C8051F320單片機作為電路系統的控制核心。數字溫度恒溫控制系統的總體布局如圖1所示。按鍵將設置好的溫度上限和下限值傳給單片機，通過溫度顯示模塊顯示出來。溫度限制設置好后，單片機開始運行，溫度傳感器受控現場各點溫度，并通過一定的數字算法計算現場有效溫度值，如果低于下限溫度，則啟動加熱設備，并發出報警；如果高于上限溫度，則啟動吹風設備，并發出報警信號。如此循環反復以達到恒溫控制的目的。

2.功能模塊。根據上面對工作流程的分析，系統軟件可以分為以下幾個功能模塊：

（1）鍵盤模塊：通過鍵盤可以設置工作環境的上下溫度限值。

（2）LCD顯示模塊：顯示設置上下限溫度值及當前采集溫度。

（3）溫度傳感器：采集溫度（只實現一個溫度傳感器作用）。

（4）溫度控制模塊：根據采集溫度值和運算結果，確定加熱、冷卻或保持。

（5）報警器：當采集的溫度越限時報警。

（6）加溫、吹風設備：根據判斷對當前環境進行加溫、冷卻。

二、系統的硬件設計

1.溫度采集電路設計。數據采集電路如圖2所示，由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實時溫度，提供給P2.5口作為數據輸入。本次設計中所控的對象為所處環境，作為改進，我們可以把傳感器與電路板分離，由數據線相連進行通訊，便于測量多種對象。

圖2 單片機與溫度傳感器DS18B20的連接圖

2.鍵盤電路設計

本系統有重新設定上下限的功能，故需要鍵盤來鍵入。我們采用16個鍵的鍵盤通過按下不同的按鍵可實現實時顯示溫度和刷新溫度限值。

如圖3所示，鍵盤的硬件線路，P1.0～P1.3這4根口線形成列線，P1.4～P1.7這4根口線形成行線。行列交叉點上安置按鍵，列線還接在4與門的輸入上，4與門的輸出接到單片機的外中斷INT0引腳上。每當有一個鍵按下時，軟件能識別。

圖3 4X4鍵盤硬件電路圖

3. LCD顯示電路。LCD1602與單片機的連接如圖4所示。

溫度檢測系統中，C8051F320單片機的并口P0與LCD1602的8位雙向數據線相連接，通過并口輸入或輸出數據或指令，從而實現溫度顯示功能。

圖4 液晶顯示電路圖

讀狀態輸入：RS=L，RW=H，E=H寫指令輸入：RS=L，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=指令碼

讀數據輸入：RS=H，RW=H，E=H

寫數據輸入：RS=H，RW=L，E=下降沿脈沖，DB0～DB7=數據

把8根數據線和P1口連接，把3根控制線和P3.5、P3.6、P3.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅動電壓不要過大，要調節滑動變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。

4.報警電路設計。本設計采用了蜂鳴器報警系統。對于采集到的溫度進行判斷，如果通道1的溫度高于設定的溫度，則蜂鳴器以“嘀”一聲報警，并且驅動吹風設備，對當前環境進行降溫處理；如果是通道2的溫度低于設定的溫度，則蜂鳴器發出“嘀嘀”兩聲的聲音報警，且驅動加熱設備，對當前環境進行升溫處理，驅動電路如圖5所示。

ISSN2095-6711/Z01-2015-10-0261

C8051F320單片機為控制核心，利用DS18B20溫度傳感器對溫度進行檢測，通過繼電器控制加熱及吹風設備，從而實現了對溫度的實時檢測和自動控制。另外，該系統還具有良好的人機交互界面，檢測的實時溫度可以同步顯示，用戶可以手動設置溫度報警的上下限值，當檢測溫度越限值時就會發生報警。