基于單片機的空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)設(shè)計

邵鵬

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西 西安 710109）

基于單片機的空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)設(shè)計

邵鵬

（西安科技大學(xué)高新學(xué)院，陜西 西安 710109）

單片機在測試測控系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，本文以AT89C51單片機為基礎(chǔ)，進(jìn)行了空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)的設(shè)計，分析了其硬件設(shè)計組成及軟件功能實現(xiàn)，旨在為空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)的相關(guān)研究和設(shè)計實踐提供參考.

單片機；空調(diào)溫度；測試測控系統(tǒng)；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計

空調(diào)是重要的制冷產(chǎn)品，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛.當(dāng)前，空調(diào)控制方式大多為手動控制，人們定時對溫度和濕度進(jìn)行查看，以相關(guān)要求為基礎(chǔ)開啟或關(guān)閉設(shè)備，不僅耗時耗力，且可靠性較差.基于以上，本文設(shè)計了一款基于AT89C51單片機的空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)，旨在進(jìn)一步推進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展，提升其應(yīng)用水平.

1 硬件設(shè)計

以AT89C51單片機為基礎(chǔ)，設(shè)計空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1

1.1 溫度測試電路

溫度測試電路以DS18B20型號的溫度芯片為基礎(chǔ)，其位一線式數(shù)字溫度傳感器，測溫范圍在零下55℃到零上125攝氏度之間，溫度分辨率較高，能夠達(dá)到0.0625攝氏度[1].除此之外，該溫度芯片還有著微型化、抗干擾能力強、低功耗等眾多優(yōu)點，在溫度測控系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用廣泛.溫度芯片DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 溫度芯片DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

溫度芯片DS18B20包含四個數(shù)據(jù)部件：（1）溫度靈敏元件；（2）溫度報警觸發(fā)器：主要為TG和TL，屬于非易失性溫度報警觸發(fā)器，通過軟件可將溫度報警限值寫入，實現(xiàn)溫度超限報警功能[2]；（3）64位激光ROM：主要包括8位CRC、8位家族代碼及48位序列號；（4）配置寄存器：其為高速暫存存儲器第五字節(jié)，在0工作時，以寄存器分辨率為依據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度向?qū)?yīng)精度數(shù)值的轉(zhuǎn)換，各位定義如圖3所示.

圖3 寄存器結(jié)構(gòu)

在圖3中，TM指的是測試模式標(biāo)志位，寫入0，不能被改變，R0和R1為溫度及分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)的分辨率有四種，如表1所示.在出廠的時候設(shè)置為缺省值，R0=R1=1，即為12位分辨率[3].用戶可以根據(jù)獲取分辨率的需要對配置寄存器進(jìn)行改寫.

表1 配置寄存器與分辨率對應(yīng)關(guān)系表

高速暫存存儲器中包含9個字節(jié)，發(fā)布溫度轉(zhuǎn)換命令之后，轉(zhuǎn)換值以二字節(jié)補碼形式在第0和第1個字節(jié)中存放，利用單線接口，單片機可對給數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，對應(yīng)溫度計算如下：符號位S=0，進(jìn)行二進(jìn)制位向十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，符號位S=1，首先將補碼變?yōu)樵a，之后再進(jìn)行十進(jìn)制值的計算.

溫度芯片DS18B20屬于一種單線數(shù)字溫度傳感器，其不需要外圍電路支持，僅通過1根線就可以實現(xiàn)與單片機的連接，連接原理圖如圖4所示.采用外部電源為溫度芯片DS18B20供電.

圖4 溫度芯片DS18B20與單片機連接原理圖

1.2 鍵盤和顯示電路

本文設(shè)計的空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤，包括20個按鍵，其中有10個數(shù)字鍵，還包括各種功能鍵.按鍵時，8279會產(chǎn)生中斷信號，并將此中斷信號傳輸至單片機中，最后對應(yīng)啟動響應(yīng)的功能程序.

顯示電路由75451和LED數(shù)碼管組成，1片75451與5個LED數(shù)碼管相連，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)顯示功能，主要顯示內(nèi)容包括溫度正負(fù)號、通道號、溫度值個位、十位及小數(shù)點后一位.

1.3 電源電路

本文采用的 AT89C51單片機工作電源為+5V，底層電路功耗相對較小，整個空調(diào)測試測控系統(tǒng)的功耗較小，采用7805三端穩(wěn)壓片就可以滿足系統(tǒng)的供電要求.

1.4 看門狗電路

底層電路板的工作環(huán)境較為惡劣，在惡劣的環(huán)境下，單片機很可能受到周圍環(huán)境因素的干擾而出現(xiàn)程序跑飛、死機等問題，從而影響了空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性.在實際工作中，一旦單片機出現(xiàn)上述問題，工作人員不可能及時到現(xiàn)場來重啟單片機，為了保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，本設(shè)計將外部看門狗電路添加到單片機電路中，通過看門狗電路來實現(xiàn)對單片機工作狀態(tài)的定時查詢，一旦發(fā)現(xiàn)單片機出現(xiàn)異常現(xiàn)象，則立即進(jìn)行單片機的延時重啟，從而保證空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)運行的安全性和可靠性.看門狗電路設(shè)計如圖5所示.

圖5 看門狗電路設(shè)計圖

2 軟件設(shè)計

采用模塊化方法進(jìn)行空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)軟件編程，主要包括：（1）主程序：主要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、計算采集溫度數(shù)據(jù)；（2）鍵盤掃描及按鍵處理程序：主要功能是識別輸入按鍵并進(jìn)行相關(guān)處理；（3）溫度測試程序：主要功能是處理溫度芯片傳送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷和數(shù)據(jù)顯示[4]；（4）數(shù)碼管顯示程序：主要功能為數(shù)碼顯示送數(shù)；（5）控制程序：實現(xiàn)循環(huán)顯示，并根據(jù)溫度測試結(jié)果來進(jìn)行空調(diào)控制.空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)軟件程序流程如圖6所示.

圖6 空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)軟件程序流程圖

3 結(jié)論

綜上所述，本文以AT89C51單片機為基礎(chǔ)，結(jié)合DS18B20溫度芯片，設(shè)計了空調(diào)溫度測試測控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對空調(diào)溫度的多點檢測功能和測試功能.本系統(tǒng)硬件設(shè)計相對簡單，實現(xiàn)信號數(shù)字化傳遞，有著抗干擾能力強、功耗低等眾多優(yōu)點.本系統(tǒng)還可以實現(xiàn)與擴(kuò)展接口芯片的連接，從而實現(xiàn)功能擴(kuò)展，能夠進(jìn)行空調(diào)更多路溫度的測量和控制，在家用空調(diào)溫度測控和工業(yè)生產(chǎn)用空調(diào)溫度測控中都有著良好的應(yīng)用效果.

〔1〕王紅玲,白政民.基于AT89C51的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010（09）:126-128.

〔2〕連思斌,鄭振耀.基于DSP的空調(diào)綜合測控系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011（06）:11-12.

〔3〕周先輝,毛翠麗,王長河.基于STC12C5A與PC串口通信的溫度測控系統(tǒng)開發(fā)[J].南陽理工學(xué)院學(xué)報,2012（04）:52-56.

TP273

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